重离子治癌加速器高速实时数据传输系统研制

分析了重离子治癌专用加速器对部分同步数据和过程数据的传输要求,提出并实现了一种高速率、可纠错、远距离的实时数据传输系统,以提高加速器同步和控制的效率和可靠性。系统优化了传统系统的硬件配置和布局。采用PXI、FPGA、SDRAM与远距离千兆光纤模块相结合的系统构架,替代了原数据传输过程中低速、近距离、抗干扰性不强的数据通路和处理器件。软件上,通过对两片FPGA的编程,在系统后端实现了PXI接口和DMA相结合的方式与加速器服务器进行数据交互;在系统前端实现了800 MHz载波100 MHz基带信号的实时、远程、高速串行帧传输。通过该数据传输系统,保证新加速器系统的同步事例、电源波形等实时数据在服务器和远端控制器之间的高效传输。     

重离子加速器同步定时触发系统的实现

同步定时触发系统是重离子同步加速器的控制核心,控制磁场电源对带电离子束进行同步加速,其对可靠性和定时精度要求高。在重离子治癌、材料辐照等领域的发展中,为了满足这些领域对重离子同步加速器小型化的需求,本文以NIOSII为核心处理器,结合FPGA上的可编程片上系统（SOPC）,实现了一种基于可编程硬件的同步定时触发系统。该系统可控制延时精度,且使用灵活、可靠,易升级,向小型化的同步加速器及重离子治癌等应用工程提供了切实可行的方案。     

时间数字转换模块读出接口设计

为解决时间数字转换TDC模块数据传输中遇到的连续性和可靠性问题,以用户数据包协议(UDP)作为通信协议,采用Cyclone III FPGA为控制芯片,针对重离子治癌项目中对时间间隔测量的要求,设计了基于FPGA的数据传输接口。测试结果表明:该系统能稳定地与主机进行通信,可用于Inbeam PET影像装置中飞行时间的测量。     

BELLEII实验高速数据接收板的设计

在高能物理实验中,随着加速器和探测器性能的提高,数据获取系统正面临着越来越大的海量数据实时可靠传输的挑战。BELLEII探测器是运行在SuperKEKB高亮度加速器上的新型探测器,其数据获取系统也面临这一难题。基于FPGA的高速数据接收模块(HSLB)作为数据获取系统的数据传输核心,采用RocketIO技术实现高速串行数据传输,满足速率3.125 Gbps的设计要求;与专用接口连接的CPLD作为控制芯片在线配置FPGA固件,提供快速硬件程序加载,高速链路共享,高速数据传输和慢控制命令传输的功能。论文详细描述了高速数据传输模块的硬件设计、在线配置FPGA的实现方案。经过测试,该模块成功实现设计目标,并已经按工程进度进行了小批量生产。     

HIRFL-CSR重离子治癌远程定位及监测系统设计

为满足兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）浅层和深层重离子治癌装置中对病人病灶位置信息的监测与远程控制的需求,基于FPGA技术构建嵌入式实时控制系统,以PCI总线为通信接口,选用凌华的PXI3800工业控制计算机为上位机,并采用逐点比较运动控制算法来实现定位控制,开发了相应的软件和可视化的监控界面,完成了加速器束运系统和治疗装置的集成。经现场测试,本系统运行稳定可靠,达到了设计要求。     

乳腺专用PET中数据传输系统的设计

介绍了一种基于FPGA的千兆位以太网数据传输系统的设计,大大提高了数据传输速度和可靠性,具有模块化程度高、使用简单等特点.它实现了超过950 Mbps的数据传输,已经成功应用在乳腺专用PET(Positron Emission Mammography,PEM)系统之中.     

HIRFL-CSR电源数字控制系统硬件平台设计

论述用于兰州重离子加速器冷却存储环(HIRFL-CSR)磁铁电源控制系统的数字控制系统硬件平台设计。该系统基于1mmBGA封装的ALTER corporation的cycloneⅢFPGA芯片,嵌入运行数字调节器软件算法,满足了针对具体被控对象参数要求的调节控制。用ARM(Advanced RISC Machines)作调节控制系统的核心处理器,完成系统的多线程任务处理;同时嵌入千兆光纤接口,实现外接DSP板处理数据的直接传输,提高了系统的实时性。该硬件平台实现了HIRFL-CSR电源系统的稳定、可靠和实时控制。     

一种用于重离子治癌的剂量控制器设计

剂量控制器是重离子治癌主动型束流扫描系统中的重要组成单元,通过它与位置控制器配合使用实现束流辐照位置 剂量联动,能控制束流按三维空间点分布逐点扫描,每个点的辐照剂量严格控制在处方剂量。本控制器采用FPGA技术,在ACEX1K50芯片上实现了剂量的控制及SDRAM控制。本文介绍了剂量控制器的控制原理和各模块的具体实现过程,对将要进一步展开的重离子治癌工程具有广阔的使用前景。     

重离子治癌电源调节器的嵌入式系统

为满足HITFiL重离子治癌装置中对扫描铁电源精确控制的需求,基于EDA技术构建了嵌入式实时控制系统,采用高级RISC微处理器(ARM)+现场可编程门阵列(FPGA)+DA/AD技术实现对磁铁电源系统数字调节器的设计。经现场测试,本套系统运行稳定可靠,达到了设计要求,为今后重离子治癌专用装置的建设应用提供了可靠的技术保障。     

Kicker磁铁电源控制系统设计

兰州重离子加速器冷却储存环包含多个注入和引出环节,其中较为关键的是CSRm的引出和CSRe的注入系统,其时间控制精度直接影响束流的注入引出效率。本文采用先进的ARM+FPGA技术实现对踢轨电源系统的精确控制,其时间控制精度达ns量级。ARM主要实现控制数据的下载与上传,踢轨系统的控制时序主要通过FPGA编程完成。远程时序控制信号均通过光纤传输,同时对踢轨电源的电压给定采用数字电位器技术实现,给定精度达0.1%。