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ヘリオトロンＪにおける データ処理システムの取り組み

平成 16 年度ＮＩＦＳ共同研究「次世代実験のための核融合データ処理システム技術検討作業会 平成１６年 5 月 26 日、核融合科学研究所研究Ｉ期棟 6 階 601 会議室. ヘリオトロンＪにおける データ処理システムの取り組み. 京都大学エネルギー理工学研究所 岡田浩之 okada@center.iae.kyoto-u.ac.jp. 内容. １．はじめに ２．ハードウェア構成と 各種 デバイスドライバー ３．ソフトウェア構成 ４．ユーザーインターフェース ５．まとめ. プラズマ閉じ込め評価、物性研究には多変量分布測定が必要. 多数の計測器が同時に稼動.

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ヘリオトロンＪにおける データ処理システムの取り組み

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Presentation Transcript

  1. 平成16年度ＮＩＦＳ共同研究「次世代実験のための核融合データ処理システム技術検討作業会平成16年度ＮＩＦＳ共同研究「次世代実験のための核融合データ処理システム技術検討作業会 平成１６年5月26日、核融合科学研究所研究Ｉ期棟6階601会議室 ヘリオトロンＪにおける データ処理システムの取り組み 京都大学エネルギー理工学研究所 岡田浩之 okada@center.iae.kyoto-u.ac.jp

  2. 内容 １．はじめに ２．ハードウェア構成と 各種デバイスドライバー ３．ソフトウェア構成 ４．ユーザーインターフェース ５．まとめ

  3. プラズマ閉じ込め評価、物性研究には多変量分布測定が必要プラズマ閉じ込め評価、物性研究には多変量分布測定が必要 多数の計測器が同時に稼動 プラズマ実験におけるデータ処理 多チャンネル、多種（ＡＤＣ、スケーラー等）の効率的なデータ収集 多人数で相互的なデータ参照 実験パラメータ（ショット番号、磁場強度、ガス条件等）の参照 固有のデータ処理システム

  4. ヘリオトロンにおけるデータ処理 1980年（ヘリオトロンE実験開始） 沖電気製ミニコンと特殊ＡＤＣ、ＣＡＭＡＣ、ＩＯ。 Ｔｅｋｔｒｏ４０１４端末。 ＣＡＭＡＣを増強、Ｍ２００導入。 1992年 ミニコンからＳｕｎＳＰＡＲＣへの変更。 ＣＡＭＡＣのみ。デジタルＩＯを変更。 ディレイトリガー新設。 ＷＳ、Ｘ端末（グラフィックはＴｅｋｔｒｏモード）。 1999年 ＳｕｎからＡＴ ｃｌｏｎｅとDEC alphaへ。 セキュリティ強化と拡張性の増大。 グラフィックをＸへ。ＰＣ－ＵＮＩＸを活用。

  5. ヘリオトロンにおけるデータ処理 ２００１年 Ｇｒａｓｐｅｒ3種類を処理系に加える。 ２００２年 ＮＢＩ用ローカルシステムの追加。 ヘリオトロンJと同期、非同期取り込み。 ２００３年 アンプ更新に伴いＧＰＩＢ制御機能追加。 DASBOX、CAMAC2種類の処理ソフトを加える。 通電カウントダウン表示機能を追加。

  6. 全システムの老朽化ー計算機に関するシステムの顕著な老朽化全システムの老朽化ー計算機に関するシステムの顕著な老朽化 • sun（690MP等)および周辺機器（MOジュークボックス等）の維持困難 • 維持管理費の高さ、拡張性の悪さ • tektroモードのみのグラフィックの使い難さ • デバイスドライバーの対応が無いためシステムの変更が困難 • システムの安定性の問題 • ＣＡＭＡＣ用インターフェースソフトからのエラーが起きると1時間程度不動（2-3ヶ月に1度程度） • 周辺機器が故障すると数日から1週間程度の修理期間が掛かる ＨＪ用システム開発の動機 AT cloneとDEC alphaマシンを 使用し、OSとしてNetBSDを中心 に考える。汎用で無いものは 考えない。（サポートの問題、 修理期間の問題） 1)　システムとして高速・安定であること 2)拡張が容易であること 3)ソフト・ハードのバージョンアップが簡便であること 4)既存のハード・ソフトが利用可能であること 5)維持管理費が少ないこと

