[論文レビュー] Information-Control Software for Handling Serial Devices in an EPICS Environment

P. Chevtsov, S. Schaffner|arXiv (Cornell University)|Nov 20, 2001

Experimental Learning in Engineering参考文献 3被引用数 5

ひとこと要約

この論文では、加速器環境における多様なシリアル（RS-232）機器を制御するための汎用的でEPICSベースのソフトウェアフレームワークを提示する。3層アーキテクチャ—共通シリアルドライバ、中間層の接続ソフトウェア、最上位層のプロトコル層—を用い、独自のコマンドセットを持つ機器間での通信を標準化することで、再利用可能なドライバと、ジェファーソンラボを含む複数の研究施設におけるトラブルシューティングの簡素化を実現する。

ABSTRACT

Each accelerator control system has a variety of measurement devices. One of the most common types of instrument interfaces used for their control is a serial (RS-232) bus. It is inexpensive and adequate for relatively simple measurement and control devices such as switchers, amplifiers, voltmeters, and steppermotors. Since the RS-232 specification is very broad and does not require uniformity above the basic communication protocol level, one of the major problems associated with the use of RS-232 is that the command protocol for each device is unique. This makes it difficult to design generic drivers for RS-232 and also hampers efforts to design generic troubleshooting methods. This paper presents software developed independently at three other labs and integrated into a single system at Jefferson Lab to handle serial devices in a generic manner. The software is based on the EPICS toolkit and uses a 3-tier architecture including a common serial driver at the bottom, a top-level protocol to specify individual device commands in a generic manner, and a mid-level of software to "glue" the two together.

研究の動機と目的

• 加速器制御システムにおけるRS-232機器間の非一様なコマンドプロトコルの課題に対処すること。
• 機器固有のコマンドセットのため、汎用ドライバの作成が困難であるという課題を克服すること。
• EPICS環境におけるシリアル機器用に、一貫性があり再利用可能で保守性の高いソフトウェア統合を可能にすること。
• 3か所の機関で別々に開発された制御ソフトウェアを統一することで、研究施設間の協働を促進すること。
• 装置の抽象化とプロトコル定義を標準化することで、トラブルシューティングとシステムメンテナンスを簡素化すること。

提案手法

• すべての機器で低レベルのRS-232通信を処理する共通シリアルドライバを最下層に実装する。
• シリアルドライバと機器固有のプロトコルの間で「接着」する役割を果たす中間層ソフトウェア層を開発する。
• 最上位層のプロトコル抽象化を定義し、機器に依存しない汎用形式で装置コマンドを指定する。
• EPICSツールキットを基盤フレームワークとして使用することで、既存の加速器制御システムとの互換性と統合を保証する。
• 新しい機器をコアソフトウェアを変更せずに追加できるプラグイン型のデバイス設定を設計する。
• ジェファーソンラボで統合された、3か所の異なる研究施設で別々に開発されたソフトウェアを、統一的かつ相互運用可能なシステムに統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EPICS環境において、非一様なコマンドプロトコルを持つ多様なRS-232機器を制御するための汎用的ソフトウェアフレームワークをどのように設計できるか？
• RQ2 複数の加速器制御システムにまたがる再利用可能なドライバと簡素化されたトラブルシューティングを実現するアーキテクチャパターンは何か？
• RQ3 異なる研究施設で別々に開発された制御ソフトウェアを、単一で整合性のあるシステムに成功裏に統合できるか？
• RQ4 最上位層のプロトコル抽象化は、機器固有のコマンドと低レベル通信ロジックをどのように分離できるか？
• RQ5 大規模な実験物理学環境におけるシリアル機器制御に、3層アーキテクチャを用いることで得られる実用的利点は何か？

主な発見

• 3層アーキテクチャにより、低レベルのシリアル通信と機器固有のコマンドロジックが明確に分離され、汎用ドライバ開発が可能になった。
• 本システムにより、3か所の異なる研究施設で別々に開発されたソフトウェアが、ジェファーソンラボで単一の機能的制御フレームワークに統合された。
• 最上位層のプロトコル抽象化により、装置コマンドがハードウェアの詳細に依存しない標準化された人間が読みやすい形式で定義可能になった。
• 中間層の「接着」ソフトウェアにより、汎用コマンド記述が機器固有のRS-232コマンドに変換され、相互運用性が確保された。
• EPICSベースの制御システムにおけるシリアル機器統合の開発および保守のオーバーヘッドが削減された。
• 本フレームワークにより、ボルトメーターやステッピングモーター、スイッチャーなど、幅広い単純な機器が、1つの拡張可能なソフトウェアインfraに統合可能となった。