The APSEL4D Monolithic Active Pixel Sensor and its Usage in a Single Electron Interference Experiment

We have realized a Data Acquisition chain for the use and characterization of APSEL4D, a 32 x 128 Monolithic Active Pixel Sensor, developed as a prototype for frontier experiments in high energy particle physics. In particular a transition board was realized for the conversion between the chip and the FPGA voltage levels and for the signal quality enhancing. A Xilinx Spartan-3 FPGA was used for real time data processing, for the chip control and the communication with a Personal Computer through a 2.0 USB port. For this purpose a firmware code, developed in VHDL language, was written. Finally a Graphical User Interface for the online system monitoring, hit display and chip control, based on windows and widgets, was realized developing a C++ code and using Qt and Qwt dedicated libraries. APSEL4D and the full acquisition chain were characterized for the first time with the electron beam of the transmission electron microscope and with 55Fe and 90Sr radioactive sources. In addition, a beam test was performed at the T9 station of the CERN PS, where hadrons of momentum of 12 GeV/c are available. The very high time resolution of APSEL4D (up to 2.5 Mfps, but used at 6 kfps) was fundamental in realizing a single electron Young experiment using nanometric double slits obtained by a FIB technique. On high statistical samples, it was possible to observe the interference and diffractions of single isolated electrons traveling inside a transmission electron microscope. For the first time, the information on the distribution of the arrival time of the single electrons has been extracted.

Esperimenti di integrazione ViewOS-Rump: lo stack di rete NetBSD

In questo lavoro si indaga la possibilita' di includere lo stack TCP-IP NetBSD, estratto come libreria dinamica ed eseguito all'interno di un kernel rump, come sottomodulo di rete della System Call Virtual Machine UMView di Virtual Square. Il risultato ottenuto consiste in umnetbsd, il modulo che ne dimostra la fattibilita', e libvdeif, una libreria per connettere kernel rump a switch VDE.

Test hardware del secondo batch di schede ROD per il layer 2 del pixel detector dell'esperimento ATLAS al CERN

In questa tesi viene seguito il lavoro di test delle schede ROD del layer 2 del Pixel Detector dell’ esperimento ATLAS, che mira a verificare la loro corretta funzionalità, prima che vengano spedite nei laboratori del CERN. Queste nuove schede gestiscono i segnali in arrivo dal Pixel Detector di ATLAS, per poi inviarli ai computer per la successiva elaborazione. Le schede ROD andranno a sostituire le precedenti schede SiROD nella catena di acquisizione dati dell’esperimento, procedendo dal nuovo strato IBL, e proseguendo con i tre layer del Pixel Detector, corroborando l’aggiornamento tecnologico e prestazionale necessario in vista dell’incremento di luminosità dell’esperimento.

ExoTCP: uno stack di rete minimale e userspace specializzato per il protocollo HTTP

In questo lavoro verrà presentato ExoTCP, uno stack di rete minimale e userspace specializzato per il protocollo HTTP. Verrà inoltre presentato Eth, un server web zerocopy che utilizza ExoTCP per servire contenuti statici. L'obiettivo del lavoro è riuscire ad ottenere prestazioni migliori di quelle di un server web tradizionale che si appoggia ai servizi offerti dal sistema operativo per accedere alla rete.

Esperimenti di Modularizzazione dello Stack TCP-IP di Linux

In questo lavoro si introduce il progetto di estrarre lo stack tcp-ip dal kernel di linux e farlo funzionare come una normale libreria in userspace. Si parlerà dei vantaggi di avere lo stack tcp-ip in userspace, di altri progetti simili, del motivo per cui si è scelto lo stack di linux, dei principali problemi incontrati nel corso del lavoro, del percorso seguito, e di come il risultato possa essere migliorato per renderlo uno strumento effettivamente utile.

