Proceedings of the 18th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 9 - 12, 2021, QST-Takasaki Online, Japan

PASJ2021 WEP038

MRF イベントタイミングレシーバのためのデバイスドライバ及び LabVIEWAPI
A VISA DEVICE DRIVER AND A LabVIEW API FOR MRF EVENT TIMINGRECEIVER
榎本嘉範 ∗A) ，佐藤政則 A) ，早乙女秀樹 B)
Yoshinori Enomoto∗ A) , Masanori SatohA) , Hideki SaotomeB)
A)
KEKB)
KIS

Abstract
An easy way to develop a device driver using Virtual Instrument Software Architecture (VISA) and Application
Programming Interface (API) for LabVIEW is described. PXI-EVR-230, an Event Receiver Board in PXI form factor
from Micro Research Finland (MRF), is taken as an example.

1.

はじめに

1.1

Event timing system

KEK 電子陽電子入射器（入射器）では下流の互いに周回タイミングが同期していないリング（SuperKEKB HER/LER, PF, PF-AR）に電子もしくは陽電子ビームの入射を行っている [1]。入射先は 50 Hzで切り替え可能になっており、各パルスごとに入射先に合わせたタイミングでビームを供給するとともに、Table 1 に示す、それぞれのリングが要求するエネルギーやバンチチャージに合わせて RF やマグネットの設定を変更できるようになっている。これを実現するために、入射器では Micro Research Finland（MRF）社 [2] の Event timing system [3] を導入している。このシステムでは Event generator（EVG）から光ファイバーを通して配信されるタイミング信号をEvent reciever（EVR）が受けて、トリガーを出力する形になっており、EVR 側で個別に delay を設定することもできるようになっている。さらに光ファイバーを通して shot ID などの付加的な情報を送ることもできるようになっている。
Table 1: Beam Energy and Bunch Charge Required for
Each Storage Ring
Destination

Energy [GeV]

Bunch charge [nC]SuperKEKB HER

74

SuperKEKB LER

44

2.5

0.3

6.5 or 5

0.3PFPF-AR

1.2 パルスマグネット
エネルギーの異なるビームを輸送するために、入射器では約 100 台のパルスマグネットが使われている [4]。Figure 1 にパルスマグネット電源の制御系を模式図を示す [5]。各電源の出力制御は DAC（NIPXI-6733）により行われている。入射先（ビームモードと呼んでいる）に応じて予めソフトウェア上で設定値1 をもたせておき、次のビームモードを EVR を通して伝達することにより、出力値を 20 ms ごとに設定している。DAC の出力開始トリガーは EVR の汎用出力からの信号を使っており、約 8.7 ns の分解能で delay を設定することができる。また安定度はDAC のサンプリングレート（1 MSa/s）に比べて十分高い。パルスマグネットの制御系では DAC、およびモニター用 ADC（NI, PXIe-6356）に PXI フォームファクターを採用した。そのため EVR も PXI 接続の PXI-EVR-230 という機種を使っている。またソフトウェアは LabVIEW で書かれており、Windows 8.1上で実行されている。EVR を上記環境下で動かすための device driver 及び LabVIEW から呼び出せる APIが必要であるが、ベンダーからは提供されていない。
したがって両者をユーザー側で開発する必要がある。本稿ではそれぞれの開発について具体的に紹介する。

2.

VISA DEVICE DRIVER

National Instruments （NI）社が提供する NI-VISA
Driver Wizard は NI-VISA を通してハードウェアを制御するために必要となるファイルを、ウィザード形式で手軽に生成するためのソフトウェアである [6]。
起動すると Fig. 2 に示すダイアログが表示される。
今回は PXI の EVR を動かすドライバーを作るので、Hardware Bus は PXI/PCI 選択する。Next を押して次へ進むと、Device Information 入力画面となるので、必要な情報を入力する。MRF 社の PXI-EVR-230 の場合
Fig. 3 に示した値を入力した。Subsystem Model Codeについては Fig. 3 中の 11E6 という値の他に 10E6 を指定しないと動かないボードがあった。おそらく製造ロットのちがい等によるものと考えられる。この
後 Next を押して最後まで進むと必要なファイルが生成されるので、生成されたファイルをインストー
1 この設定値は operater’s machine からネットワークを経由し∗ yoshinori.enomoto@kek.jpて変更することができる。

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Figure 3: NI VISA Driver Wizard 2.
Figure 1: Configuration of control system for pulsed magnet power supply.

