DEVELOPMENT OF SOFTWARE FOR EVENT SYSTEM IN KEK LINAC
Shiro Kusano 1 ,A), Takuya KudouA), Kazuro FurukawaB), Masanori SatohB)
A)
Mitsubishi Electric System & Service CO., LTD.
2-8-8 Umezono, Tsukuba, Ibaraki, 305-0045
B)High Energy Accelerator Research Organization
1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki, 305-0801
Abstract
The KEK Linac injects the electron and positron beams into the KEKB-LER, KEKB-HER, PF and PF-AR rings withfour different characteristics. In order to improve the beam operation efficiency, we have planned the simultaneous
top-up operation for the PF and KEKB. The fast beam switching mechanisms are being developed and installed.
For those mechanisms, the linac parameters of timing and low-level rf phase should be controlled in the pulse by pulseof 50 Hz. In this paper, we will present the event timing system to the KEK Linac control system in detail.

KEK Linacにおけるイベントシステム用ソフトウェアの開発いられている[3]。運転用のクライアントソフトウェ
アからの要求は、すべてサーバソフトウェアを経由
KEK電子陽電子入射器(KEK Linac)の将来計画でした後、各ソフトウェアに振り分けられ処理が行わは、4つのリングへ異なる質(電荷量・エネルギーなれる。
ど)のビームを同時に入射することを検討している[1]。 ソフトウェアの構成は、ECC driver, remote trigger
同時入射実現のためには、KEK Linacのビームモー
daemon (rtrigd), ecc polling (eccpl), ecc receiverド(電子銃、タイミングシステム、RF位相などのパ(eccrecv), remote camac daemon (rcamacd), udpラメータ)をビームパルス毎(最大50 Hz)に切り替え
message distributer(umdist)となっている(図1)。各プることが不可欠となる。
ログラム間のデータ通信は、プロセス間通信による
現在、KEK Linacのタイミングシステムは、多数処理が行われる。の遅延信号生成モジュールから構成されているが、CAMAC TD4の制御については、CAMACコント
現行システムを用いた高速且つ複雑なビームモードローラ用デバイスドライバ(ECC driver)を複数計算切り替えの実現は困難である。したがって、ビーム機にて同時に実行した場合、正常動作しないというモードの高速切り替え実現のため、Event Generator
障 害 が あ っ た め 、 制 御 用 ソ フ ト ウ ェ ア (eccpl,(EVG)/Receiver (EVR)を用いた新タイミングシステ[2]
ムの導入を進めている 。EVGは、ビーム入射パ
CAMAC TD4VME TD4V
ターン情報を基にイベントコードを生成し、EVRへ
read/write配信する。EVRは、EVGから受信したイベントコー
read/write
poplarドに従って、パルス電磁石のタイミング・クライス
lychee/plum
トロンの高電圧タイミング(ビーム加速・待機状
ECC driverwrite態)・低レベルRF(LLRF)の位相・電子銃のタイミン
eccrecv
read
グ及びビーム位置モニター(BPM)用データ収集系設定値などの高速制御を行う。本稿では、新タイミン
eccpl event rcamacd
グシステム用ソフトウェア開発について、詳細に報read
告する。
umdistread
TD4V
２．現タイミングシステムのソフトウェア
loop3
Shared memorywrite

１．はじめに構成

現タイミングシステムは、11台のVME、7台のCAMAC 、 約 160 台 の 遅 延 信 号 生 成 モ ジ ュ ー ル（CAMAC-based TD4, VME-based TD4V, RS232Cbased TD4R）及び3台のサーバ計算機群から構成されている。これらのモジュール群を制御するために、数種類のソフトウェアが開発され、ビーム運転に用
1

