Timing Architecture for ESS

Abstract

[Resumo]

O sistema de temporización é unha compoñente fundamental para o control e sincronización de instalacións industriais e científicas, coma aceleradores de partículas. Nesta tese traballamos na especificación e desenvolvemento do sistema de temporización para a European Spallation Source (ESS), a maior fonte de neutróns actualmente en construción. Abordamos este tra­ ballo a dous niveis: a especificación do sistema de temporización, e a imple­ mentación física de sistemas de control empregando circuítos reconfigurables.

Con respecto á especificación do sistema de temporización, deseñamos e implementamos a configuración do protocolo de temporización para cumprir cos requirimentos do ESS e ideamos un modo de operación e unha aplicación para a configuración e control do sistema de temporización.

Tamén presentamos unha ferramenta e unha metodoloxía para imple­ mentar sistemas de control empregando FPGAs, coma os nodos do sistema de temporización. ámbalas <lúas están baseadas en statecharts, unha repre­ sentación gráfica de sistemas que expande o concepto de máquinas de estados finitos, orientada a sistemas que necesitan ser reconfigurados rápidamente en múltiples localizacións minimizando a posibilidade de erros. A ferramenta crea automaticamente código VHDL sintetizable a partir do statechart do sistema. A metodoloxía explica o procedemento para implementar o state­ chart como unha arquitectura microprogramada en FPGAs.

[Resumen]

El sistema de temporización es un componente fundamental para el control y sincronización de instalaciones industriales y científicas, como aceleradores e partículas. En esta tesis trabajamos en la especificación y desarrollo el sistema de temporización para la European Spallation Source (ESS), la mayor fuente de neutrones actualmente en construcción. Abordamos este trabajo en dos niveles: la especificación del sistema de temporización, y la mplementación física de sistemas de control empleando circuitos reconfig­ rables.

Con respecto a la especificación del sistema de temporización, diseñamos

e implementamos la configuración del protocolo de temporización para cumplir on los requisitos de ESS e ideamos un modo de operación y una aplicación ara la configuración y control del sistema de temporización.

También presentamos una herramienta y una metodología para imple­ entar sistemas de control empleando FPGAs, como los nodos del sistema e temporización. Ambas están basadas en statecharts) una representación gráfica de sistemas que expande el concepto de máquinas de estados fini­ os, orientada a sistemas que necesitan ser reconfigurados rápidamente en últiples localizaciones minimizando la posibilidad de errores. La her­ramienta crea automáticamente código VHDL sintetizable a partir del state­chart del sistema. La metodología explica el procedimiento para implemen­tar el statechart como una arquitectura microprogramada en FPGAs.

[Abstract]

The timing system is a key component for the control and synchronization of industrial and scientific facilities, such as particle accelerators. In this thesis we tackle the specification and development of the timing system for the European Spallation Source (ESS), the largest neutron source currently in construction. We approach this work at two levels: the specification of the timing system and the physical implementation of control systems using reconfigurable hardware.

Regarding the specification of the timing system, we designed and imple­ mented the configuration of the timing protocol to fulfil the requirements of ESS and devised an operation mode andan application for the configuration and control of the timing system.

We also present one too! and one methodology to implement control systems using FPGAs, such as the nodes of the timing system. Both are based on statecharts, a graphical representation of systems that expand the concepts of Finite State Machines, targeted at systems that need to be re­ configured quickly in multiple locations minimizing the chance of errors. The too! automatically creates synthesizable VHDL code from a statechart of the system. The methodology explains the procedure to implement the statechart as a microprogrammed architecture in FPGAs.