東陽テクニカ株式会社製CC7700型CAMACクレートコントローラ、 同社製AT互換機PCIバスインターフェースボード、IBM/AT互換機を用いて 安価で比較的高速なCAMACデータ収集システムを開発しました。 このシステムではCAMACサイクル毎に約5μ秒、割込みに約20μ秒の 時間がかかります。
本プログラムは、freewareで、完全に無保証です。 著作権等はGNU一般公有使用承諾書に準拠します。
ハードウェアー
CC7700型CAMACクレートコントローラとAT互換機PCIバス インターフェースボードについては東陽テクニカ株式会社に問い合せ下さい。 １枚のPCIバスインターフェースホードで8台まで CC7700型CAMACクレートコントローラを制御できます。
ソフトウェアー
このシステムのブロックダイヤグラムを下図に示します。
高速な割込みを実現するため、データ収集プロセスをデバイスドライバーの形で
カーネルに組み込みました。
データ収集プロセス内に無限ループを作ったり、LAMのクリアを忘れた場合には
AT互換機がハングアップすることがあります。注意して下さい。(この場合、CAMAC
の電源を切って下さい。)
データ収集プロセスでは、デバイスドライバーに許されたサブルーチンしか
callできない。浮動小数点計算やファイル制御はできません。
CAMACでLAMが発生すると、インターフェースボードはIRQ(インターラプトリクエスト)
を発生し、割込みルーチン(dc_int.c)に制御を移します。
このルーチンはLAM発生時に行なうCAMACコマンドを書き、読んだデータを
イベントバッファ(最長2キロワード)に書き込みます。
イベントは、デバイスドライバーの64キロワードのバッファーにコピーされ、
ブロック化プロセス(dma_control)からREADコマンドで読まれ、
共有メモリー上に作成した8連の16キロバイトのブロックに書き込まれます。
デバイスドライバーの64キロワードのバッファーが一杯になった場合には、
ブロック化プロセスから読まれるまでデータ収集を停止するようにしています。
ブロック化プロセスは、必要な場合にはブロック毎にファイル又はデバイスに
保存します。
共有メモリーのバッファーは、複数のプロセス(オンラインモニターや状況モニター)
で読むことができます。
ユーザが指定したコマンドは、I/O制御命令を用いてデバイスドライバーに
送られるため、制御用プロセス(COM)が消えても、データ収集系に影響を与えない
ように設計しています。
- Linuxで動かせるIBM PC互換機を1台用意して下さい。
Aopen社AX6Lマザーボードに東陽テクニカ株式会社製AT互換機PCIバスインター フェースボードを差した場合、起動しないという現象が報告されました。 ASUS社P2L97マザーボードと交換では正常に動きました。 PCIバスインターにはマザーボードとの相性があるようです。 - PCにLinuxをインストールしてください。 kernelは2.0系のものを使ってください。
- ここをクリックして、 データ収集システムversion 1.1.21ソースプログラムを入手してください。
- tarを用いてソースプログラムを解凍します。具体的にはshell上で tar zxvf cc7700-1.1.1.tarとタイプして下さい。 ソースプログラムが cc7700/ ディレクトリーに作られます。
- cc7700/ ディレクトリーに移動して下さい。(cd cc7700)
- スーパユーザ(root)になり、make devicesとタイプします。 cc7700用のデバイス(/dev/PCIcc7700)が作られます。
- 可能であれば、以下のコマンドでinsmod, lsmod, rmmodのコマンドに
スーパユーザビットを立てて下さい。
セキュリティ上の問題を生じる可能性があるので、ユーザの判断で行なって
下さい。
(今後は、スーパユーザビットを立てていることを前提として書きます。 スーパユーザビットを立てない場合にはstart_daqの 実行の度にスーパユーザになる必要があり、不便です。)コマンドは以下の通りです。
chmod +s /sbin/insmod; chmod +s /sbin/lsmod; chmod +s /sbin/rmmod
- 測定毎の準備
- cc7700/ ディレクトリに移動します。
- dc_int.cを書き換えます。
このファイルには、5つのサブルーチンがあります。このファイルはデバイスドライバ としてOSに組み込まれるので、無限ループに注意して下さい。また、浮動小数点 演算用のサブルーチン、ファイル制御ルーチン等は使用できません。使用する変数は 必ずstatic型で作成して下さい。auto型で巨大な配列を作成した場合には、システムの スタックを食い潰し、OSをハングアップさせる可能性があります。dc_int_init()：初期化時、クリアー時に呼ばれます。
dc_int_start()：データ収集開始時に呼ばれます。
dc_int_stop()：データ収集終了時に呼ばれます。
dc_int(unsigned short *)：LAM信号が入る度に呼ばれます。
dc_int_clear()：dc_int終了後と、データ収集開始時、ブロックの終了の スケーラー読み出し後に呼ばれます。 次の事象を読めるようにシステムをクリアーするために使われます。
dc_intの引き数のbufferには、データを入れて下さい。 buffer[0]には全バッファー長(buffer[0]を含む)を代入して下さい。 このデータは、ブロック化プロセスに渡され、ディスクに書かれ、 解析プロセスで使用されます。このサブルーチンでは以下のCAMAC制御コマンドが使用できます。
- void camac_CNAF(int C,int N,int A,int F)
- クレート番号c[0-7]、ステーション番号N[1-23]、サブアドレスA[0-15]に ファンクションF[0-31]を送り、CAMACサイクルを起動させます。
- void camac_write16(short data)
- 次のCAMACコマンドの為に16bitのデータを送ります。
- void camac_write24(long data)
- 次のCAMACコマンドの為に24bitのデータを送ります。
- short camac_read16()
- 前のCAMACコマンドで得られた16bitデータを返します。
- long camac_read24()
- 前のCAMACコマンドで得られた24bitデータを返します。
例