E-mail: skusa@post.kek.jp

サーバ(rtrigd) poplar/lychee/plum

クライアント
図1：現タイミングシステムソフトウェア構成

rcamacd)を1台のサーバ計算機上で動作させ、運用
3.2 イベント生成 (EVG)している。データの読み出しに関しては、約15秒毎、同時入射運転に於いて要求されるビームモードは、もしくはモジュール設定値の変更に伴いデータ取得
KEKB
Ring e-/e+、PF Ring e- (A1電子銃モード)、PFが行われる。取得したデータは、eccplプロセスによRinge(CT電子銃モード)、PF-AR e-の運転用としてり、3台のサーバ計算機に配信。これと同時に、5種類である。さらに、ビーム調整・開発のためのeccrecv プ ロ セ ス は 、 共 有 メ モ リ 上 の cache 領 域 へモードとして、各ビームモードはマシンスタディ用データ書き込みを行う。サーバソフトウェア(rtrigd)
ビームモードを有するため、ビームモードの総計はは、cacheデータの一部を利用し、クライアントソ10種類となる。
フトウェア側へモジュールの設定値を送信する。
EVG は 、 こ れ ら の ビ ー ム モ ー ド 毎 に 、 運 転 用
VME TD4Vの制御に関しては、umdistを使用して(ビーム加速)・待機用(スタンバイ)・マシンスタいる。これは、UDP/IPを利用したメッセージ分配ソディ用のイベントコード生成が可能である。従って、フトウェアであり、3台のサーバ計算機上で同時にEVGが生成するイベントコードは、総計30種類に及実行し、モジュール制御を行っている。このため、ぶこととなる。EVGは、上位アプリケーションに1台のサーバ計算機に障害が発生しても、他のサーよって生成される入射パターン情報を基に、イベンバ計算機経由での制御が可能である。
トコードの生成を行っている。
図3は、入射パターン生成用ソフトウェアパネル
３．新タイミングシステムのソフトウェア の表示画面例を示している。入射パターン情報は構成300個の配列で構成され、各リングからの入射要求を基に入射パターン情報を生成する。
3.1 概要
新 タ イ ミ ン グ シ ス テ ム は 、 約 10 台 の VME 及 び
EVG 、 EVR 、 PVME303/PVME323 (Digital I/O) 、RPV130 (Interrupt Register)などのモジュール群から構成されている(図2)。EVG及びEVRは、EVGを中心とした光ファイバによるスター型接続により通信を 行 い 、 そ れ ぞ れ の モ ジ ュ ー ル は Experimental
Physics and Industrial Control System (EPICS)[4]を基本に開発されたソフトウェアにより制御される。表1にモジュールの設置場所、用途を示す。
表１：各モジュールの設置場所及び用途一覧
モジュール設置場所
用途
EVG
メイントリガー イベントの生成
EVR
・ 2~5 セ ク タ ー パルス電磁石
サブブースタ KLY高電圧
・3～5セクター LLRF位相副制御室
・その他
PVME303/323
2~5 セ ク タ ー サ LLRF位相ブブースタ
RPV130A1電子銃
グリッド電圧図3：入射パターン生成パネル
3.3 クライストロン高電圧タイミング制御 (EVR)
KEK Linacには、59台のクライストロンが設置されており、常時、数台のクライストロンは予備クライストロンとしてスタンバイ運転を行っている。ス
タンバイ運転のクライストロンは、ビーム加速には利用されないが、運転用クライストロンに障害が発生した場合に、これと即座に入れ替え、運転に供する必要がある。従って、ビーム加速タイミングから57 μsずらした状態で待機運転を行っている。運転用及び待機用クライストロンの組み合わせは、ビームモード毎に異なるため、EVRの生成するイベント情報を基に切り替えを行う。
3.4 LLRF位相制御 (PVME303/323)

図2：新タイミングシステムの構成

陽電子ビームを加速するためには、陽電子生成標的下流側の全クライストロンRF位相を、電子ビー
ム加速時と比して逆位相にする必要がある。このため、当該LLRF位相は、上流側に対して180°ずらした値を用いている。

LLRF 位 相 の 制 御 は 、 VME モ ジ ュ ー ル で あ る
EVG側のディレイ調整により、正常動作を確認した。
PVME323 (Internix社製 DAC、12 bit)を用いて行う。
4.3 カメラのフラッシュによるシステム停止
また、設定位相の読み返しには、PVME303 (Internix社製 ADC、12 bit)を用いている。LLRF位相の設定
EVG/EVRシステムの試験中、最新のイベント情値は、ビームモード毎に異なるため、EVGからのイ報が配信されないという不具合が発生した。これは、ベントコードを基に最適値が設定される。
デジタルカメラに因る試験システム撮影時にフラッ2008年6月下旬には、LLRF位相制御システムを一シュを使用したため、この光がOptical FAN OUTモ部に導入し、約2週間運転に使用した。1日あたりのジュールの送信部分に当たった事に起因した障害でビームモード切り替え回数は約450回に及んだが、あった。強い光がFAN OUTモジュールに当たると、その間、安定して動作したことを確認した。
イベント情報の送信が停止するため、受信部に光が3.5 電子銃グリッドパルサー制御 (RPV130)
KEK Linacでは、ビームモード毎に異なる電荷量のビームを供する必要がある。陽電子生成用の1次電子ビームとして、10 nCの電子ビームが要求される。また、KEKB e-モードに於いては1 nCの電子ビームが要求され、PF及びPF-ARモードでは約0.1nCのビームが必要とされる。
したがって、同時入射運転に於いては、モード毎に電子銃の設定値を高速に切り替える必要がある。
こ の た め 、 EVR及びVME用I/Oモジュールである
RPV130 (林栄精機社製 Interrupt & I/O Register、8ch)を組み合わせたシステムを構築中である。これは、EVGの生成するイベントコードを基に割り込み処理を行い、グリッドパルサータイミング用光変換モジュールに対してレベル信号を送る物である。