  7. デバイスドライバーの作成 今回のシステム開発でカギとなったのはデバイスドライバーである。CAMAC インターフェースのデバイスドライバーは限られたOSに対するものがあるのみ なので著しくシステム構成を規制してしまう。従ってデバイスドライバー作成の 技術を確立することが必要であった。幸いLinuxのドライバーが見つかったので CAMACよりの部分はそのまま使用し、OS側の部分を今回用いたNetBSD用に 変えた。また、DMA、IOによるブロック転送を完備させた。転送速度はKinetic製 ADCの4008/4054を使用してテストしたところ約740 kbytes/sec（3922のダブル バッファON）であった。 Kinetic 4008（ADC)/ 4054（memory、2MB）を用いた転送テストの結果。 インターフェースはKinetic 2915、クレートコントローラーは3922。

  8. CAMACドライバーの機能

  9. サポート済みインターフェース １．CAMAC関係 KineticSystems 2915（PCI)、2927(AT) TOYO CC/PCI(PCI) ２．GPIB National Instruments PCI-GPIB、AT-GPIB ３．Grasper関係 PCI-DMAC2（PCI)、PCI-DMAC3(PCI) ４．接点入出力 Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ PCI-2105A(PCI) CONTEC PI-64T（AT)

  10. Main System Analog, Scaler Signals KUINS Network CISCO Router 10 BaseT HUB ‘ Fusion ’ Network INS1500 Grasper Sub System ASCEND Signal Amplifiers CAMAC System Router Relay Signals Local Laser Printer 10 Base5 RS232C 19.2kbps Grasper, DASBOX ADC Grasper Controller Relay Signal Processor RS232C CAMAC Server( NetBSD ) 9.6kbps Delay Trigger Timing Processor Shot No. 12345 HV 100% AV 100% Shot No. 12345 TA 100% IV 0% MO HV 100% AV 100% TB 100% Shot No. 12345 TA 100% IV 0% TB 100% HV 100% AV 100% TA 100% IV 0% DAT 100 BaseTX SW.HUB TB 100% Data File Server( NetBSD ) MO Print Servers Client Computers ( Linux ) Local Laser Printer Calculation Server (Alpha21264, 21164) ( Linux ) データ処理システムの概要 • ショット番号、磁場設定値等の1500点のリレー信号はRS232CでCAMACサーバーへ • CAMAC用トリガー設定値もRS232CでCAMACサーバーへ • データ保存はデータファイルサーバーの4TBのハードディスクと5”MO（4GBor9.1GB/枚）、DLT320へ • サーバーの電源は二重化＋UPS Discharge Parameter Display System Video Signal Splitter Display Controller 18 “ LCD Power Supply Monitor Relay Signal Input Interface Relay Signal Coil Power Supply Voltage, Current Signals CAMAC System Server for System Signal Amplifiers Maintenance

  11. 主なサーバー類 CAMACサーバー： ４台（６、１、１、１クレート） Ｇｒａｓｐｅｒサーバー： ２台（３、１ユニット） ＤＡＳＢＯＸサーバー： １台（２ユニット） データサーバ： ３台（２台はデータ、１台は個人用ファイル）

  12. サポート済みCAMACモジュール CAMACモジュールはさまざまなものがあるため、パラメータ設定 も1つの画面設定では対応できない。現在は7種類の画面を作成 して下記のモジュールに対応している。今後も実験者の使用に 応じて対応モジュールを増やしていきたい。 ADC/Memory 4008/4054 8212A/32/8800/12 8212A/16/8800/12 8212A/8/8800/12 8210 2250L 5909 スケーラー/Memory HNE320/HNE280 8590/8801 クロック発生器 8501 403 接点入力 3473 Memory 8201 8206 2161 T3500 629（ヒストグラム）

  13. ＣＡＭＡＣ以外のADCモジュール １．System Design 社 Grasper-12　（32チャンネル、2台） Grasper-12/300III　（40チャンネル） Grasper-820　（16チャンネル） DASBOX530　（32チャンネル、2台） ２．部分的サポート Yokogawa DL2240（ディジタルオシロ）

  14. ライブラリ データ取得ライブラリ getdata 入力 信号名、ショット番号、電圧出力・ビット出力切り替え 出力 データ、サンプリング時間、AQDC情報等 データダンプユーティリティ gｅｔｆｉｌｅ 入出力 同上 通電データ取得ライブラリ 入力 ショット番号 出力 ECHパワー、パルス幅、プラズマに対するコメント等

  15. データ処理のプログラム構成 Main Sequence Control Parameter Editors (CAMAC, Graphics) Relay Signal Monitoring GPIB Controller CAMAC Control Discharge Parameter Display PC98 Communication Relay Signal Processor Delay Trigger Communication Delay Trigger Timing Processor Time Control Graphic Output Control Graphic Task Manager Data Storage (HD, MO)