#include "camack.c" #define INPUT_REGISTER 1 /* station number of input register */ #define INPUT_REG_RF 0 /* read function of input register */ #define INPUT_REG_RA 0 /* read sub-address of input register */ #define INPUT_REG_CF 9 /* clear function of input register */ #define INPUT_REG_CA 0 /* clear sub-address of input register */ #define ADC 2 /* station number of ADC */ #define ADC_RF 0 /* read function of ADC */ #define ADC_CF 9 /* clear function of ADC */ #define ADC_CA 0 /* clear sub-address of ADC */ #define SCALER 4 /* station number of scaler */ #define SCALER_RF 0 /* read function for scaler */ #define SCALER_CF 9 /* clear function for scaler */ #define SCALER_CA 0 /* clear sub-address for scaler */ #define OUTPUT_REGISTER 5 /* station number of output register */ #define OUTPUT_REG_F 17 /* write function of output register */ #define OUTPUT_REG_A 0 /* write sub-address of output register*/ #define LAM_N ADC /* LAM source is ADC */ #define LAM_F 26 /* function for enable-LAM */ #define LAM_A 0 /* sub-address for enable-LAM */ static long loop=0,data; static int stat; static void dc_int_init(),dc_int_start(),dc_int_stop(),dc_int_clear(); static void dc_int_init() { camac_CNAF(0,SCALER,SCALER_CA,SCALER_CF); /* clear scaler */ } static void dc_int_start() { camac_write24(0x0000f0); camac_CNAF(0,OUTPUT_REGISTER,OUTPUT_REG_A,OUTPUT_REG_F); /* send signal to output register A=5-8 */ dc_int_clear(); /* clear LAM and modules */ camac_CNAF(0,LAM_N,LAM_A,LAM_F); /* enable LAM */ } static void dc_int_stop() { camac_CNAF(0,LAM_N,LAM_A,24); /* disable LAM */ camac_write24(0x000f00); camac_CNAF(0,OUTPUT_REGISTER,OUTPUT_REG_A,OUTPUT_REG_F); /* send signal to output register A=9-12 */ } static void dc_int_clear() { camac_CNAF(0,ADC,ADC_CA,ADC_CF); /* clear data of ADC */ camac_CNAF(0,ADC,ADC_CA,10); /* clear LAM of ADC */ camac_CNAF(0,INPUT_REGISTER,INPUT_REG_CA,INPUT_REG_CF); /* clear input register */ camac_write24(0x00000f); camac_CNAF(0,OUTPUT_REGISTER,OUTPUT_REG_A,OUTPUT_REG_F); /* send signal to output register A=1-4 */ } static int dc_int(unsigned short buffer[]) { long j; loop++; j=inl(BASE_ADDRESS+4); /* check LAM */ if(j==0){ printk("dc_int: interrupt %d happened, %d, LAM=%lx\n",IRQ,loop,j); /* write warning for illegal LAM to dmesg */ return(-1); /* return */ } buffer[0]=8; /* fixed event length (8 words) */ camac_CNAF(0,INPUT_REGISTER,INPUT_REG_RA,INPUT_REG_RF); buffer[1]=camac_read16(); /* first data is bit pattern of input register*/ camac_CNAF(0,ADC,0,ADC_RF); buffer[2]=camac_read16(); /* second data is ADC A=0 */ camac_CNAF(0,ADC,1,ADC_RF); buffer[3]=camac_read16(); /* the third data is ADC A=1 */ camac_CNAF(0,ADC,2,ADC_RF); buffer[4]=camac_read16(); /* the fourth data is ADC A=2 */ camac_CNAF(0,ADC,3,ADC_RF); buffer[5]=camac_read16(); /* the fifth data is ADC A=3 */ camac_CNAF(0,SCALER,0,SCALER_RF); j=camac_read24(); buffer[6]=j&0xffff; buffer[7]=(j>>16)&0xffff; /* 24 bit write for scaler */ return(0); } - event.cを自分の測定に合せて書き直します。
