报告人：曾婷轩 实验物理中心数据获取组 2015年08月19日

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1 报告人：曾婷轩 实验物理中心数据获取组 2015年08月19日
一种基于网络读出的暗物质数据获取软件 报告人：曾婷轩 实验物理中心数据获取组 2015年08月19日 2015/8/18 第十七届全国科学计算与信息化会议

2 报告提纲 简介 单板测试 框架 实现 现状 2015/8/18 第十七届全国科学计算与信息化会议

3 1.1 系统简介-暗物质实验简介 CsI(Na)暗物质实验，采用具有双发光特性的CsI(Na)晶体，对暗物质粒子的候选者“弱相互作用重粒子（WIMPs）”进行直接探测。 : Technology R&D Funded by IHEP 43 kg 单块晶体探测器 180*180*300mm 大亚湾5号厅水池 5mx5mx6m 2015/8/18 第十七届全国科学计算与信息化会议

4 1.2 系统简介- DAQ系统带宽需求 波形零压缩 数据量估计： FADC: 100μs采样窗口，1GHz采样率， 16bits/点
暗物质反应截面小，沉积能量小 更高的光产额 低温 -130℃ 晶体发光时间长 数据量大 通过波形鉴别粒子 记录每个事例完整波形 数据量估计： FADC: 100μs采样窗口，1GHz采样率， 16bits/点 单通道单触发： 200 KB/s 设计信号频率 100Hz，12个PMT 总数据量： 240 MB/s 取数半年： 3559 TB 预期压缩100倍后存盘 单光电子谱 稀疏 波形零压缩 2015/8/18 第十七届全国科学计算与信息化会议

5 1.3 系统简介- DAQ系统的功能需求与设计方案
前端接siTCP板，网络接口读出。 二级事例组装 波形零压缩 存盘 数据文件波形图显示 设计方案： 利用已有ATLAS TDAQ框架——需要熟悉框架，可复用事例组装，存盘，用户界面等相关组件 2015/8/18 第十七届全国科学计算与信息化会议

6 2 电子学读出测试程序开发 程序功能：实现对 siTCP 板的配置，以及取 数，对取到的数据包进行解析，统计数据传输 率。
siTCP单板测试结果： 与千兆网卡直连能达到 600Mb/s的数据传输率。 触发长度 0x0800 0x1000 0x1800 0x2000 0x3000 事例长度 128kB 256KB 384KB 512KB 768KB 接收端测得的数 据率 12.5MB/s 25.0MB/s 37.5MB/s 49.9MB/s 74.9MB/s 理论数据率 12.8MB/s 25.6MB/s 38.4MB/s 51.2MB/s 76.8MB/s 2015/8/18 第十七届全国科学计算与信息化会议

7 3.1 系统框架-硬件组成 前端电子学 3块母板，6块ADC子板 一块触发和时钟板 数据流传输与数据存储
在线集群，4台服务器，linux2.6.32, gcc version 4.4.7 网络发送 DAQ控制 地下实验厅和地面控制室各一台PC机 2015/8/18 第十七届全国科学计算与信息化会议

8 3.2 系统框架-软件框架 在线软件 负责配置、控制、监测 在线软件部分基本重用了ATLAS TDAQ的相关组件。 数据流软件
Data Flow Software Front Read Out Back end Gathering and monitoring Data Storage Online Software 在线软件 负责配置、控制、监测 在线软件部分基本重用了ATLAS TDAQ的相关组件。 数据流软件 负责数据的传输与处理 数据流软件在借鉴ATLAS 和lhaaso DAQ软件的基础上，根据暗物质实验的具体要求设 计完成。 2015/8/18 第十七届全国科学计算与信息化会议

9 3.3 系统框架-数据流 读出组件 数据流组件 存盘组件 Storage Array Elec Modules Event Send
Event Pack Memory Share Storage Array PT(Processing task) Data Read Elec Modules 2015/8/18 第十七届全国科学计算与信息化会议

10 4.1 系统实现-电子学配置与取数 将单板测试程序集成到TDAQ ROS框架 网络UDP配置流程： 2015/8/18
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11 4.2 系统实现-事例组装 两级事例组装 UDP配置电子学板，通过网络读取数据。 解析数据包头，得到触发号，数据长度。
保证同一触发号的数据段到齐，按照触发号组装数据。数据段未到齐时给出报错信息。 三块母板的数据组装成完整事例，框架完成。 完整事例格式 电子学头格式 2015/8/18 第十七届全国科学计算与信息化会议

12 基线：对每个数据通道的前N个原始数据点求平均 阈值：基线+ dth 过阈的数据点保留，未过阈的点记为0.
4.3.1 系统实现-波形零压缩 dth 波形零压缩： 基线：对每个数据通道的前N个原始数据点求平均 阈值：基线+ dth 过阈的数据点保留，未过阈的点记为0. 2015/8/18 第十七届全国科学计算与信息化会议

13 4.3.2 系统实现-波形零压缩 波形压缩结果 采样宽度为100μs,98288个数据点 N=100, dth=8. 压缩比为150左右。
压缩前 压缩后 波形压缩结果 采样宽度为100μs,98288个数据点 N=100, dth=8. 压缩比为150左右。 数据率 191MB/s -> 1.3 MB/s；半年 3559TB -> 23 TB 2015/8/18 第十七届全国科学计算与信息化会议

14 5 系统现状 目前软件的主要部分已经开发完成，现场测试持续运行48小时未出现问题。 根据探测器需求，需要进一步完善： 波形积分 实时显示
研究意义： 这是第一次采用网络与电子学的接口方案，对以后的实验具有借鉴意义。 对siTCP板的测试结果表明了其用于今后实验的可行性，带宽大，实现方便。 2015/8/18 第十七届全国科学计算与信息化会议

15 Thank you ! 2015/8/18 第十七届全国科学计算与信息化会议