江门中微子实验后端数据汇总与交换模块设计

发布时间：2020-07-19 23:32

【摘要】：江门中微子实验是建造一个直径为35.4米的液体闪烁体探测器,该探测器可以探测中微子。当中微子穿过探测器时,有可能与探测器相互作用,产生闪烁光信号,再通过光电倍增管转化为电信号。信号在前端电子学中实现数字化,数字化结果通过长电缆传输到后端处理板(BEC)和商用交换机。在实验中,将采用17000个光电倍增管进行光子测量,BEC和商用交换机之间电缆的使用也将会达到17000。为了减少BEC和商用交换机之间电缆的使用,以及能够缩减机架使用空间,本文设计了一款后端数据汇总与交换模块来取代商用接入层交换机。随着嵌入式系统的不断发展,与嵌入式相关的设备已经成为我们生活中不可或缺的一部分,因此本文采用嵌入式交换机作为后端数据汇总与交换模块。TCP/IP协议完成嵌入式交换机与以太网直接交换信息的功能。本文以STM32F767NI微控制器作为嵌入式交换机的主控芯片,BCM53286M作为百兆以太网PHY芯片,BCM5482作为千兆以太网PHY,结合LwIP协议栈以及FreeRTOS实时操作系统,实现嵌入式交换机的功能。FreeRTOS实时操作系统对系统资源的要求低,不仅完全免费开源,而且还具有很好的实时性、能够实现多任务,可以进行移植裁剪,可以配置调度策略,RAM占用小等等。LwIP协议栈是一款轻量级TCP/IP协议栈,它可以减少内存的使用,并且其代码精简,使其适合应用于资源有限的处理器平台。本文详细分析了嵌入式交换机各个模块,包括主控模式、以太网模块、电源模块以及时钟与复位信号,完成了嵌入式交换机的整个硬件电路的设计以及PCB板的绘制,结合STM32控制器Cortex-M7内核以及FreeRTOS操作系统的特性,将FreeRTOS操作系统移植到STM32控制器上,为应用程序提供任务操作的支持;完善底层网络接口层的驱动程序,将LwIP协议栈移植到FreeRTOS操作系统,实现TCP通讯。采用Iperf对嵌入式交互机进行带宽测试,服务器端批处理命令,测量多个端口带宽,总带宽均未超过TCP的最大传速率,后将BEC接入其中并进行测量带宽,测试结果表明该方法能够有效的减少电缆的使用量、缩减机架使用空间,并提高系统可靠性。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O572.321
【图文】：

图1.1粒子最基本单元（来源：中国科学院高能物理研究所官网）

江门中微子实验示意图

反电子中微子的反向β衰变反应[18]

【参考文献】

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本文编号：2763119