Scheda di controllo JTAG per l'elettronica di readout del pixel detector dell'esperimento ATLAS

Il sistema di acquisizione dati del nuovo layer IBL di ATLAS conta attualmente 15 schede ROD attive sull’esperimento. In ognuna di queste schede sono presenti due catene JTAG per la programmazione e il test. La prima catena è facilmente accessibile da remoto tramite uno standard VME o Ethernet, mentre la seconda è accessibile solo tramite un programmatore JTAG. Accedere alla catena secondaria di tutte 15 le ROD è in primo luogo sconveniente poiché sarebbero necessari 15 programmatori diversi; in secondo luogo potrebbe risultare difficoltoso doverli gestire tutti da un unico computer. Nasce così l’esigenza di sviluppare un’elettronica aggiuntiva con funzione di controllo che riesca, tramite un unico programmatore, a distribuire un segnale JTAG in ingresso a 15 uscite selezionabili in maniera esclusiva. In questa tesi vengono illustrati i vari passaggi che hanno portato alla realizzazione del progetto ponendo attenzione alla scelta, al funzionamento e all’eventuale programmazione dei componenti elettronici che lo costituiscono. Per ogni parte è stato realizzato un ambiente hardware di prototipazione che ne ha garantito il test delle funzionalità. La scheda, basata su un microcontrollore ATmega 328-P, è attualmente in fase di completamento nel laboratorio di progettazione elettronica dell’INFN di Bologna. Il prototipo studiato e realizzato tramite il lavoro di questa tesi verrà anche utilizzato in ambiente CERN una volta che ne sarà convalidata l’affidabilità e potrà anche essere facilmente adattato a tutti gli esperimenti che usano un protocollo JTAG per la programmazione di dispositivi remoti.

USB monitor in LabVIEW per il controllo remoto delle schede DAQ del pixel detector di ATLAS

L’esperimento ATLAS al CERN di Ginevra ha un complesso sistema di rivelatori che permettono l’acquisizione e il salvataggio di dati generati dalle collisioni di particelle fondamentali. Il rivelatore per cui trova una naturale applicazione il lavoro di questa tesi è il Pixel Detector. Esso è il più vicino alla beam pipe e si compone di più strati, il più interno dei quali, l’Insertable B-Layer (IBL), aggiunto in seguito allo shut down dell’LHC avvenuto nel 2013, ha apportato diverse innovazioni per migliorare la risoluzione spaziale delle tracce e la velocità di acquisizione dei dati. E’ stato infatti necessario modificare il sistema di acquisizione dati dell’esperimento aggiungendo nuove schede chiamate ROD, ReadOut Driver, e BOC, Back Of Crate. Entrambe le due tipologie di schede sono montate su un apparato di supporto, chiamato Crate, che le gestisce. E’ evidente che avere un sistema remoto che possa mostrare in ogni momento il regime di funzionamento del crate e che dia la possibilità di pilotarlo anche a distanza risulta estremamente utile. Così, tramite il linguaggio di programmazione LabVIEW è stato possibile progettare un sistema multipiattaforma che permette di comunicare con il crate in modo da impostare e ricevere svariati parametri di controllo del sistema di acquisizione dati, come ad esempio la temperatura, la velocità delle ventole di raffreddamento e le correnti assorbite dalle varie tensioni di alimentazione. Al momento il software viene utilizzato all’interno dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) di Bologna dove è montato un crate W-Ie-Ne-R, speculare a quello presente al CERN di Ginevra, contenente delle schede ROD e BOC in fase di test. Il progetto ed il programma sviluppato e presentato in questa tesi ha ulteriori possibilità di miglioramento e di utilizzo, dal momento che anche per altri esperimenti dell’LHC le schede di acquisizione vengono montate sullo stesso modello di crate.

Installazione del navigation stack su rover terrestre e applicazione del kinect nello human-robot interaction.

Progetto SHERPA. Installazione e configurazione del Navigaton Stack su Rover terrestre. Utilizzo e configurazione di LMS151 Sick. Utilizzo e configurazione di Asus Xtion Pro. Progettazione di software per la localizzazione e l'inseguimento di persone tramite camera di profondita.

A comparison of pixel and object-based land cover classification. A case study of the Asmara region, Eritrea

In this paper we compare the performance of two image classification paradigms (object- and pixel-based) for creating a land cover map of Asmara, the capital of Eritrea and its surrounding areas using a Landsat ETM+ imagery acquired in January 2000. The image classification methods used were maximum likelihood for the pixel-based approach and Bhattacharyya distance for the object-oriented approach available in, respectively, ArcGIS and SPRING software packages. Advantages and limitations of both approaches are presented and discussed. Classifications outputs were assessed using overall accuracy and Kappa indices. Pixel- and object-based classification methods result in an overall accuracy of 78% and 85%, respectively. The Kappa coefficient for pixel- and object-based approaches was 0.74 and 0.82, respectively. Although pixel-based approach is the most commonly used method, assessment and visual interpretation of the results clearly reveal that the object-oriented approach has advantages for this specific case-study.

