基于国产CPU的高性能数据获取和分布式控制系统中前端控制器的研究

数据获取系统及实验控制系统是大型高能物理实验装置的重要组成部分。前端控制器是数据获取系统及实验控制系统中的关键设备。VME总线控制器是目前大型物理实验装置中前端控制器采用的主流技术，基本上采用进口产品。研究基于国产龙芯CPU的VME总线控制器，可以在未来的高能物理实验装置中逐步替代同类进口产品，在大规模应用中大幅度地降低成本。本课题着重解决国产龙芯CPU在大型数据获取及控制系统中应用的软硬件问题，拓宽国产CPU的应用领域，所取得的研究成果不仅可以应用于中国散裂中子源，西藏羊八井大型高海拔空气簇射观测站等大型高能物理实验，还可以直接向国防、军工、工业控制等领域转化，提高国内工业信息化的技术水平和信息安全化水平。

《基于国产CPU的高性能数据获取和分布式控制系统中前端控制器的研究》自从2012年开题以来，课题组能够按照项目申请书和任务书中的要求，按照规划的时间节点开展研究工作，顺利的完成了原定的研究内容。在项目研究中，课题组获得专利授权2项，发表文章2篇，国际会议特邀报告1次，以及若干项硬件/软件成果。目前已经完成了基于国产龙芯的VME总线控制器样板的研制，在其上编写了板级支持包，移植了引导软件、操作软件。成功的将高能物理实验数据获取系统中的前端读出ROS软件移植到样板上，在LHAASO的地面小阵列上进行了初步的测试。同时，也将大型科学装置的分布式控制系统EPICS中的IOC移植到样板上，在中国散裂中子源的实验控制系统中进行了功能和性能测试。在完成基于国产龙芯的VME总线控制器样板的研制后，课题组开展了基于龙芯VME总线控制器的应用研究，利用已有的研究成果，尝试其作为分布式控制系统的前端节点，完成多种控制任务。课题组利用VME总线控制器，在实验室环境内，完成了对西门子、倍福、横河等PLC指令与信息的上传与下发，完成其作为过程控制器，对温度等的PID控制。也成功的将分布式后端程序移植到了基于国产龙芯的嵌入式计算机上，能够在国产龙芯处理器上实现完整的分布式控制系统。时间对于大科学装置来说是最终要的信息之一。在以往的装置中，都是通过专用的网络扇出，专用的电子学接收处理，使得系统造价昂贵，并且很难扩展。如果数据获取系统和控制系统中前端计算机都能够接收并处理高性能的时间同步信息，将极大的扩展数据获取和控制系统的功能，为大科学装置提供更多更有用的数据。课题的最后一年，课题组调研了国内外多种时间同步技术和方案，比较了其优劣性，最后确定基于网络的精确时间同步技术能够较好的结合目前的数据获取系统和控制系统，与现有的数据获取网/控制网相结合。课题组对于基于网络的精确时间同步技术进行了探索研究，调研并搭建了基本的测试系统，进行了网络精确时间同步小系统的基本测试。在测试的过程中，确定了基本的技术路线与技术难点，也获取了时间同步精度与各个组成部分之间的关系。为下一步的研究工作，打下了一个良好的基础。