Diseño del software de adquisición de datos para ANAIS, un experimento de detección de materia oscura en el laboratorio de Canfranc.

1. Diseño del software de
adquisición de datos para
ANAIS
Miguel Oliván
GIFNA
Universidad de Zaragoza

2. Requisitos funcionales
 Hardware de adquisición intercambiable
 Almacenamiento de los datos en formato ROOT
 Incorporación de nuevos módulos, vías, fuentes de
datos, cristales, de modo sencillo
 Almacenamiento de la configuración junto a los
datos de adquisición
 Monitorización (ritmos de adquisición, otros)

3. Requisitos no funcionales
 Estabilidad (Cuantificar)
 Maximizar tiempo vivo (Cuantificar)
 Rendimiento suficiente en adquisición
 Respuesta rápida a eventos
 Registro de incidencias

4. Pautas de diseño
 Keep it Simple → KISS
 Fácil de entender, de modificar
 Don't repeat yourself → DRY
 Fácil de mantener
 Fail Fast
 Salir rápido en caso de error, informando del motivo
 Extensibilidad

5. Un vistazo al diseño

6. Un vistazo al diseño
 Conceptos fundamentales:
 DAQSource → Fuente de datos, datos elementales
 DAQEvent → Evento, conjunto de fuentes
asociadas a un trigger
 DAQBoard → Dispositivo que puede esperar al
trigger, adquirir datos de fuentes, realizar acciones
al comienzo o después de cada adquisición
 Matacq, LTD, XDC, PU, IORegister ...

7. Hardware intercambiable
 Polimorfismo: Elección de implementación en
tiempo de ejecución → virtual
 Requiere un interfaz común e identificar
funcionalidades:
 Init, WaitForTrigger, Acquire,
DoPostAcquire

DAQHardwareFactory instancia las clases en
función de la configuración

8. Hardware intercambiable
 Controladores
 Derivan de la clase cuya funcionalidad implementa:
DAQBoard
 Gestionan tiempos y estado del hardware
 Gestionan la relación Fuente ↔ Dispositivo
 Gestionan los buffers internamente

9. Almacenamiento de datos
 Ficheros ROOT
 Estructuras de datos sencillas con datos
elementales
 Legibles en tiempo de ejecución y extensibles
 Usando Branch(name, address, leaflist,
bufsize) y generando leaflist en tiempo de
ejecución (ver TData.h)
 Con los nombres de las fuentes de la configuración

10. Configuración
 Formato YAML
 Legible
 Editable manual y automáticamente
 Permite añadir y modificar hardware
 Esquema genérico:
- grupo: nombre
clave: valor
clave: [vector, de, valores]

11. Ejemplo de adquisición
SOFT RESET
SIGNALS IO
LTD OR
Register Gate Generator
(VME)
(VME)
GATE
DELAYED
SIGNALS
QDC Matacq Pattern Unit
(VME) (VME) (VME)
CHANNEL PER SIGNAL
GLOBAL

12. Ejemplo de configuración
- event: Group1 - source: pu0
trigger: io_reg_0 board: pu0
source: [matacq1_0,matacq1_1, qdc1_0, qdc1_1, pu0] - matacq: matacq1
post_acquire: [ matacq1, io_reg_0] baseaddr: 0x10000
- source: matacq1_0 channels: [0, 1, 2]
board: matacq1 #...
channel: 0 - xdc: qdc1
- source: matacq1_1 baseaddr: 0xA0000
board: matacq1 channel: [0, 1]
channel: 1 - ltd814: ltd
- source: qdc1_0 baseaddr: 0xC0000
board: qdc1 channel: [14 , 15]
channel: 0 threshold: [20, 20]
- source: qdc1_1 - io_register: io_reg_0
board: qdc1 baseaddr: 0xE0000
channel: 1 - pattern_unit_259: pu0
baseaddr: 0x60000

13. Ejemplo de captura

14. Detalles de implementación
 Bucle de adquisición: DAQEvent.h

15. Detalles de implementación
 Controlador DAQBoard: hw/Matacq.h

16. Detalles de implementación
 Instanciar controlador: hw/DAQHardwareFactory.cxx

17. Detalles de implementación
 Buenas prácticas en C++:
 Uso de la librería estándar de C++
 std::string
 Uso de la STL (Standard Template Library)
 RAII (Resource Acquisition Is Initialization)
 Otras herramientas: Valgrind, gdb, subversion

18. Puesta en marcha
 Implementación buffering, datos opcionales
 Análisis de datos
 Pruebas de rendimiento y estabilidad → junio
 Instalación en Canfranc → ¿1º semana de julio?
 Ajuste fino de parámetros → julio
 Adquisición prolongada → agosto­septiembre

19. Cuestiones abiertas - futuro
 Estructura de datos reordenada en fichero ROOT
 Guardar datos opcionalmente. Condiciones
 Test Interrupciones vs. Polling
 Kernel realtime vs. Normal
 Threading en la adquisición
 Almacenamiento síncrono vs. Asíncrono
 Configuración gráfica