LHAASOKM2A读出电子学系统远程更新方案.PDF

第38 卷 第9 期 核 技 术 Vol.38, No.9 2015 年9 月 NUCLEAR TECHNIQUES September 2015 LHAASO KM2A 读出电子学系统远程更新方案 刘 湘1,2 王 炜1,2 常劲帆1,2 1 （中国科学院高能物理研究所核探测与核电子学国家重点实验室 北京 100049 ） 2 （中国科学院大学 北京 100049 ） 摘要 KM2A (Kilometer-square Array)探测器阵列是LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory)主体 2 探测器阵列之一，7 000 多个探测器和读出电子学在1 km 的实验范围内完全分离并均匀分布排列。在这样大 型且分布不集中的高能物理实验中，简洁灵活可靠的电子学远程更新方案具有重要意义。KM2A 读出电子学 系统采用基于MultiBoot 的远程更新方案，此方案实现了无需任何附加电路的远程更新及在线重加载，同时极 大程度保证更新可靠性。 关键词 KM2A ，远程更新，MultiBoot ，互联网内容适配协议 中图分类号 TL81 DOI: 10.11889/j.0253-3219.2015.hjs.38.090402 LHAASO (Large High Altitude Air Shower 的圆形区域中。其读出电子学位于探测器内部PMT Observatory)[1] 是中国科学院高能物理研究所及合 (Photomultiplier Tube)后端，采用前端数字化方案， 作单位提出在我国藏区高海拔站址建设，以宇宙线 由PMT 产生的模拟信号经过约0.5 m 的电缆传输到 观测研究为核心目标的重大科技基础设施。KM2A 前端电子学，数字化后的时间信息及能量信息通过 (Kilometer-square Array)实验整列均匀分布着 7000 WR (White Rabbit)[2‒3] 网络逐级上传至DAQ (Data 多个探测器，探测器呈品字形均匀分布于半径635 m Acquisition)系统，如图1 所示。 图1 电子学拓扑结构 Fig.1 Topology of electronics. 一套完整的WR 网络包含数级WR 千兆交换机 Gate Array)远程更新方案成为电子学系统设计的一 和大量WR 节点[4]，KM2A 在西藏羊八井的小型实 个重要方面。传统的基于 JTAG (Joint Test Action 验整列包含50 个探测器及读出电子学，WR 网络采 Group)边界扫描的方式实现的FPGA 程序更新显然 用4 级交换机的拓扑结构。 不能满足实验需求，近年来出现的FPGA 远程更新 在这种插件数量庞大且工作环境恶劣的电子学 的方案大都是基于 FPGA 片外的 CPLD (Complex 系统中，方便可靠的 FPGA (Field Programmable Programmable Logic