Embarqué / Temps Réel

Transcription

1 T1.GT03 Dirk Hoffmann Centre de Physique des Particules de Marseille (CNRS-IN2P3 / AMU) Embarqué / Temps Réel Retours d'expériences irk Hoffmann, jdev 2015, T1.GT03, 2 juillet 2015

2 Objectifs (Proposition!) Recensement des utilisateurs Différences et points communs Exemples Discussion Propositions pour actions communes Evolution du métier irk Hoffmann, jdev 2015, T1.GT03, 2 juillet 2015

3 Dirk Hoffmann Centre de Physique des Particules de Marseille (CNRS-IN2P3 / AMU) Acquisition de données à haut débit Exemple(s) de la physique des particules irk Hoffmann, jdev 2015, T1.GT03, 2 juillet 2015

4 L'acquisition temps réel ailleurs (Re)Définition Le programme fonctionne, si son algorithme est exécuté en respectant les contraintes de temps spécifiées. enregistrement numérique (audio et vidéo) reproduction numérique (CD, DVD) téléphonie (Numéris/ISDN) supermarché irk Hoffmann, Ecole Informatique Temps Réel, La Londe les Maures,

5 Analyse et Classification 1 Acquisition de données, souvent analogiques caméra num. 1 DVD, CD ntéléphone DAQ d'expérience de physique n 2 Manipulation, agencement (filtrage, compression) 3 Diffusion 1..n typique pour physique des particules: enregistrement d'événements aléatoires sans perte contraintes «dures» de temps / réactivité n irk Hoffmann, Ecole Informatique Temps Réel, La Londe les Maures,

6 Sources de particules

7 Cherenkov Telescope Array Détection de rayons de très haute énergie Télescope à imagerie Čerenkov atmosphérique 3000 pixels / télescope, 15 caméras/o(100) NectarCAM er atelier OCEVU, Montpellier, juin 2014 Dirk Hoffmann

8 Sources d'événements chambres à traces dérive 100 µs calorimètres argon liquide 2 µs chambres à muons scintillateurs < 1 µs Débit de données O(10 5 ) canaux résolution bits taux de croisement O( ) pour comparaison LDTV (MPEG/VHS): 1,5 Mb/s HDTV: Mb/s irk Hoffmann, jdev 2015, T1.GT03, 2 juillet 2015

9 Concept du «temps mort» «Aveuglement» (récupération) du détecteur après passage d'une particule Temps de collection de charge, propagation de lumière (à un degré moindre) Temps de collection des données vont à l'encontre d'un (généralement) faible rapport signal/bruit O( )! Une Augmentation des statistiques améliore la sensitivité de l'expérience. Connaissance exacte permet la précision de mesure. irk Hoffmann, jdev 2015, T1.GT03, 2 juillet 2015

10 Schéma général Trigger/DAQ analogique numerique LnKp Detecteurs Numérisation et étiquetage temporel déclenchement niveau 1 L1Kp déclenchement niveau 2 L2Kp déclenchement niveau N mémoires tampon niveau 1 mémoires tampon niveau 2 mémoires tampon niveau N stockage Horloge expérience irk Hoffmann, Ecole Informatique Temps Réel, La Londe les Maures,

11 Dérandomisation par tampons et ordonnancement traitement, T mémorisation, t T t.m. : T séquentiel 1 1 t.m. : T+t) interruptible, priorités ' 2 t.m. : t filtrage anticipé (trigger) temps ' 4 t.m. : t irk Hoffmann, jdev 2015, T1.GT03, 2 juillet 2015

12 irk Hoffmann, Ecole Informatique Temps Réel, La Londe les Maures, Algorithmes de Trigger Exemple H1

13 Algorithmes de trigger Une tentative de généralisation Niveau 0/1: «primaire» signaux locaux Niveau 2: «intermédiaire» corrélations entre partitions/sous-détecteurs Niveau 3/4: «filtre» événement complet fermes de CPU DAQ irk Hoffmann, Ecole Informatique Temps Réel, La Londe les Maures,

14 Implémentation DAQ Exemple H1 ( 2001) ferme DAQ Coord. Silicon Calo Trig BST fibre de verre (10Mbps) FST CST Calo ADC STC Fwµ DC 11 DSPs Cent Trk Subsys. Subsys. 101 Trigger µ Chamb. 3 soussystèmes 72 DSPs Fwd Trk 3 soussystèmes MWPC Cent Trigger BDC irk Hoffmann, Ecole Informatique Temps Réel, La Londe les Maures,

15 individuel (detecteurs) filtrage (ferme) EB générique Event Builder, Acquisition de données Stratégie utilisée dans Atlas au niveau général de l'expérience irk Hoffmann, Ecole Informatique Temps Réel, La Londe les Maures,

