ヘリオトロンＪにおけるヘリオトロン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

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

内容内容

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

プラズマ実験におけるデータ処理プラズマ実験におけるデータ処理

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

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

ヘリオトロンにおけるデータ処理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。

ヘリオトロンにおけるデータ処理ヘリオトロンにおけるデータ処理

２００１年Ｇｒａｓｐｅｒ 3 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。

ＨＪ用システム開発の動ＨＪ用システム開発の動機機

• 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

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

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）

デバイスドライバーの作成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 。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Trial Number

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Tra

ns

fer R

ate

(kB

ytes

/sec

)

Ordinary Mode

Double Buffer Mode

CAMACCAMAC ドドライバーの機能ライバーの機能ioctl の命令 データ入出力 内容

K2915_WAIT_LAM 出力 LAM 待ちK2915_RST 無し インターフェースのリセットK2915_CHK_BRANCH 入力 インターフェース番号の確認K2915_SET_BRANCH 出力 インターフェース番号のセットK2915_SET_CRATE 出力 クレート番号のセットK2915_ENA_LAM 出力 LAM の有効化K2915_DIS_LAM 無し LAM の無効化K2915_REG_DMP 無し インタフェース内 の レジスタ内 容 出 力

(syslog へ)K2915_SNGL 入出力 1 データの入出力K2915_SETUP_DMA 出力 DMA の設定K2915_CMD_STAT 入力 コマンドステータスレジスタ内容の取得K2915_PP 入力 パラレルポーリングK2915_IENA 無し 割り込み許可K2915_IDIS 無し 割り込み無効K2915_SETUP_BLK 入出力 データのブロック転送設定K2915_BLK_TRN 入出力 データのブロック転送

サポート済みサポート済みインターフェースインターフェース

１． CAMAC 関係KineticSystems 2915 （ PCI) 、 2927(AT)TOYO CC/PCI(PCI)

２． GPIBNational 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)

データ処理システムの概要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

Coil Power Supply Voltage,Current Signals

Signal Amplifiers CAMAC System Server for SystemMaintenance

Local Laser Printer

Power Supply Monitor

Relay SignalInput InterfaceRelay Signal

Shot No. 12345HV 100% AV 100%TA 100% IV 0%TB 100%

18“ LCD Display Controller

Discharge Parameter Display System

Video SignalSplitter

Shot No. 12345HV 100% AV 100%TA 100% IV 0%TB 100%

Shot No. 12345HV 100% AV 100%TA 100% IV 0%TB 100%

KUINS Network

CISCORouter

10Base5

‘Fusion’ Network

ASCENDRouter

INS1500

CAMAC Server(NetBSD)

Print Servers

RS232C19.2kbps

Relay Signal Processor

Signal AmplifiersCAMAC System

Local Laser Printer

Analog, Scaler Signals

Client Computers(Linux)

MO

Relay Signals

Data File Server(NetBSD)

MO

DAT

Delay Trigger Timing Processor

RS232C9.6kbps

Calculation Server(Alpha21264, 21164)

(Linux)

100BaseTX SW.HUB

10BaseTHUB

Main System

Grasper Sub System

Grasper,DASBOX ADC

Grasper Controller

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）

主なサーバー類主なサーバー類

サポート済みサポート済み CAMACCAMAC モジュールモジュール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/Memory4008/4054 　　　 8212A/32/8800/12 8212A/16/8800/128212A/8/8800/12 　　　 8210 2250L5909スケーラー /MemoryHNE320/HNE280 　　　 8590/8801クロック発生器8501 　　　 403接点入力3473Memory8201 　　　 8206 2161T3500 629 （ヒストグラム）

ＣＡＭＡＣ以外のＣＡＭＡＣ以外の ADCADC モジュールモジュール

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）

ライブラライブラリリ

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g ｅｔｆｉｌｅ

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

データ処理のプログラム構成データ処理のプログラム構成

SequenceControl

CAMACControl

PC98Communication

Delay TriggerCommunication

GraphicOutput Control

Data Storage(HD, MO)

Parameter Editors(CAMAC, Graphics)

Main

Relay SignalProcessor

Delay TriggerTiming Processor

Graphic TaskManager

Discharge ParameterDisplay

Relay SignalMonitoring

Time Control

GPIBController

シーケンスの流れシーケンスの流れ

パラメータ設定

heldap 起動

heldap シーケンススタート

LAM 用 3474スタート

LAM 用 3474接点待ち

Joule遮断 10秒前

CAMACサーバー

Relay SignalProcessor

Delay TriggerProcessor

スタート

スタート

Relay 、 Triggerモジュールへの送信要求

CAMACサーバーへデータ送信

CAMACサーバーへデータ送信

受信

タイマーソフトのリセット

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

タイマーソフトのリセット

タイマーの監視

CAMACサーバー

全ての CAMAC にパラメータを送信し ADC スタート

全ての CAMAC の計測終了を示す Q待ち

ショットトリガー

Q の出たものから 1 次ファイルを HD に書きこみ

全てのデータのHeader 作成

タイマーの監視

GPIBController

通電 1 分前

アンプ設定読込

コントローラスタート

取り込みデータの種取り込みデータの種類類

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

保存データ形式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。

No. 項目 記入例 バイト数

1 日付 99-11-26 8

2 通電データ（時刻、ショット番号、コイル電流）

10:1000400…

55

3 モジュール名 8212a/32-1 15

4 チャンネル名 25 2

5 データワード数 1234567 7

6 サンプリング時間（ 3 桁）、0 （秒）、 1 （ m 秒）、 2（ n 秒）

1000 4

7 遅延時間 170 3

8 アンプゲイン（負のときは100 分の 1 ）

1000 4

9 アンプフィルタ 2 3

10 パネル設定値 99

11 スケール 1000 20

12 ユニット /cc 20

13 最小－最大電圧と ADC 分解ビット数

-10+1012 8

14 Information 50

15 データ データワード数 ×1,2,4

セキュリティ制セキュリティ制御御

CISCOROUTER

KUINS

IP フィルタリングネットマスク

• 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。

CAMAC Server(CAMAC, Delay TriggerPC98)

Data File Server

MO

Client Computers

User File Server

MO

Da

ta fi

les

User forbidden area

Core area

Tem

po

rary

dat

a f

iles

User files

Preserved data files

操作操作

‘Crate’ Editor ‘Module’ Editor ‘Function’ Editor

PC98通信

MO保存

グラフ表示印刷出力

時間監視

メインシーケンス

CAMACエディタ

グラフエディタ

メッセージ

• 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。

ユーザーの入力ユーザーの入力• 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

実験オペレーターの入実験オペレーターの入力力

• 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。

グラフ出グラフ出力力

• 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。

システムのコンポーネシステムのコンポーネントント

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

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

システムのコンポーネントシステムのコンポーネント

CAMAC クレート トリガー発生器

接点入力器 接点ボード サーバー群

接点付アンプ

システムの特徴システムの特徴

• 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。