[논문 리뷰] Information-Control Software for Handling Serial Devices in an EPICS Environment

P. Chevtsov, S. Schaffner|arXiv (Cornell University)|2001. 11. 20.

Experimental Learning in Engineering참고 문헌 3인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 가속기 환경에서 다양한 직렬(_RS-232_) 장치를 제어하기 위한 일반적이고 EPICS 기반의 소프트웨어 프레임워크를 제시한다. 이 프레임워크는 공통 직렬 드라이버, 중단계 접착 소프트웨어, 최상위 프로토콜 계층으로 구성된 3-tier 아키텍처를 사용하여 고유한 명령 세트를 가진 장치 간의 통신을 표준화함으로써 재사용 가능한 드라이버와 다양한 연구소(저퍼슨 랩 포함)에서의 간편한 장애 진단을 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 가속기 제어 시스템 내에서 RS-232 장치 간에 비균일한 명령 프로토콜이 존재하는 문제를 해결한다.
• 장치 고유의 명령 세트로 인해 일반적인 드라이버를 개발하는 데 어려움이 존재하는 문제를 극복한다.
• EPICS 환경에서 직렬 장치를 위한 일관되고 재사용 가능하며 유지보수 용이한 소프트웨어 통합을 가능하게 한다.
• 세 기관에서 별도로 개발된 제어 소프트웨어를 통합함으로써 연구소 간 협업을 촉진한다.
• 표준화된 장치 추상화와 프로토콜 정의를 통해 장애 진단과 시스템 유지보수를 단순화한다.

제안 방법

• 모든 장치에서 동일하게 작동하는 저수준 RS-232 통신을 처리하는 공통 직렬 드라이버를 최하위 계층에 구현한다.
• 직렬 드라이버와 장치 고유의 프로토콜 사이를 연결하는 중단계 소프트웨어 레이어를 개발한다.
• 장치 명령을 일반적이고 장치에 종속되지 않은 형식으로 정의하는 최상위 프로토콜 추상화를 정의한다.
• EPICS 툴킷을 기반 프레임워크로 사용하여 기존 가속기 제어 시스템과의 호환성과 통합을 보장한다.
• 새로운 장치를 핵심 소프트웨어를 수정하지 않고도 추가할 수 있도록 플러그인 방식의 장치 구성 지원을 설계한다.
• 저저슨 랩에서 통합된 세 기관의 별도로 개발된 소프트웨어를 하나의 유일하고 상호 운용 가능한 시스템으로 통합한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 EPICS 환경에서 비균일한 명령 프로토콜을 가진 다양한 RS-232 장치를 제어할 수 있는 일반적 소프트웨어 프레임워크는 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ2 다양한 가속기 제어 시스템 간에 재사용 가능한 드라이버와 간편한 장애 진단을 가능하게 하는 아키텍처 패턴은 무엇인가?
• RQ3 서로 다른 연구소에서 별도로 개발된 제어 소프트웨어가 단일이고 통합된 시스템으로 성공적으로 통합될 수 있는가?
• RQ4 최상위 프로토콜 추상화는 어떻게 장치 고유의 명령어를 저수준 통신 로직에서 분리할 수 있는가?
• RQ5 대규모 실험 물리 환경에서 직렬 장치 제어에 3-tier 아키텍처를 사용할 경우 실용적인 이점은 무엇인가?

주요 결과

• 3-tier 아키텍처는 저수준 직렬 통신과 장치 고유의 명령 로직을 성공적으로 분리하여 일반 드라이버 개발을 가능하게 했다.
• 세 기관에서 별도로 개발된 소프트웨어가 저저슨 랩에서 하나의 기능성 있는 제어 프레임워크로 통합되었다.
• 최상위 프로토콜 추상화는 하드웨어 특성과 무관하게 표준화되고 인간이 읽을 수 있는 형식으로 장치 명령을 정의할 수 있도록 했다.
• 중단계 '접착' 소프트웨어는 일반 명령 기술을 장치 고유의 RS-232 명령어로 변환하여 상호 운용성을 보장한다.
• EPICS 기반 제어 시스템에서 직렬 장치 통합을 위한 개발 및 유지보수 오버헤드를 줄였다.
• 이 프레임워크는 단일이고 확장 가능한 소프트웨어 인프라를 사용하여 볼트미터, 스텝모터, 스위처와 같은 다양한 단순 장치를 지원한다.