EPICS控制系统接口技术研究

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1、中国科学技术大学博士学位论文EPICS控制系统接口技术研究姓名：沈国保申请学位级别：博士专业：粒子物理与原子核物理指导教师：刘松强2003.5.1摘要摘要近年来世界各国新建的大型实验物理装置(加速器，同步辐射装置和天文望远镜等)的控制系统中，在EPICS(ExperimentalPhysicsandIndustrialControlSystem)软件框架下开发的系统r0据了重要地位。EPICS专用软件：E具集不仅简化了控制系统的开发过程，它所提供的完善的功能(分布式过程控制，动态数据库，档案记录，报警处理等)也提高了这些

2、实验装置运行的稳定性和可靠性。现代大型实验物理装置的控制系统除了用丁．监控和运行装置中各种设备之外，还运行着各种高层应用软件，用于装置的运行分析和系统仿真等。这些高层应用软件对于提升系统性能、验证和改进相关的物理理论以及简化设计过程起着越来越重要的作用。随着对软件的可移植性、互操作性和可重用性的要求越来越高，新一代的控制系统要求能够把在某个装置上开发的各种高层应用软件容易地移植到其它的装置上去。这就要求采用中间件(Middleware)将高层应用软件与EPICS控制系统接口。世界上各个大型实验室已开发了若干专用的中间件接

3、口技术(例如CDEV，SDDS等)，但是它们由于通用性和易用性存在的问题而不被普遍采用。近年来，对通用软件总线CORBA(CommonObjectRequestBrokerArchitecture)中间件技术的研究正在世界各大型实验室展开，本论文的核心工作就是对CORBA与EPICS的接口技术的研究。本论文讨论和分析了EPICS的基本体系结构及特征，并利用面向对象(ObjectOriented，OO)的方法分析了控制系统的开发框架。在此基础上，作者选择了高层物理应用以及底层设备接口等2种接口作为研究对象，深入研究了EPI

4、CS系统的接口技术。论文的研究内容包括以下部分。第1章以加速器控制系统的发展为主线，调研和讨论了在加速器控制系统中出现的各种新技术以及加速器控制系统的发展方向。第2章对控制系统进行了的分类，研究了加速器中的主要设备(例如磁铁电源、真空以及高频等)的设备级控制技术，最后对EPICS软件环境的各个部分作了详细的介绍，并从]=程的角度分析了建立EPICS实例的步骤，对EPICS接口重点及难点作了分析。第3章根据中间件在系统中所起的作用和实现的机制不同，对中间件作了分类，并比较了加速器控制系统的几个专用中间件。分析了对象管理体系

5、结构、CORBA组件、ORB结构以及CORBA所提供的命名服务、事件服务和生命周期服务等机制，最后对CORBA的性能进行了分析并结合瑞士光源利用CORBA接口开发的高层物理应用展望了CORBA技术在加i中国科技大学博士学位论文EPICS控制系统接口技术研究沈国保2003年5月速器中应用前景。第4章是本论文的核心研究内容，加速器控制系统的CORBA接口的设计与实现。对CORBA接口的系统结构进行了分析，建立了其系统组件模型，确立了系统开发任务，并利用CORBA的一种产品ORBacus，采用Java语言设计和实现了CORBA

6、的Get、Set以及Monitor等接口。第5章是在EPICS软件环境下设各级控制的接口分析、设计和实现。首先分析了VxWorks设备驱动器设计的方法和设备的物理应用背景，在此基础上实现了两类具有代表性的设备控制器的接口。开展“EPICS控制系统接口技术研究”的研究，是大型加速器工程建设的迫切需求，对r提高对加速器控制系统的开发能力和应用水平，促进加速器控制领域的国际交流，具有重要的意义。AbstractInrecentyears，thecontrolsystemsdevelopedunderEPICS饵xperimen

7、talPhysicsandIndustrialControlSystem)softwareframeworkbecomeamainstreaminthenewlyconstructedlargescientificfacilitiessuchasparticleaccelerators，astronomicaltelescopesandotherlargescientificexperimentfacilities．EPICSisasoftwaretoolkitforbuildingprocesscontrolsyste

8、msforawidevarietyofapplications，bothexperimentalandindustrial．Thesoftwaretoolsinthiskitprovidesindependentandexpandablemodulesforsystemconfiguration，distribute