Proceedings of the 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 7-10, 2018, Nagaoka, Japan

PASJ2018 THP094

トリガ付きスケーラのソフトウェア環境整備：EPICS db 開発
DEVELOPMENT OF EPICS-BASED SOFTWARE OF TRIGGERED SCALER
田島佑斗#, A), 上窪田紀彦 B), 佐藤健一 B), 吉田奨 A), 山本昇 B)
Yuuto Tajima, Norihiko Kamikubota B), Kenichi Sato B), Susumu Yoshida A), Noboru Yamamoto B)
A)
Kanto Information ServiceB)
High Energy Accelerator Research Organization (KEK) /J-PARC Center#, A)

Abstract
A "triggered scaler" has been developed for J-PARC accelerators. It is a scaler to count pulsed signals, which areprovided for accelerator components. It stores counts in a memory array, and each external trigger (typically 25Hz, from
J-PARC Timing System) shifts the pointer to the array during a machine cycle (2.48s or 5.20s). Then, stored data
(waveform-type EPICS record) is expected to verify no miss-trigger (or, to find a miss-trigger) in the previous machine
cycle. In order to realize such functionalities, we have made basic design of database definitions (EPICS db) for triggered
scaler. Three-layered design has been discussed. Development status of EPICS db, early experiences with real MR signals,
are reported.

1.

はじめにJ-PARC(Japan Proton Accelerator Research Complex)
は、日本原子力研究開発機構(JAEA)と高エネルギー加速器研究機構(KEK)が共同で計画及び運営を行っている大強度陽子加速器施設である[1,2]。
J-PARC では、イベントベースのタイミングシステムを使用 し て い る 。 J-PARC タ イ ミ ン グ シ ス テ ム で は 、Linac(LI)/RCS/MR の 3 加 速 器 で 、 そ れ ぞ れ 約540/220/300 点のトリガ信号を管理している[3]。
大量の信号が機器現場で生成されるが、何らかの伝送系のトラブル（ケーブル断線やモジュール fuse 切れなど）で信号が途切れ、かつ中央制御棟からの遠隔監視でそれがわからない、という事例があった。このようなトラブルを検知するため、生成したトリガ信号を末端の機器側で検出する新しいモジュール（トリガ付きスケーラ）を開発した[4]。

いるので省略する。ここでは MR の入射信号(通称 K1K4)を例に、期待される動作を説明する。
K1-K4 信号は Fig. 1 の Normal に示す通り、4 連続トリガ信号である。K1-K4 信号をトリガ付きスケーラで計測することで、3 パターンの異常を判別できる。1) トリガ抜
け:K1-K4 信号の K3 が抜けた例、2) 不規則なトリガ:来てはいけない時にトリガが来た例、3) ダブルトリガ:本来1 つのはずのトリガを 2 回計測した例、である。

Figure 2: Two triggered scalers: LI-type and MR-type.

Figure 1: miss-triggers.
トリガ付きスケーラの内部仕様は[4]で詳細に解説して___________________________________________#z-tajima@post.j-parc.jp

Figure 2 に示すように、トリガ付きスケーラには LI タイプ と MR タ イ プ の 2 種 類 が あ る 。 前 者 は Rapidcycle(25Hz)で動作する LI と RCS 向け、後者は Slowcycle(2.48s or 5.20s)の MR 向け、である。両タイプとも、
J-PARC タイミングシステムが S signal（加速器サイクルの始まり信号）と Trigger （rapid-cycle 25Hz）を供給する。
LI タイプは、計測信号（2ch ある）で抜けを検知すると、直ちに out(error)を出力する。一方 MR タイプでは out 出- 1091 -Proceedings of the 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
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力は無く、入力を倍の 4ch にした設計である。

2.

Table 1: Part of Record Definitions
RecordRegisteraddress

Description

pageNow

9

Page number, 0 or 1, which points tothe active memory area

triggerNow

10

Position of a memory, 0 to 191,
where a counter value is written

pageSet11

Switch a page number, 0 or 1, whichmemory to be accessed from CPU

errStatus

14

Error status in counting process

triggerInCycle

16

Number of triggers in the previous
S-signal period

ソフトウェア設計

2.1 概要J-PARC 加速器は、EPICS toolkit を用いた加速器制御システムで運用されている[5,6]。トリガ付きスケーラをEPICS 環境で利用するために、ソフトウェア環境整備として EPICS db（db は database の略、EPICS の信号定義）の設計・開発を行った。
開発した epics db は、3 階層に分かれている。第 1 層
では、トリガ付きスケーラモジュールの hardware を定義する。例えば、使用中の double buffer のメモリ番号(0 or 1)を持つ register や、計測したデータを格納する配列が定義される。第 2 層では、MR 向けの運用パラメータを定義する。第 3 層では、計測する加速器信号に応じた部分を定義する。別の報告[7]で、入射信号（K1-K4）計測、RF信号計測、MPS 検知の実例が示されているが、それぞれの信号は別の定義 db に対応する（Fig. 8 も参照）。

wf:ch133~224 Array data (192) for 1ch [MR-type]wf:ch2289~480 Array data (192) for 2ch [MR-type]wf:ch3545~736 Array data (192) for 3ch [MR-type]wf:ch4801~992 Array data (192) for 4ch [MR-type]Figure 4 は、トリガ付きスケーラの第 1 層の EPICS db
定義の一部である。Table1 と対応していることが分かる。

Figure 3: Relationships
applications.

betweendblayers

andFigure 3 に、3 階層の db とアプリケーションの参照関係を示した。第 1 層 db が hardware を記述するので、第2 層・第 3 層は直接 hardware(register)にアクセスしない。
第 2 層・第 3 層の db 定義は、第 1 層を参照する。また、
第 2 層・第 3 層に対応するアプリケーション（Fig. 3 では「MR data Application」と「MR specific Application」）は、主に対応する層の db を参照する。

Figure 4: Part of db definitions for Layer1.

