并行设备总线电源控制系统设计

为实现CSRe试验环磁铁电源的控制同步,采用32位ARM内核芯片技术结合DSP控制板方式,稳定可靠地实现控制数据流的传输和同步事例的收发。同时通过CPLD逻辑时序编程来设计eVME背板总线系统。本系统用嵌入式网络和并行总线技术可靠稳定实现数据的快速获取与给定。

基于ARM920T的HIRFL-CSR前端总线控制器FBC-01

本文论述用于兰州重离子加速器冷却存储环(HIRFL-CSR)控制系统的前端总线系统控制器FBC-01的硬件设计。该控制器是基于0.8mmBGA封装的AT91RM9200(ARM9)处理器,运行嵌入式LINUX操作系统。控制器可以连接标准的VGA显示器、键盘、鼠标,具有通用的10M/100M以太网接口、USB接口、RS-232接口、485接口、CANBUS接口。可以带SD卡、CF卡存储器。该控制器采用现场可编程的FPGA器件设计背板接口,并采用具有64mA高驱动能力的总线驱动器,不仅符合VME规范的电气要求,而且具有灵活的接口信号定义可编程能力,是HIRFL-CSR控制系统的关键部件。

基于Jupiter的μCL inux的移植及其应用程序开发

随着新技术的发展,嵌入式系统已经越来越多地应用于工业现场控制、数字图像处理、网络设备和信息家电等复杂的控制系统中,然而缺乏操作系统支持的嵌入式设备已经不能满足日益提高的性能需求。本文介绍了韩国ADC公司推出的不同于ARM系列体系结构的CPU—SE 3208以及如何在基于SE 3208的Jupiter开发板的硬件基础上,建立μCLinux操作系统的开发平台,并在开发板上移植μCLinux操作系统和应用程序以及在μCLinux操作系统下开发多进程的应用程序。

基于ROOT软件包的数据远程获取系统编程

在L inux操作系统中利用ROOT数据软件包,可以开发出稳定可靠的远程数据获取系统。可以通过In tranet网络协议远程获取来自CAM AC机箱控制器的大量前端实验数据,并通过ROOT软件包开发用户操作图形界面,对数据进行离线分析。利用带有三种灵活数据接口方式:以太网、PC I和V SB接口的CAM AC机箱控制器-GTBC,并对其内含的嵌入式系统芯片进行网络服务器编程。可对实验数据进行稳定可靠的远程存取和图谱分析。

加速器控制系统中RS485总线的以太网接入

提出了在加速器控制系统中采用ATmega128和RTL8019AS廉价和高效地实现RS485总线的以太网接入的实现方法。该模块装入了以ATmega128为硬件平台的嵌入式Linux操作系统,它支持TCP/IP协议。根据加速器控制的现场需求,可以很方便地编写用浏览器或组件访问的应用程序。

Loess magnetic properties in the Ili Basin and their correlation with the Chinese Loess Plateau

     Over the past two decades, magnetoclimatological studies of loess-paleosol sequences in the Chinese Loess Plateau (CLP) have made outstanding achievements, which greatly promote the understanding of East Asian paleomonsoon evolution, inland aridification of Asia, and past global climate changes. Loess magnetic properties of the CLP have been well studied. In contrast, loess magnetic properties from outside the CLP in China have not been fully understood. We have little knowledge about the magnetic properties of loess in the Ili Basin, an intermontane depression of the Tianshan (or Tien Shan) Mountains. Here, we present the results of rock magnetic measurements of the Ili loess including mass magnetic susceptibility (χ) and anhysteretic remanent magnetization (ARM), high/low temperature dependence of susceptibility (TDS) and hysteresis, as well as X-ray diffraction (XRD) for mineral analysis. Based on the comparison with loess-paleosol sequences in the CLP (hereafter referred to as the Chinese loess), we discuss the possible magnetic susceptibility enhancement mechanism of the Ili loess. The results show that 1) the total magnetic mineral concentration of the Ili loess is far lower than that of the Chinese loess, though they have similar magnetic mineral compositions. The ferrimagnetic minerals in the Ili loess are magnetite and maghemite, and the antiferromagnetic mineral is hematite; XRD analysis also identifies the presence of ilmenite. The ratio of maghemite is lower in the Ili loess than in the Chinese loess, but the ratios of magnetite and hematite are higher in the Ili loess than in the Chinese loess. 2) The granularity of magnetic minerals in the Ili loess, dominated by pseudo-single domain (PSD) and multi-domain (MD) grains, is generally much coarser than that of the Chinese loess. Ultrafine pedogenically-produced magnetic grains have a very limited contribution to the susceptibility enhancement. Rather, PSD and MD particles of magnetite and maghemite are the main contributors to the enhancement of susceptibility in the Ili loess. 3) The susceptibility enhancement mechanism for the Ili loess is complicated and superimposes both a wind velocity/vigor model (Alaskan or Siberian model) and the in situ ultrafine grain pedogenic model; the former might play an important role in the Ili loess. 4) Magnetic susceptibility enhancements of the Ili loess are related not only to the eolian input of the source area, but also to the local climate, landform, and geological background. Therefore, great care should be taken when reconstructing paleoclimate using magnetic susceptibility data from the Ili loess.

