Система удаленного реконфигурирования, отладки и тестирования карт электроники для детектора TPC/MPD проекта NICA

1.

ВСЕРОССИЙСКАЯ ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ
ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА «ДУБНА»:
«ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА И ПРИКЛАДНЫЕ
ТЕХНОЛОГИИ»
Система удаленного
реконфигурирования, отладки и
тестирования карт электроники для
детектора TPC/MPD проекта NICA
ПОТАПОВ ДЕНИС СЕРГЕЕВИЧ
Дубна, 2022
ГУ«ДУБНА», ОИЯИ

2.

Актуальность
2
Актуальность работы заключается в том, что она
выполняется в рамках работ с детекторной электроники
детектора TPC/MPD коллайдера NICA.

3.

Ускорительный комплекс NICA
3
https://nica.jinr.ru/
Многоцелевой
детектор (MPD)
Общий вид детектора MPD

4.

Детектор TPC/MPD комплекса NICA
4
1. Место установки карт
3
электроники;
4
2
2. Экран системы
термостабилизации;
3. Многопроволочная
пропорциональная камера (МПК);
4. Высоковольтный электрод;
1
Макет детектора MPD
и детектор TPC в разрезе
Время-проекционная
камера (TPC)
Считывающая камера (ROC)

5.

Карта детекторной электроники (FEC)
Подключение программатора к FEC
1 ROC –
62 FECs
24 ROCs –
1488 FECs
Программатор
ROC с детекторной электроникой
SAMPA FEC
Сборка FEC
FEC controller
5

6.

Цель и задачи
6
Цель работы - разработать устройство обеспечивающее
удаленный доступ к ПЛИС каждой карты детекторной
электроники, расположенной на считывающей камере.
Задачи работы:
Разработать концепцию устройства;
Разработать устройство;
Протестировать базовые функции устройства;
Проверить целостность данных при записи и чтении в
память ПЛИС.

7.

Интерфейс JTAG
JTAG - это Стандарт Порт тестового
доступа и Архитектура Граничного
сканирования 1149.1
В проекте JTAG используется:
Для программирования ПЛИС;
Для отладки ПЛИС;
Как дополнительный канал для
доступа к карте.
7

8.

Блок-схема работы устройства
JTAG_Switch
Кнопка сброса
1-й разъем
JTAG
Выходной
разъем JTAG JTAG
7-й разъем
3
Конфигурационный
переключатель
3-й переключатель
JTAG_Switch
FEC 1
Карта детекторной
электроники
…
JTAG
7
…
Одноплатный
компьютер и/или
Raspberry PI
Конфигурационный
переключатель
7
Выходной
разъем JTAG JTAG
…
1-й переключатель
SCANSTA112
…
Программатор
Входной
USB Blaster
JTAG разъем JTAG JTAG
8
7
Карта детекторной
электроники
FEC 7

9.

Устройство JTAG_Switch
9
Характеристики печатной платы:
• Размер - 73 х 70.5 мм;
• 4 слоя:
• Сигнальный слой;
• Опорный слой
(слой земли);
• Слой питания;
• Сигнальный слой;
Устройство JTAG_Switch

10.

Режимы работы устройства
1-й этап тестирования
Stitcher mode
Работа с одним
коммутатором
Рабочий режим
Выбор выходных (локальных) портов
JTAG осуществляется логическими
значениями на конфигурационных
входах
10
2-й этап тестирования
Scan bridge mode
Работа с одним или несколькими коммутаторами
Level 1 protocol
Выбор коммутатора в цепочке
Level 2 protocol
Выбор выходных (локальных) портов JTAG
Рабочий режим
Выбор выходных (локальных) портов
JTAG осуществляется логическими
значениями на конфигурационных
входах

11.

Блок-схема работы тестового стенда
11
Карта детекторной электроники
ПЛИС Cyclone V
JTAG master
FEC 1
JTAG
RAM память
JTAG_Switch
SCANSTA112
7
…
…
7
Карта детекторной электроники
Коммутатор JTAG
JTAG
Программатор
USB Blaster
USB 2.0
ПЛИС Cyclone V
JTAG master
FEC 7
RAM память
JTAG
Инструменты
САПР Quartus II
Компьютер

12.

Тестирование устройства JTAG_Switch
Проверка базовых функций
Стенд для тестирования
устройства JTAG_Switch
12
Окно инструмента Programmer

13.

Тестирование устройства JTAG_Switch
Проверка целостности данных c 1 FEC
Процедура записи, чтения, сравнения и
очистки данных из RAM памяти ПЛИС карты
Файл записи
ошибок
детекторной
электроники
напосле
языке TCL
выполнения процедуры
13
Окно инструмента System Console

14.

Тестирование устройства JTAG_Switch
Инжекция ошибки c 1 FEC
Процедура записи, чтения, сравнения и
Файл записи
очистки данных
из RAMошибок
памятипосле
ПЛИС карты
выполнения
процедуры
детекторной
электроники
на языке TCL
14
Окно инструмента System Console

15.

Тестирование устройства JTAG_Switch
Проверка целостности данных с 7 FECs
Окно инструмента System Console
15
Файл записи ошибок после
выполнения процедуры

16.

Заключение
16
В ходе выполнения работы было разработано и протестировано
устройство, способное запрограммировать и отладить семь карт
детекторной электроники;
Исследованы базовые функции устройства;
Выполнена проверка целостности данных при записи и чтении
в память ПЛИС FEC.
Планы
Улучшить автоматизацию системы (2й этап тестирования)
Разработать устройство для управления считывающей камерой.

17.

English Русский Rules