  16. アンプ設定 読込 LAM用3474 スタート LAM用3474 接点待ち ショット トリガー タイマーの 監視 全てのCAMACにパラメータを 送信しADCスタート 全てのデータの Header作成 CAMAC サーバー 全てのCAMACの 計測終了を示すQ待ち Qの出たものから1次 ファイルをHDに書きこみ タイマーソフトの リセット タイマーの 監視 CAMAC サーバー DataとHeaderをデータファイル サーバーのHD、MOに書き込み Graphic スタート heldapシーケンス スタートへ戻る シーケンスの流れ タイマーソフトの リセット heldap起動 通電1分前 Joule遮断10秒前 CAMAC サーバー パラメータ 設定 heldapシーケンス スタート Relay、Trigger モジュールへの送信要求 受信 CAMACサーバーへ データ送信 Relay Signal Processor スタート Delay Trigger Processor CAMACサーバーへ データ送信 スタート コントローラ スタート GPIB Controller

  17. 取り込みデータの種類 1．ADC、スケーラー等の信号 2．ADC、スケーラー等の設定値（周波数、モジュール名等） 3．ショット番号、磁場設定値、アンプゲイン、フィルター種類 4．ディレイトリガーの設定値 5．測定値（電圧）から物理量への変換係数 6．各測定器のコメント 7．加熱装置、測定装置の設定値 8．生成プラズマに対するコメント

  18. 保存データ形式 収集されたデータは信号名の表（別に定める）から得た各ファイル名を付けられて次のようなディレクトリの下に格納される。 xxx/日付/shot番号 例えばxxx/991126/00400/ECHG1の意味は1999年11月26日のECHG1信号のデータファイルということになる。各ファイルはヘッダー部とデータ部に分かれている。ヘッダーはCAMACモジュールの設定値と通電条件（接点データ）からなる298バイトであり、データ部はビット数により1，2、4*（データ数、binary）バイトとなっている。

  19. セキュリティ制御 • データファイルの共有はNFSによって行う。データファイルとユーザー領域は完全に分離した。 • CAMACサーバーへのユーザーアクセスはできない。 • データファイルサーバへは読み込み専用でアクセスできる。 • 大学内部のネットワークにはルータを通して接続。IPによる通信制御を行っている。 IPフィルタリング ネットマスク KUINS CISCO ROUTER

  20. 操作 時間 監視 • 操作はXlibによって記述されたGUIによって行う。 • 右のメインＷｉｎｄｏｗによってＣＡＭＡＣサーバーのすべての機能をコントロールする。 • 下はＣＡＭＡＣの制御パラメターを定義するエディタ。 • グラフの出力制御するエディタはクライアントでも動作。 PC98 通信 メイン シーケンス MO 保存 CAMAC エディタ グラフ 表示 グラフ エディタ 印刷 出力 メッセージ ‘Crate’ Editor ‘Module’ Editor ‘Function’ Editor

  21. ユーザーの入力 • データ名とCAMACチャンネルの関連付け。 • 物理量への変換データ入力。 • 各データファイルへのコメント

  22. 実験オペレーターの入力 • 実験で稼動している主な機器の状況を入力する（加熱設定、測定器設定）。 • 生成されたプラズマあるいは、全体の実験状況のコメントを書く。

  23. グラフ出力 • 実験中にデータ参照が十分できるような操作性と高速性を考慮して開発。 • ディスプレイ出力ではデータ表示を対話的に変えることができる。 • 時間変化（下図）、Ｘ－Ｙプロット、shot by shot変化の3パターンを作成。 • 出力はディスプレイとＰＳプリンタ（カラーを含む）をサポート。 • プラットホームはＸＷｉｎｄｏｗが動作する全てのマイクロコンピュータ。

  24. システムのコンポーネント CAMACとアンプ ディレイトリイガーと接点取り込み部分 ショット番号、コイル電流設定（18インチLCD） ファイルサーバー２ CAMACサーバーとファイルサーバー クライアントコンピュータ

  25. システムのコンポーネント トリガー発生器 CAMACクレート 接点付アンプ 接点入力器 接点ボード サーバー群

  26. システムの特徴 • メインコンピュータにＡＴクローン、周辺機器にも一般部品のみでシステムを構成したため維持管理が廉価・簡便で、アップグレードも容易。 • CAMAC（現在約500チャンネル）、Grasper、DASBOX、リレー接点（1500点）、ＧＰＩＢ経由の設定値を一括して処理。 • CAMACサーバー、データファイルサーバーは必要に応じて拡張可能。 • データ表示（時間発展、X-Y、shot by shot）もサポート。 • C、FORTRANからのデータ利用のためのライブラリ。 • 全てのプログラムはソースコードレベルで管理。 • デバイスドライバーを除いて移植性を考慮したプログラム。

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