基于P2P技术的CSRe冷却装置控制系统设计；Design of Control System for CSRe Cooling Equipment Based on P2P Technology

HIRFL-CSR工程对CSRe冷却装置电子冷却部分的控制系统在实时性和可靠性方面提出了非常高的要求。电子冷却工作环境复杂,各种干扰难以预测。从电子冷却的控制系统改进出发,以实现电子冷却的自动调束为目标,以高端FPGA和ARM嵌入式系统为基础,采用P2P通讯技术和神经元网络算法来实现对电子冷却的自动控制。该控制系统对电子冷却控制的完善提供了先进的硬件平台和软件实现方案。

HIRFL-CSR电源数字控制系统硬件平台设计

论述用于兰州重离子加速器冷却存储环(HIRFL-CSR)磁铁电源控制系统的数字控制系统硬件平台设计。该系统基于1mmBGA封装的ALTER corporation的cycloneⅢFPGA芯片,嵌入运行数字调节器软件算法,满足了针对具体被控对象参数要求的调节控制。用ARM(Advanced RISC Machines)作调节控制系统的核心处理器,完成系统的多线程任务处理;同时嵌入千兆光纤接口,实现外接DSP板处理数据的直接传输,提高了系统的实时性。该硬件平台实现了HIRFL-CSR电源系统的稳定、可靠和实时控制。

CSR主环磁场电源控制系统研究

CSR控制系统是一个很庞大的系统，对它的控制是由许多分控制系统组成： 真空系统、电子冷却系统、束流诊断系统，CSR高频系统，数据获取系统等。磁 场电源控制系统是CSR控制系统中很重要的一部分，它是一个任意波形发生系统。 在CSR的分控制系统中，所有依赖波形控制的系统都可以由它来控制。波形的形 状由物理人员根据加速器物理要求计算得出。因为加速器运行的所有过程都为电 源所控制，所以我们的控制系统的直接控制对象就是磁场电源。在整个控制系统 中最重要的就是在控制过程中，控制过程波形的同步和控制过程波形的精度，这 是同步加速器控制系统的关键所在。过程波形的同步由同步时序系统控制，这是 CSR主环成功运行的决定条件。 本文对磁场电源控制系统和时序系统分别进行了论述。对磁场电源控制系统， 主要从系统的结构，I/O部件的硬件设计，I/O部件的软件设计这几个方面进行 论述,其中，I/O部件由I/O控制器和DSP处理器组成；对时序系统，论述了设计 原理和具体实现；最后给出了实验平台测试和现场测试的结果。 本文的创新点主要有，在加速器控制领域：（1）采用ARM+DSP的控制方式； （2）同步时序系统的末端定时原理； 从测试结果来看，我们的控制系统不管从结构设计，还是从软硬件设计上都 达到了设计的要求

