[论文解读] Data Acquisition System with Shared Memory Network

Taizo Masuda, T. Fukui+2 more|ArXiv.org|Nov 15, 2001

Distributed and Parallel Computing Systems被引用 5

一句话总结

本文提出了一种用于SPring-8的新型事件驱动数据采集系统，该系统利用共享内存网络在多个VME系统之间实现数据同步。通过将250 Mbit/s光缆连接的共享内存板与现有控制框架集成，该系统实现了跨分布式数据源的同步高速数据采集，在束流位置监测器应用中成功验证了数据采集的精确同时性。

ABSTRACT

The SPring-8 control system provides data acquisition software called Poller/Collector for periodic data taking. Its polling scheme does not support taking data synchronized with an event, and simultaneity in the data from the different VME systems is not guaranteed. Recently, requirement for fast and event-driven data acquisition has increased, and the synchronization of a set of data from the different VME systems is requested. We added new data-taking software to the standard framework with a shared memory network. We designed the software on the VME by updating the original framework that was already used for feedback control. The data filling process on a PC stores sets of the synchronized data on a shared memory board to the database. The shared memory boards provide 250Mbit/s transmission rate and are linked with optical fiber cables. We will install the system to the linac beam position monitors data acquisition as the first application.

研究动机与目标

• 解决SPring-8控制框架中现有基于周期性轮询的数据采集系统缺乏同步的问题。
• 实现在多个VME系统之间精确时间协调的快速事件驱动数据采集。
• 采用共享内存网络实现可扩展的解决方案，确保数据的同时性并降低延迟。
• 在不干扰反馈控制功能的前提下，将新系统集成到现有控制框架中。
• 在真实应用场景——直线加速器束流位置监测器数据采集中部署该系统，验证其可靠性和性能。

提出的方法

• 扩展了现有的SPring-8控制框架，以支持使用共享内存通信的事件驱动数据采集。
• 实现了传输速率为250 Mbit/s的共享内存板，通过光纤连接VME系统与PC。
• 设计了PC上的数据填充流程，将来自多个VME系统的同步数据集存储到中央数据库中。
• 修改了原始的Poller/Collector软件，使其支持事件触发的数据采集，而非周期性轮询。
• 利用共享内存网络消除了时间抖动，确保了分布式硬件间的同时数据捕获。
• 将系统集成到SPring-8直线加速器束流位置监测系统中，作为首个部署用例。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高能物理设施中，如何实现多个VME系统之间数据采集的精确同步？
• RQ2 在现有控制框架中，从轮询式转向事件驱动式数据采集需要哪些架构变更？
• RQ3 具有高带宽光缆连接的共享内存网络能否有效支持加速器环境中实时同步的数据采集？
• RQ4 与周期性轮询相比，事件驱动采集在数据一致性和系统响应性方面带来了哪些性能提升？
• RQ5 如何扩展现有控制系统软件以支持新的数据采集范式，同时不破坏运行稳定性？

主要发现

• 共享内存网络实现了250 Mbit/s的数据传输速率，支持关键的高速数据传输，满足实时采集需求。
• 该系统成功实现了多个VME系统之间的数据采集同步，消除了先前轮询方法中存在的时间偏差。
• 新软件成功集成到现有控制框架中，且未干扰正在进行的反馈控制操作。
• 该系统的首次应用已成功部署于直线加速器束流位置监测器的数据采集中，验证了其在真实加速器环境中的可靠性。
• 与之前的周期性轮询方法相比，事件驱动方法显著提升了数据一致性和系统响应性。
• 采用光纤连接的共享内存板提供了稳定、低延迟的通信，对同步数据采集至关重要。