このファイルには、オンライン解析ルーチンからイベント毎に呼ばれる サブルーチンを記述します。これは、通常のプロセスなので、浮動小数点計算や、 ファイル制御を行なうことができます。 この例は、オンライン解析に、CERNライブラリーのPAWを使用しています。 引き数には、イベント毎のバッファ(dc_intで渡した内容)が渡されます。 バッファーは読み出し専用です。書き込むと誤動作することがあります。例
#include "/cern/97a/include/cfortran/cfortran.h" #include "/cern/97a/include/cfortran/hbook.h" /* these include files are need for calling HBOOK subroutines from the C language */ #define HBOOK_SIZE 200000 void analyze_(unsigned short int data[]) { static int loop=0; int i,j; if(loop==0){ HLIMAP(HBOOK_SIZE,"SAMPLE"); /* make global section "SAMPLE"*/ HBOOK1(11,"SSD1R-L",4095,0.5,4095.5,0.0);/* define 1-dim histograms */ HBOOK1(12,"SSD2R-L",4095,0.5,4095.5,0.0);/* see HBOOK manuals in CERN-lib*/ HBOOK1(13,"SSD3R-L",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(14,"SSD4R-L",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(15,"SSD5R-L",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(16,"SSD6R-L",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(17,"SSD7R-L",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(18,"SSD8R-L",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(19,"SSDR-L",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(21,"SSD1L-L",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(22,"SSD2L-L",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(23,"SSD3L-L",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(24,"SSD4L-L",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(25,"SSD5L-L",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(26,"SSD6L-L",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(27,"SSD7L-L",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(28,"SSD8L-L",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(29,"SSDL-L",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(31,"SSD1R-H",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(32,"SSD2R-H",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(33,"SSD3R-H",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(34,"SSD4R-H",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(35,"SSD5R-H",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(36,"SSD6R-H",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(37,"SSD7R-H",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(38,"SSD8R-H",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(39,"SSDR-H",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(41,"SSD1L-H",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(42,"SSD2L-H",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(43,"SSD3L-H",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(44,"SSD4L-H",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(45,"SSD5L-H",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(46,"SSD6L-H",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(47,"SSD7L-H",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(48,"SSD8L-H",4095,0.5,4095.5,0.0); HBOOK1(49,"SSDL-H",4095,0.5,4095.5,0.0); } loop++; i=data[1]&0x07; /* the event data are stored in data */ HF1(11+i,(float)data[2],1.0); /* fill histograms */ HF1(19,(float)data[2],1.0); HF1(31+i,(float)data[3],1.0); HF1(39,(float)data[3],1.0); i=(data[1]>>3)&0x07; HF1(21+i,(float)data[4],1.0); HF1(29,(float)data[4],1.0); HF1(41+i,(float)data[5],1.0); HF1(49,(float)data[5],1.0); } - makeと打って全てのプログラムをコンパイルします。