16 Comparaison Différents contexts d'expériences particules énergies luminosité croisemt. GeV 10^30 / cm² s ns Tevatron Fermilab pp CESR Cornell e+e PEP II SLAC e+e LEP CERN e+e HERA DESY ep 27.5e + 920p SLC SLAC e+e KEK B KEK e+e UNK (II) Serpukhov pp LHC CERN pp CTA (2 sites) VHE gamma >1000 1ns 100µs irk Hoffmann, jdev 2015, T1.GT03, 2 juillet 2015

17 Comparaison Charactéristiques d'expériences 1.00E E+14 canaux de mesure Taux de données primaire [B/s] taux primaire d'événements [Hz] 1.00E E E E E E+02 UA 1 NA 48 H1 Atlas irk Hoffmann, jdev 2015, T1.GT03, 2 juillet 2015

18 Comparaison Taux et tailles d'événements High Rate Level 1 Trigger (1 MHz) LHC-b 1.00E+6 taux Atlas, CMS 1.00E+5 CDF II D0 (II) KLOE HERA-B CDF CTA, H1, ZEUS 1.00E+4 1 télescope High Number of Channels High Bandwidth (500 Gbps) ALICE CTA, 1 site 1.00E E E+0 bulle du présent (2000) 1.00E E NA49 Big Data Archive (PetaByte) 1.00E+6 taille 1.00E+7 irk Hoffmann, jdev 2015, T1.GT03, 2 juillet E+3

19 ATLAS (par exemple) Sousdét. 1 Sousdét. 2 Sousdét. 3 Sousdét. 4 Sousdét. 5 Sousdét. m ROD ROD ROD ROD ROD ROD ROB ROB ROB ROB Event Builder ROB ROB DAQ massivement parallèle Requêtes de données «partielles» possibles proc mém Farm Node 1 Farm Node 2 Farm Node 3 Farm Node 4 Data Logging Farm Node 5 Farm Node 6 Farm Node n irk Hoffmann, jdev 2015, T1.GT03, 2 juillet 2015

20 Classification d'event Builder événements asynchrones événements parfaitement coordonnés ordre monoprocesseur multiprocesseur parallélisabilité (corrélations) régulier, déterministe aléatoire ENTREE occurrence architecture aléatoire régulière IRQ1 FORMATTAGE IRQ2 SORTIE IRQ3 irk Hoffmann, jdev 2015, T1.GT03, 2 juillet 2015 cohérence tampon1 implementation tampon2 contexte

21 5/s mémoires tampon 5/s Théorie des files d'attente Quelle profondeur de queues choisir? 4 5 Quelle redondance de processing demander? Quel est le degré de consommation des ressources? irk Hoffmann, Ecole Informatique Temps Réel, La Londe les Maures,

22 Technologies Matériel FASTBUS VMEbus CAMAC VMEbus CAMAC VMEbus VICbus VMEbus FASTBUS VMEbus 24 bits large, < 3 MB/s, 25 slots, 16 addresses 32 bits wide, <100MB/s, 26 slots, ECL VMEbus 32 (64) bits wide, <40MB/s, 21 slots, >232 addresses, 5V TTL Ethernet, HiPPI, Firewire,... TCP/IP irk Hoffmann, Ecole Informatique Temps Réel, La Londe les Maures,

23 Architecture DAQ (exemple) 1 télescope CTA 300 1Gb/s Ethernet links To slowcontrolserver To arrayserver Front end boards... 7 stacked Powerconnect Gb/s 2 (3) 10Gb/s Ethernet links SFP+ Camera Server camera-event building online computations er atelier OCEVU, Montpellier, juin 2014 Dirk Hoffmann

24 Stimulation du système DAQ Sync Signal simulation Injection de données physiques Gb/s Ethernet links Difficulté : synchronicité realité 300 1Gb/s Ethernet links To slowcontrolserver To arrayserver EVOC NET Front end boards... 7 stacked Powerconnect Gb/s 2 (3) 10Gb/s Ethernet links SFP+ Camera Server camera-event building online computations er atelier OCEVU, Montpellier, juin 2014 Dirk Hoffmann

25 Autres technos (moins spécifiques) SCADA «Slow Control» Contrôle-commande d'expériences Sécurité Stockage et accès des données Analyse «offline» irk Hoffmann, jdev 2015, T1.GT03, 2 juillet 2015

26 La suite Cela vous inspire? Exemple GANIL Exemples «plus frontaux» Que faire en commun? Entre nous? Avec «les électroniciens»? irk Hoffmann, jdev 2015, T1.GT03, 2 juillet 2015

27 Brainstorming irk Hoffmann, jdev 2015, T1.GT03, 2 juillet 2015