[論文レビュー] DISCoS - a detector-independent software for the on-ground testing and calibration of scientific payloads using the ESA Packet Telemetry and Telecommand Standards

F. Gianotti, M. Trifoglio|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2001

Particle Detector Development and Performance被引用数 7

ひとこと要約

DISCoS は、ESA のパケットテレメトリーおよびテレコマンド標準を使用して、地上でのXおよびγ線宇宙ペイロードのテストおよびキャリブレーションを実施する、検出器に依存しないソフトウェアシステムである。このシステムは、共有メモリおよびメッセージキューを備えたモジュラーなUnixベースのアーキテクチャにより、リアルタイムでのテレメトリーおよびテレコマンドデータの取得、アーカイブ、処理を可能にし、AGILE、XMM-EPIC、INTEGRAL-IBIS などの複数のミッションにわたり、検出器固有の処理およびクイックルック可視化ツールとの柔軟な統合を支援する。

ABSTRACT

The ESA Packet Telemetry and Telecommand Standards accommodate the requirements of a great variety of scientific space missions, thus providing a standard basis for cost-effective and technically compatible developments of on-board and on-ground data handling systems for a wide range of projects. This paper describes the design and the implementation of a detector-independent software, running on Unix platforms, which has been developed for the near real time acquisition, archiving, and basic processing of the ESA based telemetry and telecommand data produced during the on ground testing and calibration of various X- and $\\gamma$-ray space borne detectors.

研究の動機と目的

• 地上での科学的宇宙ペイロードのテストおよびキャリブレーションを対象とした、再利用可能で検出器に依存しないソフトウェアフレームワークの開発。
• 地上テスト中に ESA準拠のテレメトリーおよびテレコマンドパケットのリアルタイム取得およびアーカイブを支援すること。
• 科学的データ処理を EGSE 機能から分離するために、サイエンスコンソールアーキテクチャと統合すること。
• リアルタイムでのパフォーマンス監視を可能にするために、検出器固有のソフトウェアおよびクイックルック可視化ツールとのシームレスな統合を実現すること。
• Linux と GCC を含む、異なるミッションおよびコンピューティングプラットフォーム間での移植性と再利用性を確保すること。

提案手法

• リアルタイムパケット処理を実現するため、モニタ、レシーバ、アーカイバ、プロバイダの各プログラムを備えたモジュラーな C 言語ベースのソフトウェアアーキテクチャを採用。
• Ethernet を介した信頼性の高いデータ転送を実現するため、レシーバと EGSE 間で TCP/IP または UDP ソケット通信を採用。
• コンポーネント間のデータフロー同期およびパケットへの低遅延アクセスを可能にするために、共有メモリ（Shm）およびメッセージキューを活用。
• プロバイダプログラムにより、APID およびタイプ/サブタイプごとに受信パケットをソートし、リアルタイムアクセスを可能にする円形バッファに格納。
• ユーザーが独自に記述したプロセッサが、コアシステムとは独立してデータをアンパックおよび分析できるように、C、Fortran、IDL 用のコール可能ルーチンを提供。
• プロバイダプログラムによるライブモードおよび再生モードの両方をサポートし、柔軟なテストおよび後処理ワークフローを実現。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地上でのペイロードテスト中にリアルタイムでのテレメトリーおよびテレコマンド処理をサポートする検出器に依存しないソフトウェアシステムをどのように設計できるか。
• RQ2 科学的ペイロード処理を標準的な EGSE システムと効率的かつスケーラブルに、かつ移植可能に統合するためのアーキテクチャパターンは何か。
• RQ3 共有メモリおよびメッセージキューを効果的に活用することで、リアルタイムシステムにおいてデータ取得と科学的データ処理をどのように分離できるか。
• RQ4 複数のプロセッサが時間的に重要なテレメトリーストリームにアクセスする際、データの整合性と同期を保証するメカニズムは何か。
• RQ5 リアルタイムパフォーマンスと互換性を維持したまま、異なる Unix プラットフォームへの移植がどの程度可能か。

主な発見

• DISCoS は、複数の X および γ 線ミッションにおける地上テストにおいて、ESA準拠の TC/TM パケットのリアルタイム取得、アーカイブ、処理を成功裏に実現した。
• ソフトウェアアーキテクチャのおかげで、検出器固有の処理モジュールとのシームレスな統合が可能となり、科学的データのクイックルック分析および可視化が実現した。
• GCC を用いた HP-UX から Linux プラットフォームへの移植が成功したことで、異なるコンピューティング環境間での再利用性が裏付けられた。
• 共有メモリおよびメッセージキューの活用により、コンポーネント間での信頼性の高い低遅延データ転送が実現され、高スルーレート動作時においてもパケット損失が発生しなかった。
• モニタによる偽の開始/停止コマンドの生成機能により、データファイルの境界を独立して制御可能となり、テストの柔軟性が向上した。
• C、Fortran、IDL 用のコール可能ルーチンを備えたモジュラー設計により、カスタムプロセッサおよび可視化ツールの迅速な開発・デプロイが可能になった。