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Datenerfassungssysteme für Experimente in der Hochenergiephysik wie das ATLAS Experiment am europäischen Forschungsinstitut für Teilchenphysik CERN werden eingesetzt, um experimentalphysikalische Daten aufzuzeichnen und sind essenziell für den effektiven Betrieb eines Experiments. Solche Systeme sind oft in unterirdischen Einrichtungen untergebracht und haben begrenzten Zugang zu Strom, weniger Möglichkeiten zur Kühlung und sind zudem ionisierender Strahlung sowie magnetischen Feldern ausgesetzt. An ihre Entwicklung werden einzigartige Anforderungen gestellt und stellen eine Herausforderung dar. Um mit den hohen Datenmengen, die ein Hochenergiephysikexperiment erzeugt, umgehen zu können und gleichzeitig den technologischen und umweltbedingten Anforderungen zu genügen bestehen diese Systeme traditionell aus individuellgefertigten elektronischen Komponenten. Solche eigenentwickelten Komponenten sind allerdings teuer zu entwickeln, schwer zu warten und in der Regel nichtsehr flexibel. Diese Arbeit untersucht eine alternative Architektur für Datenerfassungssysteme die auf kommerziellen Standardkomponenten (commercialoff-the-shelf, COTS) basiert. Eine in das ATLAS Experiment zu integrierende COTS-basierte Datenverteilungskomponente "FELIX" wird vorgestellt. Die Hardware- und Software-Implementierung dieses Geräts wird diskutiert, mit einem Schwerpunkt auf Leistungsfähigkeit, Heterogenität der Systeme und Kommunikationsmuster. Der COTS-basierte Ansatz wird im Rahmen der zukünftigen Anforderungen des ATLAS-Experiments bewertet. Data-acquisition systems for high-energy physics experiments like the ATLAS experiment at the European particle-physics research institute CERN are used to record experimental physics data and are essential for the effective operation of an experiment. Located in underground facilities with limited space, power, cooling, and exposed to ionizing radiation and strong magnetic fields, data-acquisition systems have unique requirements and are challenging to design and build. Traditionally, these systems have been composed of custom-designed electronic components to be able to cope with the large data volumes that high-energy physics experiments generate and at the same time meet technological and environmental requirements. Custom-designed electronics is costly to develop,effortful to maintain and typically not very flexible.This thesis explores an alternative architecture for data-acquisition systems based on commercial off-the-shelf (COTS) components. A COTS-based data distribution device called FELIX that will be integrated in ATLAS is presented. The hardware and software implementation of this device is discussed, with a specific focus on performance, heterogenity of systems and traffic patterns. The COTS-based readout approach is evaluated in the context of the future requirements of the ATLAS experiment. Jörn Schumacher, Author ; Prof. Dr. Christian Plessl, Academic Supervisor Tag der Verteidigung: 09.06.2017 Universität Paderborn, Dissertation, 2017 |