CSR真空控制系统的研究

本论文主要解决CSR真空系统的控制实现与连锁保护问题。 HIRFL-CSR（Heavy Ion Research Facility at LanZhou-Cooling Storage Ring兰州重离子冷却储存环）是国家重大科学工程。为了保证CSR正常运行，超高真空系统的平均真空度必须达到6×10-9Pa，超高的真空度来之不易，CSR上任何一处真空设备发生故障，就会破坏真空度，所以CSR必须具有响应速度快、安全可靠，稳定性好的真空控制与连锁保护系统。 HIRFL-CSR真空设备有离子泵电源、分子泵、钛升华泵、阀门、真空计等。分子泵只在粗抽时使用，钛升华泵为间歇升华，因此不需要监控。需要显示和控制的设备为离子泵电源、真空计和真空阀门。通过对CSR上每个真空计的真空度数据的监测和真空阀门状态的采集，一旦真空度降低到一定阈值，立即关闭相应位置阀门（保护真空）,并给出故障报警，从而实现真空系统的连锁保护。 真空控制系统以嵌入式处理器ARM、复杂可编程逻辑器件CPLD和微控制器MSP430为核心，实现了远程数据采集、数据显示和自动控制等功能。本系统可以进行现场监控与调试，也可以通过集成的100Mbps以太网接口电路进行远程监测与控制，CSR上各处真空度和真空阀门状态自动传送到中央控制中心，中控中心也可以发送命令查询当前真空设备状态和各种读数。 本文主要介绍了基于ARM、CPLD和MSP430的嵌入式真空控制系统的设计与实现。内容主要包括(1)系统各部分硬件电路设计与真空控制功能实现 ，硬件系统调试 。(2)嵌入式uClinux操作系统构建和在其上进行的应用程序，设备驱动程序，串行通信程序的开发。（3）CPLD的VHDL程序和MSP430的C430程序设计。 本文目的是解决CSR真空控制系统问题，但对于许多远程数据采集与控制等问题的解决有重要参考价值

同步加速器磁场电源控制系统的优化研究

CSR控制系统是一个基于网络的分布式控制系统，它是由许多分控制系统组成。磁场电源控制系统是CSR控制系统中很重要的一部分，它是一个波形发生、数据采集系统。所有依赖波形控制的系统都可以由它来控制。波形的参数由物理学家根据实验需要计算得出。因为加速器所有的运行状态都被电源所控制，所以控制系统的直接控制对象就是磁场电源。在整个控制系统中最重要的就是控制波形的同步和波形的精度，这是同步加速器控制系统的关键所在。波形的同步由同步时序系统控制，这是CSR成功运行的决定条件。数据的采集、电源状态的监测由数据采集模块CPLD负责完成，与前端ARM控制器结合，形成数据的上行通道。采集到的数据均存放在中央控制室的数据库中，以供参考、后期分析及应用。论文论述了对CSR磁场电源控制系统、时序系统和软件系统的设计实现及优化改进

CSR控制系统的大规模多级分布式数据交互系统

CSR控制系统是一个庞大的网络分布式控制系统,它是由许多子系统组成。大规模多级分布式数据交互系统是CSR控制系统中的核心。它是实现CSR束流多能量级连调的核心，它涉及整个CSR控制系统的数据传输以及数据结构定义。大规模多级分布式数据交互系统的开发是基于螺旋模型，采用螺旋模型进行开发能最优实现CSR控制系统的需求以及各开发阶段具有很大的设计灵活性。该大规模多级分布式数据交互系统完全实现了采集数据的上行和控制数据的下行，系统通过网页实现对控制数据的录入以及对采集数据的实时显示。CSR所有数据都存储于Oracle数据库系统，数据库系统是一个三级分布式数据库系统，这样能均衡各前端服务器的资源与性能。前端服务器COM组件通过TCP/IP与ARM控制器和多功能控制器进行数据上行下行的数据交互，以及通过PCI 接口实现与各FPGA板卡进行数据交互。 论文论述了对大规模多级分布式数据交互系统、网页系统、Oracle数据库系统、COM组件库、PCI驱动程序以及各软件系统的设计实现。对大规模多级分布式数据交互系统主要从系统的结构、各级硬件设计和各级软件系统的设计这几个方面进行论述；网页系统主要描述了该系统是基于MVC框架模型的开发设计并介绍了JavaBean与Oracle数据库系统的数据交互；Oracle数据库系统主要从二级Oracle数据库的自动实时更新，和各触发器系统这几方面进行论述；又从各COM接口的功能方法进行对COM组件库的全面论述；PCI驱动程序的设计开发是与各FPGA板卡的数据交互的必须条件。大规模多级分布式数据交互系统的软件开发都采用了螺旋模型对其进行开发。本文的工作是CSR控制系统中的核心部分，具有重要的意义，同时也给同行研究工作者提供了重要的参考。 本文核心及创新点：1、创造性地提出了大规模多级分布式数据交互系统软件工程。2、三级分布式数据库系统的自动实时更新。3、采用web+Oracle+COM+PCI+ARM+FPGA+DSP的多级数据传输。4、设计并实现虚拟加速器。 从现场调试运行和验收的情况来看，大规模多级分布式数据交互系统不论从结构设计，还是软硬件设计开发都达到了设计要求