４．問題点
4.1 旧デバイスドライバの問題点
新システム導入試験の際、EVRのTTL出力信号に1 μs程度のジッタが生じる事が判明した。導入試験に於いては、最新のEVGモジュール(EVG-230)を使用していたが、EPICS用デバイスドライバは、古いモジュール(EVG-200)対応の物を用いていた。このため、50 Hz出力信号がEVGモジュール内部のACCLOCKと同期していたことに起因し、ジッタが生じていた。この様なジッタを避けるため、EVG内のAC CLOCKと同期しないためのAC BYPASS設定を行い、EPICSドライバの再構築を行った。新ドライ
バを用いた試験では、1 μsのジッタを約10 ps程度にまで低減させることに成功した。
4.2 ダブルパルス波形の欠落
新システムでは、EVRに於いてダブルパルスを生成している。ダブルパルス生成とは、50 Hz毎の全パルスに於いて、57 μs間隔の2つのRF用タイミング信号が含まれている事を意味する。これら二つのパルスは、運転用(ビーム加速)及び待機クライストロン用のタイミングとして使用される。
EVR側に於いて、ダブルパルス用のディレイを57μs以上変更した場合、第1パルスが欠落し、第2パルスがディレイ不能となる現象を確認した。EVR側では第1パルスのみ制御可能であるため、57 μs以上変更した場合には、第2パルスと重なると考えられる。

入り込まないよう蓋の設置を行い、対処した。
4.4 BPMシステムへのイベント配信
現在、BPMデータ収集系として、高速デジタルオシロスコープ(Tektronix社製 DPO7104)を約20台使用[5][6]している 。DPO7104は、Windows-XP上で動作しているため、BPMからの信号を捕捉及び演算処理するためのソフトウェアは、オシロスコープ上のWindowsアプリケーションとして動作している。
高速ビームモード切り替え運転時には、ビームパルス毎にビームモードを認識する事が不可欠となる。
こ の た め 、 現 在 の Windows ソ フ ト ウ ェ ア を EPICSIOCとして動作させ、EVGのイベントレコードと同期させるためのソフトウェアアップグレードを進めている。

５．まとめ
KEK Linacでは、2006年より4つのRingへの同時入射に向けたビームラインの改造、ビーム開発及び各種ソフトウェアの試験・開発を進めている。2008年6月には、新タイミングシステムを一部に導入し、数週間の耐安定運用試験を行った。また、7月上旬には、パルス毎にビームモードを切り替える試験を行い、満足な結果を得た。
現在、本格運用に向けけたソフトウェア更新及び開発が進められている。高速ビームモード切り替えによる4リング同時入射が実現すると、PF Ringでの放射光実験及びKEKBでの物理実験の効率が飛躍的に向上するため、大きな貢献が期待される。

参考文献[1] M.Satoh, et al., “高速ビームモード切り替えのためのKEK 入 射 器 ア ッ プ グ レ ー ド ”, Proc. 31st Linear
Accelerator Meeting in Japan, Sendai, 2006.
[2] K.Furukawa, et al., “KEK電子入射器の高速ビーム切り換え機構”, these proceedings.
[3] S.Kusano, et al., “KEK電子陽電子入射器のタイミング系
ソ フ ト ウ ェ ア の 構築 ”, Proc. 27th Linear Accelerator
Meeting in Japan, Kyoto, 2002.
[4] http://www.aps.anl.gov/epics/[5] M.Satoh, et al., “WindowsオシロスコープベースEPICSIOCを用いた高速BPM-DAQシステムの開発”, Proc. 3
2nd Linear Accelerator Meeting in Japan, Wako, 2007.
[6] T.Kudou, et al., “KEK LinacのBPM-DAQシステム”, Proc.
32nd Linear Accelerator Meeting in Japan, Wako, 2007.