EPICS Collaboration Meeting.pptx by pptfiles

VIEWS: 1 PAGES: 44

									EPICS Collaboration Meeting


       Timing Workshop

        April 24, 2012
                 General Goals of our Discussion
•   Starting with the requirements for timing systems
      § Overview of linac FEL timing requirements
      § Overview of storage ring light source timing requirements
      § Any other accelerator systems?
•   Are there new requirements for next generation machines?
      § Improved performance in terms of stability, drift over long distances?
      § Higher repetition rates, broadcasting more complex timing patterns?
            • Awareness of multiple beam destinations and AC power timeslot issues.
      § Integration and synchronization issues with other subsystems (LLRF, 
        feedbacks, MPS, …)
•   Overview of currently available hardware
•   Outlook for new hardware
      § Form-factors for discrete modules
      § Embedded FPGA timing receivers


EPICS Timing Workshop, April 24, 2012                                                 2
     Cont. - General Goals of our Discussion 2.
•   Overview of currently supported software
      § Available drivers
      § Support for different platforms, operating systems
      § Timing dependant software such as Beam Synchronous Data Acquisition 
        (BSA) and Beam Line Data (BLD).
•   Overview of current architecture of EPICS timing software
      § Limitations of record processing 
      § Proposed architecture of C code for faster performance
•   List of requested new features or improvements
      § Hardware
      § Firmware
      § Software
•   Operational issues and experience
      § Improved timing system diagnostics
      § User interfaces and operator GUIs

EPICS Timing Workshop, April 24, 2012                                          3
                                        Not Covered


• Will not be giving a general timing tutorial!

• This is a workshop intended for people working in 
  the field with an interest toward defining new 
  requirements and new areas of development




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012                  4
                                        AGENDA
•   Opening discussion on the scope of topics and additions to the agenda
      § The bulk of the meeting will be roundtable discussion with the following “seed” 
        presentations:
•   Overview of LCLS timing requirements – Patrick Krejcik
•   LCLS Timing System and upgrades - John Dusatko
•   Requirements for storage rings, plus issues for the SwissFEL – Timo 
    Korhonen
•   Requirements for the MaRIE Project including multiple beam 
    destination and timeslot issues – Eric Bjorklund
•   MRF products and future plans – Jukka Pietarinen
•   BNL timing driver for MRF – Michael Davidsaver
•   LCLS timing software and plans – Kukhee Kim.




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012                                                      5
                                        Logistics
•   Bldg 48 Redwood A Meeting Room
 
 
•   01:30pm     Timing Workshop
 
•   02:30pm     Coffee Break
 
•   03:00pm     Workshop (cont.)
 
•   05:00pm     Workshop ends
 
•   06.30pm     dinner - TBA
EPICS Timing Workshop, April 24, 2012               6
                         LCLS Timing Requirements
                                 Overview

                                        Timing Workshop

                                         April 24, 2012




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
EPICS Timing Workshop, April 24, 2012   8
                 What’s so special about 360 Hz?




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
    Timing in the Context of the Overall Controls Architecture




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012                            10
                                        Scope of Work
• Distributed timing system hardware and software for 
  LCLS-II
• General Requirements (similar to LCLS-I):
      § Independently operated timing system and network that 
        operates synchronously with LCLS-I and other linac timeslots
      § Provide triggers, timestamps, event codes for the linac to 
        undulator e-beam systems and to the photon systems
• Timing patterns to be enhanced to become destination-
  aware to support beams to multiple undulators at 
  different beam rates
• Timing patterns to be enhanced to become MPS-aware
  to support data acquisition multiple undulators at 
  different beam rates
• No longer require a link to the legacy controls (SLC) 
  timing
EPICS Timing Workshop, April 24, 2012                              11
                              Timing System Design




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012                12
           BSA (Beam Synchronous Acquisition)




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
                                                   Design
•   Design based on mature LCLS-I system design
•   Using COTS components
      §   MicroResearch Finland Event Receivers, VME, PMC …

•   EVRs
      §   BPMs: 1 per IOC, 5 BPMs per IOC both SL and RF.
      §    BPMS and BCS Hard and Soft lines processed separately.

•   RTMs
      §   For BPMs only. Strip lines require two triggers per BPM (10/crate) RF BPMs one.

•   CV01
      §   VME control for CAMAC. Only first ten sectors costed. No one assigned as system lead.

•   FODUs and Fiber Optic Connector Panels
      §   For fiber distribution. Sectors 20-30 FODUs have spare capacity for now.