High-resolution late-glacial chronology for the Gerzensee lake record (Switzerland): δ18O correlation between a Gerzensee-stack and NGRIP

Oxygen-isotope variations were analyzed on bulk samples of shallow-water lake marl from Gerzensee, Switzerland, in order to evaluate major and minor climatic oscillations during the late-glacial. To highlight the overall signature of the Gerzensee δ18O record, δ18O records of four parallel sediment cores were first correlated by synchronizing major isotope shifts and pollen abundances. Then the records were stacked with a weighting depending on the differing sampling resolution. To develop a precise chronology, the δ18O-stack was then correlated with the NGRIP δ18O record applying a Monte Carlo simulation, relying on the assumption that the shifts in δ18O were climate-driven and synchronous in both archives. The established chronology on the GICC05 time scale is the basis for (1) comparing the δ18O changes recorded in Gerzensee with observed climatic and environmental fluctuations over the whole North Atlantic region, and (2) comparing sedimentological and biological changes during the rapid warming with smaller climatic variations during the Bølling/Allerød period. The δ18O record of Gerzensee is characterized by two major isotope shifts at the onset and at the termination of the Bølling/Allerød warm period, as well as four intervening negative shifts labeled GI-1e2, d, c2, and b, which show a shift of one third to one fourth of the major δ18O shifts at the beginning and end of the Bølling/Allerød. Despite some inconsistency in terminology, these oscillations can be observed in various climatic proxies over wide regions in the North Atlantic region, especially in reconstructed colder temperatures, and they seem to be caused by hemispheric climatic variations.

A low-latitude Upper Pleistocene oxygen isotope stack

Below oxygen isotope stage 16, the orbitally derived time-scale developed by Shackleton et al. (1990) from ODP site 677 in the equatorial Pacific differs significantly from previous ones (e.g. Kominz and Pisias, 1979 doi:10.1126/science.204.4389.171; Morley and Hays, 1981 doi:10.1016/0012-821X(81)90034-0, Imbrie et al. 1984), yielding estimated ages for the last Earth magnetic reversals that are 5-7% older than the K/Ar values (Mankinen and Dalrymple, 1979 doi:10.1029/JB084iB02p00615; Berggren et al., 1985; Harland and Armstrong, 1989) but are in good agreement with recent Ar/Ar dating (Baksi et al., 1991; 1992 doi:10.1126/science.256.5055.356; Spell and McDougall, 1992 doi:10.1029/92GL01125). These results suggest that in the lower Brunhes and upper Matuyama chronozones most deep-sea climatic records retrieved so far apparently missed or misinterpreted several oscillations predicted by the astronomical theory of climate. To test this hypothesis, we studied a high-resolution oxygen isotope record from giant piston core MD900963 (Maldives area, tropical Indian Ocean) in which precession-related oscillations in delta18O are particularly well expressed, owing to the superimposition of a local salinity signal on the global ice volume signal (Rostek et al., 1993 doi:10.1038/364319a0). Three additional precession-related cycles are observed in oxygen isotope stages 17 and 18 of core MD900963, compared to the SPECMAP composite curves (Imbrie et al., 1984; Prell et al., 1986 doi:10.1029/PA001i002p00137), and stage 21 clearly presents three precession oscillations, as predicted by Shackleton et al. (1990). The precession peaks found in the delta18O record from core MD900963 are in excellent agreement with climatic oscillations predicted by the astronomical theory of climate. Our delta18O record therefore permits the development of an accurate astronomical time-scale. Based on our age model, the Brunhes-Matuyama reversal is dated at 775 +/- 10 ka, in good agreement with the age estimate of 780 ka obtained by Shackleton et al. (1990) and recent radiochronological Ar/Ar datings on lavas (Baksi et al., 1991; 1992; Spell and McDougall, 1992). We developed a new low-latitude, Upper Pleistocene delta18O reference record by stacking and tuning the delta18O records from core MD900963 and site 677 to orbital forcing functions.