BELLE 高速データ転送・記録システム

システムの概要

１．目的
BELLE 実験における各測定器からのデータは、事象単位にまとめられ、 オンラインファームで処理される。要求される処理速度を満たすため にオンラインファームは多数の CPU を用いて事象単位で並列処理 を行う。本システムはオンラインファームで処理された事象データを、 テープライブラリ装置１へ転送し直列化して記録することを目的とする。

２．持つべき機能
本システムは次の機能を持つものとする。

• オンラインファームからの事象データ書き込み通知を受け取り読み取る。
• 並列に読み込まれた事象データを直列化する。
• 事象データをケーブル長で約 2.5 km 離れたトリスタン計算機棟へ 転送する。
• 転送されたデータをテープライブラリ装置１の磁気テープ媒体に記録する。
• 記録媒体が終端に近づいたことを検知し、媒体を自動的に交換する。
• 転送障害時には、バックアップ記録装置を用いてデータを記録する。
• BELLE 実験制御ネットワークにより伝達される Run の開始・終了 および状態報告命令を受け取り、必要な処理を行う。
• システムの状態報告を BELLE 実験制御用ネットワーク経由で行う。

システムの範囲

構成要素
本システムは次の構成要素から成る。

• VME 部
• 直列化部
• 転送部
• 記録部
• バックアップ記録部

• オンラインファーム
• BELLE 実験制御用ネットワーク

• VME システムインターフェイス
• 送信インターフェイス
• 受信インターフェイス
• 記録装置インターフェイス
• バックアップ記録装置インターフェイス
• BELLE 実験制御用ネットワークインターフェイス

各部の役割

VME 部 VME システムインターフェイスは、各事象データメモリー モジュールから発生する割り込みを受け付け、 指定されたアドレスとデータ長をもとにデータを読み出す。

転送部
送信は各 VME システムインターフェイスにより 読み取られた事象データを長距離転送部の経路数に応じて 直列化し、送信インターフェイスを通じて行う。
単一経路による受信では、転送されてきたデータを記録装置 インターフェイスを通じて記録媒体へ書き込む。 複数経路による受信では、このデータを直列化部へ転送する。

直列化部
直列化部は複数の入力源からのデータを直列に並び変える。これが 転送部より前にある場合は、VME 部からのデータを受信しながら 転送部へ出力することが必要である。転送部より後にある場合は、 受信しながら記録部へ出力することが必要である。 直列化の順序は１事象データを最小単位として任意でよい。

記録部
仕様書テープライブラリ装置１を見よ。

要求要件

本システムに要求される性能は次の通りである。

• 連続して毎秒 15M バイト以上のデータ転送能力および記録能力を 有すること。
• 媒体交換による記録停止は３０秒以下であること。

• VME 部は 3 つ以上の 6U の VME バスを有すること。またバス電源 を供給すること。
• VME 部は全体として、事象データメモリを 10 台以上格納でき、 かつ同時に使用できること。
• VME システムインターフェイスは、DMA マスター機能を有し、 1Mバイト以下のブロックサイズで、VME バスの数を経路数と見なして 表１に示す値以上でデータを転送できること。
• VME システムインターフェイスは、上記転送を行いながら、 複数の VME の割り込み源からの非同期割り込みを受け付け、 処理できること。割り込みは 10Hz まで処理できること。
• 直列化部は表１に示す並列入力の速度でデータを受信しながら、 連続して毎秒 15M バイト以上で直列化し、出力できること。直列化 の順序は１事象を最小単位として任意でよい。
• 記録部は毎秒 15M バイト以上の入力データを受信しながら、 連続して毎秒 15M バイト以上で記録できること。
• 記録部は記録中のドライブ１台の他に媒体を装着し記録可能状態で 待機しているドライブ１台、故障時交換用ドライブ１台を用意 すること。媒体終端に近づいた時には、待機ドライブに自動的に 30 秒 以内で切り替え、記録を続けること。先に記録中であったドライブは、 新しい媒体を自動的に装着し、記録可能状態で待機させること。
• 各部はネットワークインターフェイスを有し、BELLE 実験制御 用ネットワークに接続でき、TCP/IP を用いて通信できること。 BELLE 実験制御用ネットワークはイーサネットとしてよい。 また、筑波実験室側で一つ、およびトリスタン計算機棟側で一つに 各部をまとめてから接続してもよい。
• BELLE 実験制御用ネットワークを介して送信されるメッセージを 受信し、初期化等の必要な動作を行うこと。また、状態報告 要求メッセージに対し、状態報告を行うこと。
• 各部に障害が発生した場合は、BELLE 実験制御用ネットワーク を介して報告すること。
• バックアップ記録部は、毎秒 7.5 Mバイト以上の入力データを 受信しながら、連続して毎秒 7.5 Mバイト以上で記録できること。 ただし、媒体交換時間は含まなくてよい。
• バックアップ記録部は、少なくとも３日間の連続運転が行える こと。ただし媒体交換は手動でよい。

