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Für das Messen und Steuern von digitalen und analogen Signalen an den Experimenten von PETRA III wurde das Mess- und Steuerungssystem PiLC von der Fachgruppe FS-EC entwickelt und gebaut.

Die Hauptbauteile des PiLC sind:

  1. Embedded Computer (Raspberry Pi 3)
  2. DE0-Nano Board von der Firma Terasic mit einem Cyclone IV FPGA von der Firma Altera.
  3. 16 Steckplätze für verschiedene Steckkarten.
  4. Netzteil
  5. Touchscreen
  6. Leiterplatte mit16 koaxiale Steckverbinder

Wie in Abbildung 2 zu erkennen ist, sind die Komponenten embedded Computer, DE0-Nano Board, Steckplätze und das Netzteil auf einer gemeinsamen Hauptplatine untergebracht.

Die koaxialen Steckverbinder (7) in Abbildung 3 sind auf einer separaten Leiterplatte verbaut und werden über eine Flachbandleitung mit der Hauptleiterplatte verbunden.

Alle Außenleiter der koaxialen Steckverbinder besitzen das gleiche Potenzial, daher ist es nur über die jeweiligen Innenleiter möglich, Signale einzuspeisen.



In der nächsten Abbildung ist die Funktionsübersicht des PiLC-Systems skizziert. Die Datenübertragung zwischen dem embedded Computer und dem FPGA läuft über eine SPI-Schnittstelle mit einer Geschwindigkeit von 32MHz.

Diese Schnittstelle ermöglicht das Lesen und Schreiben von definierten Registern im FPGA. Für jeden Steckplatz sind zwei Register mit einer Speicherbreite von 32Bit reserviert.

Zusätzlich ist das Neuprogrammieren des FPGAs über diese Schnittstellte möglich. Von jedem Steckplatz führt eine separate bidirektionale Datenleitung zum FPGA.

Über diese Datenleitung ist es möglich, Frequenzen bis maximal 100MHz zu übertragen. Die maximale Frequenz für eine asynchrone Datenübertragung liegt bei maximal 50MHz.

Die Datenübertragung zwischen dem embedded Computer und den Steckkarten läuft über eine zweite SPI-Schnittstelle mit einer Geschwindigkeit von 2MHz.

Diese Schnittstelle ermöglicht das Lesen und Schreiben von definierten Registern. Diese Register werden von einem auf der Steckarte verbauten Mikrocontroller zur Verfügung gestellt.

Dadurch lassen sich bestimme Funktionen auf den Steckkarten konfigurieren. Über die Ethernet-Schnittstelle auf dem embedded Computer ist es möglich, auf die Daten des FPGAs und der Steckkarten zuzugreifen.

Um eine Netzwerkverbindung zu dem PiLC aufzubauen, wird die TANGO Control Software genutzt. Diese Software ist die Standartsoftware für die Steuerung der Experimente an PETRA III.




Der PiLC ist in der Standartversion in einem NIM[1Gehäuse verbaut. Zusätzlich wird der PiLC auch in einem 19-Zoll Gehäuse und in einem Tischgehäuse angeboten.

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