Open Access

Johannes Lehrbach

• Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf und der Implementierung der Auslesefirmware für den GET4 Chip im Rahmen des CBM (Compressed Baryonic Matter) Experiments. Physikalische Experimente mit Teilchenbeschleunigern, wie das geplante CBM Experiment, erzeugen große Mengen an Sensordaten, die aufbereitet, gespeichert und ausgewertet werden müssen. Der GET4 Chip ist ein möglicher TDC (Time to Digital Converter) Chip mit 4 Kanälen für den TOF (Time of Flight) Detektor des CBM Experiments. Der GET4 Chip erzeugt einen Zeitstempel für die Treffer der TOF RPC (Resistive Plate Chambers) Sensoren. Die Auslese der GET4 Daten wird von einem ROC (Readout Controller Board) übernommen, das mit einem FPGA (Field Programmable Gate Array) ausgestattet ist. Das ROC Board lässt sich über die ROC Firmware für verschiedene Einsatzzwecke flexibel konfigurieren, so dass damit auch andere Frontend Elektronik, wie z.B. der n-XYTER Chip, ausgelesen werden kann. Während dieser Diplomarbeit wurde das SysCore2 mit einem Virtex-4 FX20 als ROC verwendet. Inzwischen ist das SysCore3 verfügbar, das einen deutlich leistungsfähigeren FPGA besitzt. Die bisher verfügbare Firmware für den GET4 war für den Betrieb im 24 Bit Modus konzipiert. Der bevorzugte Auslesemodus für den GET4 ist der 32 Bit Modus, da der 24 Bit Modus einige Beschränkungen aufweist und die volle Funktionalität des GET4s nur im 32 Bit Modus zur Verfügung steht. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde die vorhandene 24 Bit Firmware für den 32 Bit Modus erweitert, so dass der zweite Datenkanal des GET4s, sowie der DDR (Double Data Rate) Modus für die Datenübertragung zur Verfügung steht. Neben der Erhöhung der Datenübertragungsraten stand die mögliche Skalierbarkeit der Firmware für die Auslese möglichst vieler GET4 Chips im Fokus. Dazu musste die Firmware umgestaltet werden, um die begrenzten BRAM Ressourcen des FPGAs nicht unnötig zu belegen. Eine weitere wichtige Neuerung der 32 Bit Firmware ist die automatische Synchronisation der Epochen zwischen ROC und GET4. Dazu werden die Epochennachrichten der GET4s mit der Epoche des ROCs verglichen und bei Bedarf Synchronisationsnachrichten mit der korrekten Epoche an die GET4s gesendet.