Implementasjon av interrupt-styrd DMA-overføring på HLT-RORC

Abstract

På CERN i Geneve vert det bygd ein ny partikkelakselerator kalla LHC. Ein av dei fire hovuddetektorane i LHC vert kalla for ALICE. I ALICE-detektoren møtest akselererte blyion i høgenergetiske kollisjonar. Med desse kollisjonane vonar ein å kunna skapa eit kvark-gluonplasma. Fyremålet med ALICE-eksperimentet er å kunna detektera at eit slikt plasma har vorte dana. ALICE er oppbygd av ei rad ulike subdetektorar der Time Projection Chamber, TPC, er den viktigaste. TPC er utstyrd med sin eigen utlesingselektronikk som syter for at mælingane vert digitaliserte og ordna i fiberoptiske datastraumar. Datainnsamlingssystemet åt TPC er bygd opp med standard Linux-baserte datamaskinar og PCI-innstikkskort kalla RORC. RORC-korti har tilkoplingar for eit fiberoptisk grensesnitt. RORC kan soleis nyttast til å taka i mot data fiberoptisk frå detektoren og flytja mottekne data inn i eit computer memory. For å redusera den innkomande datastraumen er ALICE-eksperimentet utstyrt med eit triggersystem. Trigger-systemet opererar på ulike nivå. På lægste nivå er trigger-systemet knytt til snøgge detektorar som triggar utlesingi av data frå TPC. På eit høgare nivå skal det implementerast ein høgnivåtrigger, HLT, som kan køyra sanntidsanalyse av den utlesne datastraumen og plukka ut interessante kollisjonsdata. HLT er sett i hop av ei klynge med konvensjonelle datamaskinar. HLT implementerar sine eigne RORC-kort, HLT-RORC, til å taka i mot data frå utlesingselektronikken. Fyremålet med denne oppgåva har vore å konstruera og testa eit grensesnitt som gjev HLTRORC tilgang på alle dei generelle funksjonane som PCI-protokollen tilbyd. Dette grensesnittet er implementert for 66MHz arbeidsfrekvens og 64 bits ordbreidd og det er i stand til å initiera både DMA-styrd og interrupt-styrd IO. Til å letta implementasjonen har eg nytta kommersielle IP-kjernar for PCI. Både maskinvare, firmware og programvare har vorte utvikla, inkludert device-drivarar for Linux og eit testmiljø. All firmware har vorte verifisert både med simulering i programmet ModelSim og testing i tilgjengeleg maskinvare. På slutten av arbeidet med masteroppgåva vart eg involvert i eit satellittprosjekt hjå Seksjon for romfysikk. I samband med dette implementerte og verifiserte eg eit SPARC-basert mikroprosessorsystem på den same maskinvara som eg hadde nytta til utvikling av HLT-RORC. Dette arbeidet er nærare dokumentert i eit eige kapittel. Under arbeidet med masteroppgåva har eg dessutan hjelpt studentar ved Høgskulen i Bergen med utvikling og testing av firmware-modular for RCU-systemet. Desse modulane hadde til fyremål å dekoda meldingar frå TTCrx-brikka sin serialb-interface og er nærare dokumentert i `Digital Module Requirement Specification' [1]. At nokre av kapitli er skrivne på engelsk og andre på norsk heng i hop med at dei engelskspråklege kapitli skulle lesast av folk ved Universitetet i Heidelberg i Tyskland.