CSR事例同步系统

CSR控制系统是一个大型的基于Web的多层分布式控制系统，整个控制系统要在事例同步系统的指挥下在合适的时间作合适的事。CSR事例同步系统是CSR控制系统的最高指令单元和定时单元，它是加速器运行的基础和核心。我们自主设计研发的CSR事例同步系统是以事例为核心的末端定时同步系统。事例由同步服务器发出，被设备控制执行系统接收，相关数据信息被存储在数据库中。依据物理实验要求，编排好运行周期事例序列，事例间的时间间隔经过严格测算，同时所有设备控制执行系统建立本地事例表和对应的延时值。当周期启动的事例被发出，所有系统进行时间校准，将各自的频率和相位调整到所需要的位置。随后这个事例序列被同步服务器依次发出，设备控制执行系统在事例指令到来时解译事例编码，如果事例符合，则在符合事例对应的延时时间后开始执行事例编码指定的动作。在运行周期内，同步服务器只发事例序列，不接受任何反馈。数据和信号沿数据上行树和数据下行树在数据库系统和设备控制执行系统间传输。系统同步运行过程被精确到纳秒级，从而实现CSR的同步控制。本文对事例同步系统的总体结构和具体实现作了详细论述，详细分析了CSR周期，重点介绍了同步服务器的工作原理和实现方法。对事例同步系统的事例产生、事例发射、事例接收、事例解译和IOC等各重要部件的原理及软硬件设计做了系统论述，并给出现场及试验平台的测试结果。同时给出了几个CSR事例同步系统的成功应用实例。通过现场测试与分析，本系统完全能够满足HIRFL-CSR大科学工程对同步控制系统的要求。本文的创新点主要有，在加速器控制领域：（1）利用高速FPGA数字技术实现事例同步系统的核心模块；（2）采用先进的ARM+DSP+FPGA的嵌入式控制方式实现了事例同步IOC

医用回旋加速器电源控制器硬件平台设计

医用回旋加速器控制系统是在HIRFL—CSR控制系统上总结、简化、优化而完善出来的，医用回旋加速器控制系统是一个基于网络的分布式控制系统，它由许多分控制系统组成。其中磁铁电源控制系统是回旋加速器控制系统中的一个重要组成部分，它是集波形发生、数据采集、状态监测为一体的控制系统。它由磁铁电源的高速、高精度信号给定以及模拟和状态回读两个部分所组成。信号给定的输出波形参数由实验计算得出。粒子束流的品质好坏由磁场决定，磁场由磁铁电源决定，磁铁电源由电源控制器的给定参考电压决定，因此电源控制器的精度直接影响束流品质。磁铁电源的给定信号由本控制器当中的DAC负责完成，DAC的精度要满足电源要求的精度；磁铁电源数据的采集、电源状态的监测由本控制器当中的CPLD+ARM+ADC协同完成，采集到的数据均存放在数据中心的数据库中，以供参考、分析及应用。本论文论述了回旋加速器磁铁电源控制器硬件平台的设计与实现。对磁铁电源控制系统，主要从系统的结构、各个部件的硬件设计和系统软件设计这几个方面进行论述；并详细论述了硬件的各个结构与电路设计。本文的工作在医用回旋加速器控制系统中具有很重要的意义，为重离子束治疗肿瘤做了基础准备。从测试及实验结果来看，我们对磁铁电源的控制系统不仅在硬件结构上，还是在软件设计实现上都达到了设计要求