- データ収集システムの起動
- cc7700 ディレクトリーに移動します。
- start_daqと打ちます
このコマンドは、デバイスドライバーを組み込み、データ収集系で必要な プロセスを起動します。X端末が正常に設定されていれば、2つのウインドが ディスプレー上に現れます。一つはデータ収集系制御のためのウインドで、 もう一つは状況モニターです。これらは、それぞれCtrl-DやCtrl-Cで消すこと ができます。(再起動には、ターミナル上、cc7700 ディレクトリーでcom、staと打ち ます。) もし、``Initialization of PCIcc7700 failed''というメッセージが出た場合には、 I/Oポートや割込み番号がぶつかっている可能性があります。 ``cat /proc/pci'', ``cat /proc/ioports'',``cat /proc/interrups''コマンド で調べ、バイオスで適当なポート番号、IRQ番号を指定して下さい。
- cc7700 ディレクトリーに移動します。
- データ収集系の制御(COMの使い方)
- COMのウインドをクリックし、アクティブにします。
COMウインドが存在していない場合には、xtermかktermでウインドを作り、 cc7700ディレクトリに移動後、``COM''と打ちます。 - 最初にCOMを起動すると、``Scaler??: station number (end=0)''と スケーラのステーション番号を聞いてきます。 スケーラモジュールがクレートに入っている場合には、そのステーション 番号を入力します。指定が終わった時には0を打って下さい。 スケーラは最大10台まで使用できます。 STAウインドに設定したスケーラのステーション番号が表示されます。 間違えた場合には、COMプロンプトが出た後でsetコマンドで再定義して下さい。
- ``COM''プロンプトが出た後で、以下のコマンドが使用できます。
- reset：スケーラのステーション番号の再設定。
- start：データ収集開始
(STAウインドに開始時間と``acquiring''が表示されます。) - stop：データ収集停止
(STAウインドに終了時間が表示されます。) - clear：データ収集システムをスケーラのクリアー
- set：ファイルに書く場合、ディレクトリとファイル名を指定します。
- open：収集されたデータをファイルに書きます
コメントを入力します。setコマンドで指定した名前に".xxx"(xxxはラン番号) を付けたファイルを開きます。 - close:ファイルをクローズします。
コメントを入力します。 - sca：スケーラの値を表示します。
- C/r：現在の状態を表示します。
- データをファイルに書かない場合
start carrige-return (or sca ....) stop - データをファイルシステム上のファイルに書く場合
set path+filename たとえば、/data/test open /data/test.runnoというファイルを開く comment start carrige-return (or sca ....) stop close comment - データをdeviceに書く場合
set /dev/device st0: scsi tape, fd0: floppy (upto 89blocks) open /dev/st0というファイルが開かれる。 comment start carrige-return (or sca ....) stop close comment
- COMのウインドをクリックし、アクティブにします。
- オンラインヒストグラムの表示方法(PAW)
- xterm、ktermコマンドを使い、新しいウインドを作成します。
- ``paw''とタイプする。
- ``workstation type''と聞かれるので、X端末を使用している場合には、 1と打ちます。他のX端末に表示したい場合には、setenv DISPLAY xxxx:0で ディスプレーを指定してからPawを起動してください。
- グラフィックウインドが表われ、PAWプロンプトが表示されます。
- global_sec name
と打ちます。 nameは``event.c''のHLIMAPで指定した名前を使います。 (この場合は、SAMPLE) - h/listで、使えるヒストグラム番号を表示します。
- h/pl numberでヒストグラムを表示します。 numberはh/listコマンドで表示したヒストグラム番号です。
- ヒストグラムの内容はgreset numberでresetできます。 幾つかのバージョンではPAW側の問題で、gresetでヒストグラムをリセット できません。この場合、sh erase numberと打つと、 ヒストグラムをリセットできます。 number=0の場合全てのヒストグラムをリセットできます。
- よくある問題の解決方法
- COMがハングアップした場合
dma_controlが動いていることを確認してください。 ``ps -x|grep dma_control|grep -v grep''と叩いて、dma_controlが起動している かどうか調べます。動いていない時にはrestart_dmaと打ち、dma_controlを 起動させて下さい。
もし、dma_controlが動いている場合には、データ収集システムへのトリガー数を 少なくしてみて下さい。これで解決した場合には、トリガー数を減らした状態で測定 して下さい。
- データが取られているのに、オンライン解析が動かない。
``ps -x|grep analyzer|grep -v grep''と打ち、analyzerが起動しているか調べて 下さい。動いていない場合にはrestart_anaコマンドで再起動して下さい。
- COMがハングアップした場合