2.3 第 2 層：MR 向けの運用パラメータを定義

LI は 25Hz 運転なので、どの機器も 40ms に１回トリガを受ける。したがって、40ms の中で抜けがあれば問題に
2.2 第 1 層：モジュールの hardware を定義なる。一方、MR は遅い周期（2.48s or 5.20s）なので、そ第 1 層は、トリガ付きスケーラの持つ hardware register の周期の１サイクルに１回のトリガ抜けが問題になる。ここを、機械的に Record（EPICS の信号単位）に対応づける。 では、MR 向けの運用で必要な Record を検討する。
Table 1 に、その一部を示す。計測データが入るメモリはMR タイプでは 192(LI タイプでは 448)である。

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Figure 5: Behavior of double buffer for MR signals.
Figure 5 は、MR の信号を計測・記録している doublebuffer を示したものである。pageNow は 0 を指し（上側のmemory 0 を使用中）、memory 0 内の書き込み位置はtriggerNow（Fig. 5 では 0 から数えて 5）で示される。
MR 運用上は、memory 0・memory 1 という区別より、現在書き込み中のメモリ、または前回のサイクルの書き込みが終了したメモリ、という読み出し方が便利である。
しかし、CPU からは pageSet で指定した片方のメモリしか読み出せないため、第 1 層で定義した Record だけではこの要望は満たせない。このため第 2 層で、double bufferから適時メモリ内容を copy する配列 Record を別途定義する（Fig. 3 の wf:ch1_n が現在書き込み中、wf:ch1_x が前回分）。

Figure 6: Part of db definitions for MR-MPS.

2.4 第 3 層：計測する信号に応じた実装の定義
MR で、3 種類の加速器信号（RF, K1-K4, MPS）を計測した（[7]参照）。ここでは、例として MPS 向け実装定義について説明する。
MPS は加速器機器保護のためのシステムで、MPS が起こると直ちに加速器全体を安全に停止し、他の機器が損傷する可能性を減らす[8]。MPS 発生時の実信号をトリガ付きスケーラで計測し、取得した前サイクルのメモリ（wf:ch1_x）に 0 で無い値が現れたか判断して MPS の発報を知ることができる。
Figure 6 は、MPS 向け EPICS db 定義の一部である。
上部は wf:ch1_x のどこを切り出すか（加速器周期のどの部分を調べるか）、下部は切り出した wf:ch1_x に 0 で無い値があるか調べる（あれば MPS が発報と判断できる）。
よって、この db 定義は MPS 発報の処理の開始シグナルとして用いることが出来る。また、Fig. 7 は、MPS 発報した時の関連情報（Shot-number とその時刻、その shot のDCCT 波形、加速器周期のどのタイミングで発報したか、など）を統合して確認する画面である。

Figure 7: Application screen for MR-MPS.

2.5 開発・整備状況
現時点では特に第 2 層（MR 向けの運用パラメータ定義）の整備がまだ不十分で、また第 2 層と第 3 層が混合した状態である。今後、各階層を明確に分離した db fileに整理していく予定である（Fig. 8 参照）。
トリガ付きスケーラの試験は MR タイプで先行させており、LI タイプは未着手である。上記 db の整備が完了次第、LI タイプでの運用パラメータの定義などを進めたい。

- 1093 -Proceedings of the 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 7-10, 2018, Nagaoka, JapanPASJ2018 THP094Figure 8: Plan of db filenames for three layers.

3.

まとめ

トリガ付きスケーラを EPICS 環境で使用するために、EPICS db(信号定義)を 3 階層に分けて設計した。MR タイプのモジュールで現場試験を行いつつ、第 2 層と第 3層の db 整備が進行中である。今後、db 整備を継続し、またトリガ抜け検知など本番環境への実装を行っていく。

参考文献[1] J-PARC ホームページ; http://j-parc.jp/[2] K. Hasegawa et al., “Performance and Status of the J-PARCAccelerators”, Proceedings of IPAC2017 in Copenhagen,Denmark, May 14-19, 2017, pp. 2290-2293.
[3] N. Kamikubota et al., “Operation Status of J-PARC Timing
System and Futur Plan”, Proceedings of ICALEPCS in
Melbourne, Australia, Oct. 17-23, 2015, pp. 988-991.
[4] K.C. Sato et al., “トリガ付きスケーラの開発とトリガ抜け検知”, Proc. of the 14th Annual Meeting of Particle Accelerator
Society of Japan, Sapporo, Japan, Aug. 1-3, 2017, pp. 627630.
[5] EPICS ホームページ; https://epics.anl.gov/[6] N. Kamikubota et al., J-PARC Control toward Future
Reliable Operation”, Proc. of ICALEPCS 2011, Grenoble,France, October 2011, pp.278-381.
[7] K.C. Sato et al., “トリガ付きスケーラの応用：J-PARC MR 加速器信号の計測”, Proc. of the 15th Annual Meeting ofParticle Accelerator Society of Japan, Nagaoka, Japan, Aug.
8-10, 2018, WEP095, in press.
[8] T. Kimura et al., “J-PARC MR-MPS の評価と新 MR-MPSの開発計画”, Proc. of the 14th Annual Meeting of Particle
Accelerator Society of Japan, Sapporo, Japan, Aug. 1-3,
2017, pp. 1148-1150.

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