複数経路に対する転送速度
本システムは毎秒 15Mバイト以上のデータ転送能力を要求している。 これを実現するのに、複数経路を使用する場合、各経路における データ転送能力は、次の表に示す値とする。

VME 部でのデータ転送能力

• VME 部におけるデータ転送能力を示すにあたって、 各事象データメモリからの 1 回のデータ転送量は 1M バイト以下 での値を示すこと。
• 割り込みは各 VME バスで少なくとも 10Hz までは処理できる こと。

システムに対する指針

全体制御
本システムは BELLE 実験制御用ネットワークにより制御 される。 BELLE 実験制御用ネットワークはイーサネット媒体上の TCP/IP ネットワークである。 RUN の開始、および終了は、この BELLE 実験制御用ネットワーク を介して行われる。また、これらメッセージに対する応答を 行う。 このメッセージ交換は TCP/IP の特定ポートで行われる。 本システムは、これらのメッセージを送受信するためのサーバ プロセスを含む。 一つのメッセージは ASCII 文字列により形成され、ASCII 0 (NULL) によりメッセージの終端を示す可変長データである。 一つのメッセージは NULL まで含めて 512 バイト以下である。

転送制御
本システムのデータ転送の制御のために、VME メモリ空間の特定アドレス を次の表に示す目的に使用する。

状態フラグ
VME バスのメモリ空間内に、本システムから書き込み可能なフラグ が用意される。 このフラグは事象データメモリからの転送が可能であるか不可能 であるかを示す。このフラグの設定は、本システムが行う。 このフラグを不可能に設定している時、事象データメモリ側からの 割り込みは、無視してよい。 このフラグはオンラインファーム側から読み出し可能である。

転送の開始と完了
転送の制御は７つの VME 空間のメモリを用いて行われる。このうち 要求アドレス、要求データ長および送信系列番号は事象データメモリ側が 書き込む。 残りのうち、完了アドレス、完了データ長および次系列番号は本システムが 書き込む。 状態フラグは双方から読み込み、書き込みを行う。 オンラインファームは事象データメモリに転送用データの準備ができると、 転送開始アドレス、転送データ長および送信系列番号を書き込み、 VME システムインターフェイスに割り込みをかける。 VME システムインターフェイスは、割り込みを受け付けたら、このメモリを 読み取り、転送を開始する。転送が完了したら、この完了した転送の 開始アドレスと転送データ数および受信系列番号を書き込む。

• 状態フラグのうちの完了フラグが set されていることを check し、
• 転送完了フラグを clear し、
• 転送先頭アドレス、転送データ数および送信系列番号を書き込み
• 完了フラグを clear し、
• 割り込みをかける。

• 割り込み Vector から転送レジスタ（メモリ）決定
• 転送レジスタに示される先頭アドレスとデータ数に従って転送
• 転送完了したら、先頭アドレスとデータ数および受信系列番号を設定
• 状態フラグのうちの転送完了フラグを set

• 先頭アドレスと正常に転送が完了したデータ数 および障害により転送できなかった最初の系列番号を受信系列番号 に設定し、
• 完了状態にエラーコードを設定する。

• 複数の割り込み源（事象データメモリ）があり、非同期で 割り込みが起こる。
• 割り込みに伴うデータ転送量は１回毎に異なる（可変長データ）。

• 割り込みを処理するドライバーを用意する。割り込みの性質は 同一であるので、このドライバーは１種類でよい。
• 各割り込み源（事象データモジュール）に対し、複数のプロセスを 起動しておく。
• このプロセスは同一クラスに属する複数のオブジェクトであり、 扱う事象データメモリモジュールが異なる。すなわち、扱う VME 空間 が異なる。
• このプロセスは通常休眠状態に置く。
• 割り込みドライバーは、割り込み源に応じて、対応するプロセス にシグナルを送り、プロセスを起こす。ドライバーは、この後、直ちに システムに制御を戻す。
• プロセスはドライバーにより起こされたら、担当する VME 空間の 転送先頭アドレスおよび転送データ数を読み取る。
• プロセスは続いて、メモリー管理モジュールに対し、必要サイズ を要求する。
• メモリー管理プロセスは、空きメモリを割り当て、このプロセス に通知する。（ここでも通知が来るまではポーリングせずに休眠すること）。
• プロセスは通知を受け取ったら、DMA 転送を行い、転送完了後、 完了先頭アドレスおよび完了データ数を設定する。 その後、完了フラグを設定する。