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在兰州重离子冷却存储环CSR(Cooling Storage Ring)束流条件下,强子物理、放射性物理以及重离子碰撞动力学研究将是最为主要的三个基础研究方向。其中一个正在筹建中的大型实验装置是位于CSR主环直线段的基于内靶技术的、应用于强子物理实验研究的强子谱仪HPLUS(Hadron Physics LanzhoUSpectrometer)。HPLUS工作在亮度约(1031~1032)s-1cm-2的环境下,包含本底在内的事例率在106/s量级,探测器读出电子学多达20000多路,且不同的物理实验需要的探测器触发标准不同,传统的数据读出系统已经不能满足HPLUS实验的要求。因此我们在设计HPLUS DAQ中采用三层触发选择系统结构,通过连续采样来获取数据,同时大量使用FPGA和DSP及其它模块来完成特征抽取、数据组合和事例选择等任务,同时运用计算机和网络技术,采用多层次逐步集中,在每一层都采用并行处理(包括零压缩)和缓冲存储的机制来获取数据。
论文论述了HPLUS数据获取系统的基本结构以及硬件平台的实现,子母板组成一个3U标准的PXI插件,子板为前端数据读取板、母板为数据传输和在线处理板。子板主要从前端模拟信号的调理以及与母板的同步通信两个方面进行设计:母板采用DSP+FPGA+PXI总线的板级架构模式来对数据进行并行高速多级传输和在线处理(对实验数据事例过滤筛选)。本文的工作是HPLUS探测装置的重要组成部分,具有重要的意义,同时也给同行研究工作者提供了重要的参考。
本文意义及创新点:1、在加速器领域内采用先进的DSP+FPGA+PXI总线的体系模式。2、利用时钟率达到400MHz的4组16通道的高速并行分组总线实现数据通信,数据吞吐量达到3.2Gbytes/s。3、系统利用FPGA实现动态可重构,满足实验要求的多变性。4、系统平台的通用性,除了应用于大规模数据获取任务外,还可用于重离子治癌的数据处理以及HIRFL-CSR高频系统闭环控制中。