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基于EPICS的束流位置读出系统的研发
摘要
束流位置读出系统是加速器控制系统中非常关键的部分，其作用是监控束流在加速器内的精确位置和方向，以确保束流正常运行和高质量的实验数据。本文介绍了EPICS作为束流位置读出系统控制软件的设计和开发方法，包括系统架构、关键技术和实现结果的详细描述。同时也涵盖了EPICS的应用范围和未来发展方向，以及束流位置读出系统的应用和展望。本文将对加速器控制系统的设计和开发提供有益的参考。
关键词：EPICS；束流位置读出系统；加速器控制系统
引言
加速器是研究微观世界和核物理学的重要工具，常常被应用于实验研究，例如粒子物理实验、核物理实验等。在加速器的运行过程中，控制系统起着至关重要的作用，而束流位置读出系统是控制系统的核心组成部分。束流位置读出系统的作用是监测束流在加速器内的精确位置和方向，以确保束流正常运行和高质量的实验数据。
为了满足控制系统的需求，需要采用一种可靠、灵活和实用的软件系统。EPICS（ExperimentalPhysicsandIndustrialControlSystem）就是这样一种系统。EPICS是一种开放源代码的软件系统，其目标是为实验物理学和工业自动化提供控制和数据采集的通用软件基础。在加速器控制系统中的应用越来越广泛，例如：束流位置读出系统，温度控制系统，气压控制系统等。
本文主要介绍EPICS作为束流位置读出系统控制软件的设计和开发方法，包括系统架构、关键技术和实现结果的详细描述。同时也涵盖了EPICS的应用范围和未来发展方向，以及束流位置读出系统的应用和展望。
EPICS系统架构
EPICS系统架构基于两个核心部分：IOC（Input/OutputController）以及EPICS软件工具。IOC是一个独立的实时系统，包含了所有的硬件状态和控制逻辑，并与其他EPICS系统进行通信。EPICS软件工具是一些用于管理和控制IOC的软件模块，例如：数据库工具、运行时工具等。
EPICS提供了一个灵活的工具箱，可以帮助用户构建各种各样的控制系统。EPICS系统可以分为多个不同的组件，每个组件都有不同的功能和任务。其中，最常见的组件包括：
1.IOC：将I/O设备与EPICS软件连接起来，并且提供实时数据采集和控制信号的输出。
2.数据库（Database）：存储与I/O设备相关的记录，例如设备名称、状态、值等。
3.单元处理器（RecordProcessor）：定义记录的行为，例如采集频率、采样时间等。
4.用户应用程序（UserApplication）：使用EPICS工具集来传递控制和监视信息。
5.配置工具（Configurationtool）：提供用户对系统进行配置的工具和界面。
EPICS系统基于分布式架构，这使得EPICS系统更加稳定和灵活。EPICS系统可以运行在多个操作系统上，例如：Linux、Windows、Mac等。
EPICS系统的关键技术
1.PV（ProcessVariable）：过程变量是一个表示物理量的设备或过程状态的软件实体。EPICS系统中的PV是一种存储在数据库中的变量，表示设备或过程状态的实时值和状态信息，例如温度、湿度、压力、电流等等。
2.CA（ChannelAccess）：CA是一种EPICS系统中用于连接不同IOC的协议，可以跨IOC和计算机进行实时数据传输和控制信号传递。通道访问提供了以客户/服务器方式访问PV的标准化接口，实现了不同平台、不同数据采集设备之间实时数据传输的无缝连接。
3.EPICSIOC的驱动程序（IOCdriver）：驱动程序是一个特定的软件模块，用于连接EPICS系统和物理设备。驱动程序的任务是采集数据，控制设备状态，以及实现与其他模块的通信。
4.ASYN（AsynchronousDriverSupportLibrary）：ASYN是EPICS系统的另一个重要组成部分，用于驱动不同类型的设备。ASYN提供了一些驱动程序，以支持串行口、以太网、USB、GPIB等设备的连接和控制。
EPICS束流位置读出系统的实现结果
EPICS束流位置读出系统包含了以下三个子系统：CTE（Capture&TimingEngine，采集和同步系统）、FIR（Filteringsystem，滤波系统）和AM（Analysis&Monitor，分析和监控系统）。
①采集和同步系统
CTE子系统的作用是采集和同步束流数据，包括横向位置信号、共振纵向信号和其他相关的信号。采集过程需要满足高精度、高速率和实时性的要求，因此需要使用高速数据采集卡和高速时钟同步方式。
CTE子系统主要由以下几个部分组成：
1.EpicsIOC驱动程序：负责连接、控制和配置数据采集卡。
2.高速数据采集卡：通过在堆栈中对模数转换器芯片的变换来完成特