•   FO Jumpers
      §   Trunks estimated through DeSalvo. Jumpers necessary to connect to EVRs and complete infrastructure for timing 
          distribution

•   TRD - Timing Referene Distribution.
      §   119MHz with fiducial for MPS, BCS and diagnostic Toroids




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012                                                                                14
                    Lessons Learned from LCLS-I

• All fiber terminations should be done only by 
  qualified Technicians
• Multimode fiber should be installed for long haul 
  fiber runs in the linac
• Long haul fiber installation design should 
  incorporate FODU termination boxes
• Timing system event codes should be made aware 
  of MPS trips so that data acquisition by BPMs etc. 
  is correctly handled
• Plan for greater flexibility in new event codes for 
  photon users

EPICS Timing Workshop, April 24, 2012               15
                      LCLS II Fiber Optic Plant




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
                                  Timing Distribution




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
         Timing 119 MHz Reference Distribution




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012            18
                                        LCLS-II EVRs




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
       Timing Software slides from Kukhee Kim




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012           20
EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
                       What does EVG send to EVR?


                                   Timing Fiber 360 Hz Pipeline

                                  n+2          n+1                n
          EVG
       Ioc-in20-ev01                                                  EVR




                                         Event Codes [0..255]
                                        Time Stamp w/Pulse Id
                                           192 Modifier Bits 




Meeting Name/Presentation Title
EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
Location, Date
                         Setting up the Beam Rate




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
           Setting up the Beam Rate with evGUI




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
                              Creating Rate Groups




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
                          Creating Rate Definitions




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
                               Defining the Patterns




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
                               Master Beam Control




Meeting Name/Presentation Title
EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
Location, Date
                                         EVR Diag. Screen
                                                            (D3) Trigger Selec
  (D1) Board information
                                                            for Front Panel

                                                            (D5) Regular Trigg
(D2) 
Board 
Contro
l and 
Monito
ring

  (D4) Extended Delay
  Front Panel Trigger
                                                             (D6) VME IRQ  d
                                                             configuration
                                                             Don’t Use It!


 EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
                                          Trigger Panel

                                                          (T3) matrix switches
(T1) event code                                           the events to the trig
for trigger generator




(T2) enable/disable
the event code
(only for the trigger generator)




  EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
                       How to control the trigger
Triggers Panel PVs

  Event Code PV                    Enable/Disable PV
  (T1)                                     (T2)
                                             Triggers Panel PVs



                                                                     EVR Diag. Panel PVs
                                        Prescaler PV
              Matrix switches on the trigger panel                                     (D4 and D5)
              (T3)
                                         Delay PV
                                            Width PV
                               Trigger Event                        Status PV Polarity PV


                                                                  Enable/Disable
                               D            set
      An Internal ClockPrescaler elay Counter                                Polarity control
                                                     clear
                                         Width Counter                                        Hardware Ch

                                                            Trigger Driver
                                 Trigger Generator

 EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
                 Form Factor/OS dependency
   Event Module for RTEMS/vxWorks               Event Module for Linux


         EVR Processing Logic                       EVR Processing Logic

                                        BSA                                    BSA
           erRecord                                   erRecord


          devErMrf                                    devErMrf


                      drvErMrf                                   drvLinuxEvr


                mrfCommon/mrfVme64                                erapi



    VME EVR Hardware         PMC EVR Hardware               PMC EVR Hardware



Works with old register map                     Works with modular register map (new)



EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
                                High Level Screen




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
             Issue 1: FWD/BWD Propagation
Low Level PVs                           High level PVs                        Event Number
                                                               Event
on Diagnostics Screen                   on Events Screen                      on Trigger Screen
                                                               Number(3*)




                          Forward/Backward
                          Propagations  (*)


                                                                       Hard-coded Event number
                                                                       and Trigger Configuration(2*)



                                         Save/Restore for High Level PVs (*)
EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
       Issue 2: Event Code Invariant Delay
      Each Event Code has its own offset
           Each event code has to have different offset
           The delay has been hard-coded in the EVG
           EVG assumes there is no duplicated offset


      These offsets are involved                               Event information in EVG
      in the hardware trigger calculations for 
       trigger  delay on EVR side
           But, the offset PV is hard-coded
           for each trigger channel
           Thus, the changing event code 
           (or, changing trigger selection) 
           makes different delay
                                                          Trigger Delay Calculation in the EVR


EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
                          Event Code and Delay
      Delay Calculation                                                            Clock Rate




    Fiducial to Beam: Constant
                                        Desired Delay   Event Code Offset by EVG


      To make “event code invariant delay”, need to fix the hard-
      coded part
            Require to detect changing event code (or, changing trigger 
            selection) 
            Re-calculate the forward propagation 
            Actually, the offset of event code is a function of event code and 
            trigger configuration

EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
                             What is the Timeslot
• Zero Crossings at AC 3 
  phases lead out the 6 time 
  slots
• Same Timeslot in different 
  peroid shows exactly same 
  AC phase configuration.
• Active Timeslot
      § LCLS: TS1 and TS4
      § FACET: TS2 and TS5
      § XTA:          TS3 and 
        TS6
• Primary Timeslot

EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
      Bean Synchronous Acquisition (BSA)
•   Acquire beam dependent scalar values across multiple IOCs to analyze 
    the correlations among the values which are acquired at the same 
    pulse
•   Maintain the buffer up to 2800 points
•   The buffered values can be averaged up to 1000 samples
•   Up to 20 different BSA requests are available
•   Each BSA requests can specify:
      §    Beam Code
      §    Inclusion/Exclusion Masks for the Event Pattern
      §    Measurement Count (number of data points)
      §    Average per Measurement
      §    Severity Level




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
                   Bring up the EDEF screeen




                                        Event Global Screen


EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
                       Make EDEF Reservation




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
               Pipeline, Pattern & Event code
EVG                                                           EVR
                         Step 5




                                                             Pipeline Advancing 
Generate New pattern Pipeline Advancing                      in the EVR
at !3 pulses prior!  in the EVG

                                          Fiber connection to EVR
    Dealing with the next1 pattern                                  Trigger/Event Generatio
    Pipeline index =1 is hard-coded in the database                 by the Event Code

           Decide event code list with the !Next1! pattern
                                                                     Re-construct EDEF data
                                                                     from the MOD5 & EDEF
                  Construct EDEF data (for BSA) from the
                  MOD5 & EDEF Masks
EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
                                   BSA processing
                                        DEDEF 0
                                        DEDEF 1

         Update EDEF table
         After the pipeline advancing
                               DEDEF n           Timestamp (Init)
                                      Timestamp (active)               Severity
                                                            avgDone flag
                               DEDEF 19

                                        Internal BSA Data Table
                                         BSA device name1
                                         BSA device name2
                                                        BSA0



 DATA PV       AO record:  BSA device name M   BSA1

               Data receptor
 for BSA device name M
              Update data value, timestamp, status and severity
              which come from the DATA PV BSA n

                                         BSA device name  L 19
                                                         BSA


EPICS Timing Workshop, April 24, 2012      AO record does the BLUE box and
                                           make record processing for correct BSA record(s).
                                           Glossary

•   Beam Code – Part of the PNET broadcast.  A set of  5 modifier bits.  LCLS runs on beam code 1.
•   Beam Rate Control – The act of selecting a Rate Definition within a Rate Group.
•   BGRP (Beam Group) – MPG analogous to an EVG Rate Group
•   BSA (Beam Synchronous Acquisition) – The act of filling buffers on an IOC at a specific specified time.
•   Burst Mode – An operating procedure where an operator requests n pulses followed by zero rate.
•   Event Codes – Part of the packet the EVG sends to the EVR. There are 256 event codes: [0..255].
•   Event Definition – A way to reserve a set of buffers used by BSA.
•   Event System – Describes the way timing of beam pulses is set up.
•   EVG (Event Generator) – IOC that passes event codes, time stamps, and modifier bits to the EVR.
•   EVR (Event Receiver) – A card in an IOC that receives timing data from the EVG.
•   evGUI (Event Graphical User Interface) – Java GUI used to program Rate Groups, Rate Definitions, 
    and Modifier Bits for use by the EVG.
•   Master Beam Control – A box sitting next to most control room OPIs used to select a Rate Definition.
•   MPG (Master Pattern Generator) – The non-EPICS SLC “micro” to be replaced by the EVG.
•   Modifier Bits – Part of the packet the EVG send to the EVR.  192 bits of specific timing information.
•   PABIG (Pattern Bit Generator) – 3D PVs in the EVG used to hold Rate Definnitions x Modifier Bits x 
    time for each Rate Group.




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012
                                          Glossary

•   Pattern – Refers to the Beam Code + Modifier Bits
•   Pipeline – Refers to the continuous stream of data sent from an EVG to the EVR.
•   PNBN (PNET Bit Numbers aka Timing Pattern Bits) – Defines the names and bit position and bit width 
    of the Modifier Bits.
•   PNET (Pulse Id Network) – The network the MPG uses to send out the Timing Pattern.
•   Pulse Id – A 360Hz counter that gets encoded into the nanoseconds part of the time stamp sent form 
    the EVG to the EVR.  It is used to correlate data so 1 beam pulse can be tracked as it passes by each 
    device.
•   Rate Definition – A specific rate to run a specific accelerator, such as “FULL RATE”.
•   Rate Group – A group of Rate Definitions used by a specific accelerator, such as “LCLS”.
•   Rate Limiting – The act of selecting a Rate Definition within a Rate Group.
•   Single Shot Mode – An operating procedure where an operator requests 1 beam pulse followed by 
    zero rate.
•   Timing – Short hand term used to describe the Event System.
•   VMTG (VME Master Trigger Generator) – Part of the EVG that receives the 360Hz fiducial and 
    generates and interrupt to trigger PABIG PVs.




EPICS Timing Workshop, April 24, 2012

								
To top