An FPGA based 3.8 Tbps Data Sourcing and Emulator System - Ramalho, Lucas Arruda (2018)
A evolução dos Multi Gigabit Transceivers (MGT) nos Field Programmable Gate Arrays (FPGA) trouxeram oportunidades para o desenvolvimento de sistemas de aquisição e formatadores de dados em diversas áreas. As novas famílias de FPGAs são capazes de lidar com canais de transmissão com velocidade da ordem de Gbps que utilizam protocolos seriais de alta velocidade, podendo assim se tornar o futuro dos processadores downstream ou upstream. Os sistemas digitais criados para esse propósito, precisam ser confiáveis e síncronos entre dezenas de canais e placas. Como forma de permitir o teste de projetos com essa taxa massiva de bits, essa tese descreve o desenvolvimento do Data Sourcing System (DSS). Esse sistema deve ser capaz de testar qualquer application upstream ou downstream, permitir controle e acesso remoto aos sinais internos dos FPGAs, medir sincronismo e latência entre MGTs e avaliar integridade de links através de bit error rate (BER). Este trabalho faz parte de uma colaboração internacional liderada pelo Fermilab que propôs, com a contribuição do sistema descrito nesta tese, um sistema de trigger de nível 1 para o Compact Muon Solenoid (CMS) Outer Tracker. O dectetor CMS é um experimento vinculado ao European Organization for Nuclear Research (CERN). O DSS foi implementado sobre a placa Pulsar 2b, uma placa padrão Advanced Telecommunication Computing Architecture (ATCA), desenvolvida pelo Fermilab, que conta com um dispositivo FPGA para programação e costumização de aplicações. O setup de hardware utilizado foi construído sobre dois bastidores ATCA com 12 placas Pulsares 2b em cada. A taxa de dados máxima atingida foi de 3.84 Tbps entre os dois bastidores ATCAs. O DSS está operacional e foi utilizado para emular o fluxo de dados de saída do CMS Silicon Outer Tracker, e auxiliar na demonstração da proposta trigger de nível 1. Esta tese descreve essa demonstração como estudo de caso, que testa o formatador de dados do trigger (downstream) através do DSS e- mulando a saída de dados do detector. Nesse estudo de caso, tanto o DSS e o trigger proposto foram implementados utilizando o mesmo hardware ATCA e a Pulsar 2b. O foco do estudo de caso é descrever a comunicação entre o Data Sourcing shelf e o Pattern Recognition shelf. O DSS atendeu aos requisitos da demonstração provendo uma interface de usuário que permite aos desenvolvedores de trigger inserir sinais de controle e executar operações de leitura e escrita de forma remota nos FPGAs.