ルすれば、Fig. 4 に示すように当該ボードがデバイスマネージャーで上で表示されるようになる。またNI MAX 上でも Fig. 5 のように情報を表示させることができるようになる。

Figure 4: PXI-EVR-230 board shown in device manager.

から 8 bit の値を読み取る vi を示す。VISA を用いたデバイスドライバを制作したので、機器との接続、切断は VISA open/close 関数を用いて行うことができる。レジスタへのアクセスは VISA in/out 関数を用い、Address space と offset に適切な値をセットすることによって行う。必要な機能と対応するアドレスはハードウェアのマニュアルを参照しつつ実装する。
Figure 2: NI VISA Driver Wizard 1.

4.

まとめ

NI-VISA Driver Wizard を使うことによって、サードパーティ製 PXI ボードのデバイスドライバを簡単に作れることを示した。一度 Wizard の使い方を覚え
3 . API
れば、数分で作業は完了する。また VISA を利用しデバイスドライバによって EVR へのアクセスが た Device driver により、VISA 関数を使って、レジスできるようになったので、次にメインプログラムか タアクセスを行う事ができ、デバイス固有の事象をら設定を行うための API をつくる。EVR の各機能 気にすることなく、統一的に API の開発ができるよを利用するためには指定のレジスタへ値をセットし うになる。今回は MRF 社の PXI-EVR-230 を具体例たり、レジスタから値を読み出したりすればよい。 として取り上げたが、PXI 規格に準拠したボードで
Figure 6 に具体例として、あるアドレスのレジスタ あればここに紹介した手法でデバイスドライバおよ- 712 -Proceedings of the 18th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
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en-XX/help/370131S-01/ni-visa/
configuringnivisatorecognizeapxipcidevice/

Figure 5: PXI-EVR-230 board shown in NI MAX window.

Figure 6: Basic vi to access register in the EVR.

び API の開発が可能である。

参考文献[1] K. Furukawa et al., “同 時 ト ッ プ ア ッ プ 入 射 の た めの KEK 電 子 陽 電 子 入 射 器 の 加 速 モ ー ド 切 替 の 高度化”, Proceedings of the 17th Annual Meeting of Particle
Accelerator Society of Japan, Online, Sep. 2-4, 2020, pp.
1-6, WEOOP01.; https://www.pasj.jp/web_publish/pasj2020/proceedings/PDF/WEOO/WEOOP01.pdf[2] http://www.mrf.fi[3] K. Furukawa et al., “EVENT-BASED TIMING AND CONTROL SYSTEM FOR FAST BEAM-MODE SWITCHING
AT KEK 8-GeV LINAC”, Proceedings of PAC09, Vancouver, BC, Canada, May. 2009, pp. 4797-4799, FR5REP010.;
https://accelconf.web.cern.ch/pac2009/papers/
fr5rep010.pdf[4] Y. Enomoto et al., “Pulse-to-pulse Beam Modulation for
4 Storage Rings with 64 Pulsed Magnets”, Proceedings of LINAC2018, Beijing, China, Sep.16-21, 2018,
pp. 609-614, WE1A06.; https://doi.org/10.18429/
JACoW-LINAC2018-WE1A06[5] Y. Enomoto et al., “Pulsed Magnet Control System Using COTS PXIe Devices and LabVIEW ”, Proceedings ofICALEPCS2019, New York, NY, USA, Oct. 5-11, 2019,
pp. 946-949, WECPR05.; https://doi.org/10.18429/
JACoW-ICALEPCS2019-WECPR05[6] https://zone.ni.com/reference/- 713 -