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LHC(Large Hadron Collider)大型强子对撞机予2013年到2014年处于长时间的停机状态,停机期间对加速器和探测器进行了升级,确保升级后满足13TeV的质子对撞能量的要求,最终达到14 TeV的对撞能量。本文针对LHC上的CMS的Level-1触发系统升级进行研究,主要内容是μ子探测器端盖和重叠区域的192条阻性板室光纤数据的触发预处理、合并和扇出。 文中首先介绍CMS实验各类子探测器的结构、电子学系统、触发和DAQ系统,然后根据探测器升级后的结构特点和新触发系统的要求,对所提出的端盖和重叠区域阻性板室光纤数据的触发预处理方案进行介绍,最后介绍方案的实施,包括硬件设计、固件设计和上位机软件的设计等以及在北京实验室、CMS电子学实验室和CMS实验现场进行的相关测试。 在硬件方面,设计了符合μTCA标准的具有高吞吐率数据处理插件CPPF(Concentration Pre-Processing and Fan-out),具有36路输入通道,24路输出通道,最高数据传输率达到10.3125 Gb/s,可支持360 Gb/s输入数据带宽,240 Gb/s输出数据带宽;在固件方面,设计实现24路光纤数据最小延迟的数据接收方法,实现“六合一”的数据合并算法:将六路1.6 Gb/s的数据合并为一路10.0 Gb/s,并实现与CMS触发预处理固件结合;在软件方面,基于IPbus的传输协议,开发CPPF插件的上位机控制软件,实现远程控制、调试等功能。 联合测试方面,完成了与前端阻性板室光纤数据输出RPC-LB板,触发与定时系统以及μ子寻迹触发插件MTF7的一系列联合测试,所得实验结果证明方案可行,满足CMS实验要求,量产后的整体系统将于2016年底正式投入CMS实验中。