Ανάπτυξη Υλικολογισμικού με Χρήση Συστοιχίας Επιτόπια Προγραμματιζόμενων πυλών (FPGA) για την Αναβάθμιση του Ανιχνευτή Ψηφίδων (Pixel) του Πειράματος CMS στο CERN

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία στοχεύει στη συνεισφορά στο σύστημα IT‑μDTC (Inner Tracker μDTC ‑ micro Data, Trigger and Control) του CMS (CompactMuon Solenoid), το οποίο αποτελεί βασικό εργαλείο για την αναβάθμιση του Inner Tracker στο πείραμα CMS στο εργαστήριο CERN (European Council for Nuclear Research ή Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire). Αρχικά, η εργασία επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη testbenches για τη δοκιμή και την επαλήθευση της λειτουργικότητας κρίσιμων μονάδων του συστήματος. Συγκεκριμένα, αναπτύχθηκαν testbenches για τα μπλοκ Slow και Fast Commands, καθώς και για τον Command Controller, παρέχοντας λεπτομερή ανάλυση της λειτουργίας και του συγχρονισμού αυτών των μονάδων. Στο επόμενο στάδιο, υλοποιήθηκε ένα μπλοκ υπολογισμού CRC‑32 MPEG‑2, σχεδιασμένο να λειτουργεί σε πραγματικό χρόνο για την επαλήθευση της ακεραιότητας των δεδομένων που λαμβάνονται από το chip RD53B. Η τελική αρχιτεκτονική του βασίστηκε στο συνδυασμό συνδυαστικής λογικής και σειριακών διαδικασιών, εξασφαλίζοντας υψηλή απόδοση και ακρίβεια. Η ενσωμάτωση του μπλοκ αυτού στο υπάρχον firmware πραγματοποιήθηκε με ελάχιστες αλλαγές στην υπάρχουσα δομή. Η εργασία ολοκληρώθηκε με την προετοιμασία για το επόμενο στάδιο του συστήματος, το DTC (Data, Trigger, and Control), το οποίο αποτελεί την εξέλιξη του IT‑μDTC και το τελικό στάδιο ενσωμάτωσης στο πείραμα CMS. Η κατανόηση και οι βελτιώσεις που πραγματοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια αυτής της εργασίας συνεισφέρουν στη βελτιστοποίηση του συστήματος και στη μελλοντική του χρήση στο πείραμα CMS.