[论文解读] 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 7

一句话总结

DISCoS 是一种与探测器无关的软件系统，用于利用欧洲空间局（ESA）的包遥测和遥控标准，在地面测试和校准 X 射线和 γ 射线空间有效载荷。它通过基于模块化 Unix 架构的共享内存和消息队列，实现实时获取、存档和处理遥测与遥控数据，支持与探测器特定处理工具及快速查看可视化工具的灵活集成，适用于多个任务，包括 AGILE、XMM-EPIC 和 INTEGRAL-IBIS。

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.

研究动机与目标

• 开发一种可重用的、与探测器无关的软件框架，用于科学空间有效载荷的地面测试和校准。
• 在地面测试期间支持符合 ESA 标准的遥测和遥控数据包的实时获取与存档。
• 通过与科学控制台架构集成，将科学数据处理与 EGSE 功能解耦。
• 实现与探测器特定软件及快速查看可视化工具的无缝集成，以实现实时性能监控。
• 确保在不同任务和计算平台（包括使用 GCC 的 Linux）上的可移植性和可重用性。

提出的方法

• 采用基于 C 语言的模块化软件架构，包含监控器（Monitor）、接收器（Receiver）、存档器（Archiver）和提供者（Provider）程序，用于实时处理数据包。
• 通过 TCP/IP 或 UDP 套接字在接收器与 EGSE 之间实现可靠的数据传输，经由以太网通信。
• 使用共享内存（Shm）和消息队列，实现组件间的数据流同步，并支持对数据包的低延迟访问。
• 通过提供者程序按 APID 和类型/子类型对传入的 TC/TM 数据包进行排序，将其存储在循环缓冲区中，以实现实时访问。
• 为用户编写的处理器提供可调用的 C、Fortran 和 IDL 子程序，使其能够独立于核心系统解包和分析数据。
• 通过提供者程序支持实时和回放模式，实现灵活的测试和后期处理工作流。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计一种与探测器无关的软件系统，以支持在地面有效载荷测试期间的实时遥测与遥控处理？
• RQ2 何种架构模式能够实现科学有效载荷处理与标准 EGSE 系统之间高效、可扩展且可移植的集成？
• RQ3 如何有效利用共享内存和消息队列，实现实时系统中数据采集与科学数据处理的解耦？
• RQ4 当多个处理器访问关键时间的遥测流时，何种机制可确保数据完整性和同步性？
• RQ5 此类系统在不同 Unix 平台之间的移植程度如何，同时保持实时性能和兼容性？

主要发现

• DISCoS 在多个 X 射线和 γ 射线任务的地面测试中，成功实现了对符合 ESA 标准的 TC/TM 数据包的实时获取、存档和处理。
• 该软件架构支持与探测器特定处理模块的无缝集成，实现了科学数据的快速查看分析与可视化。
• 系统从 HP-UX 平台成功移植到 Linux 平台并使用 GCC 编译，证实了其在不同计算环境中的可重用性。
• 共享内存和消息队列的使用确保了组件间可靠且低延迟的数据传输，在高吞吐量操作期间无数据包丢失。
• 通过监控器生成虚假的开始/停止命令，可独立控制数据文件的边界，提升了测试灵活性。
• 模块化设计配合 C、Fortran 和 IDL 的可调用例程，支持快速开发和部署自定义处理器与可视化工具。