HEPHY und das CMS Level-1 Trigger-Projekt (die nächsten 12 Monate) HEPHY Statusberichte Vorstandssitzung Manfred Jeitler 28 Oktober 2009 HEPHY und das CMS Level-1 Trigger-Projekt (die nächsten 12 Monate)

HEPHY ist für wesentliche Teile des L1-Triggers verantwortlich! A.Taurok Calorimeter Trigger Muon Trigger HF HCAL ECAL RPC CSC DT fwd brl Local CSC Trigger Local DT Trigger Regional Calorimeter Trigger Pattern Comparator Trigger CSC Track Finder DT Track Finder Trigger Supervisor 40 MHz Pipeline, latency < 3.2 ms 4+4 m 4 m 4 m MIP+ Quiet bits Global Calorimeter Trigger Global Muon Trigger e, J, ET, HT, ETm, NJ Responsibility of Vienna 4 m (with MIP/ISO bits) Global Trigger HLT max. 100 kHz L1 Accept signals Central Trigger Control L1A, commands Status of CMS electronics

Data flow in Global Trigger Crate electron/gamma CALORIMETER triggers Jets + energies sync PSB PSB MIP+ Quiet bits Calo objects 4 muons MUON triggers GMT 16 muons logic GTL S-LINK GTFE DAQ decision FDL TIM 40 MHz clock Orbit signal LHC Global Trigger crate without cables L1A control TCS CMS TRIGGER & FRONTEND Electronics L1AOUT L1A 32 TTCci Trigger Signal to 32 Detector Partitions A.Taurok 3

Wo stehen wir? Hardware großteils seit längerem fertig und im Einsatz wir hätten ja schon vor einem Jahr Daten nehmen können - aber nicht so gut wie jetzt! einige Teile wurden erst kürzlich fertig Eta-Trackfinder-Module des Drift Tube Track Finders Phi-Trackfinder-Module zwar schon seit längerem vorhanden, aber viele schadhafte Module - dadurch können die letzten erst jetzt repariert werden was zeigte sich bei “Cosmic Runs”? Auffinden von Fehlern meist durch eigene Analyse, selten durch Beschwerden anderer Gruppen neue Anfragen anderer User konnten meist sehr rasch durch Firmware Updates befriedigt werden

Wie stehen wir da? Hephy-Triggersysteme stehen immer im Rampenlicht andere Systeme können bei einem Test-Run einfach “schwänzen” ohne Global Trigger / Global Muon Trigger läuft aber nichts! auch bei “play time” oder “sandbox” muss der Globale Trigger laufen auch bei Drift Tube Track Finder extrem hohe Verfügbarkeit wesentlich meiste “Cosmics”-Trigger kommen von den Drift Tubes, aber auch für Beschleunigerdaten extrem wichtig! geringe Ausfallsraten unserer Systeme heuer während einer Schicht Probleme wegen Bitfehler in Global Trigger Logic Karte auch mit Global Muon Trigger kaum für andere sichtbare Probleme etwas mehr Schwierigkeiten mit Drift Tube Track Finder schadhafte Module Modifikationen in Power Supplies führten zu Clock Jitter Firmware-Fehler bei Datenanalyse sichtbar geworden trotzdem bei fast allen “Global Runs” fast 100-prozentig verfügbar “Level-1 Trigger Readiness Review” letzte Woche Kollaboration mit unseren Systemen großteils zufrieden personelle Unterbesetzung bei Drift Tube Track Finder erregt jedoch große Besorgnis “János Erö darf nie auf Urlaub gehen”

Unser Service für CMS nicht nur, fehlerfrei Trigger zu liefern! Information über Triggerraten und Totzeiten leicht zugänglich zu machen Triggermenüs klar verständlich und leicht erstellbar / modifizierbar zu machen Philipp Wagner, Vasile Ghete Entwicklung von sehr komfortabler Software in den letzten zwei Jahren Christian Hartl Koordination des Triggers im Betrieb Ivan Mikulec

GTL logic board: trigger firmware creation Example ieg2wsc : TriggerMenu Editor  VHDL code Condition : Et threshold Phi range Eta range VHDL code 2 Lookup tables for 2 IsoEG Threshold= x"C"; msb=1 ...'ge' LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.ALL; USE work.types_pkg.ALL; USE work.muon_types_pkg.ALL; USE work.delta_types_pkg.ALL; PACKAGE def_val_pkg IS ... CONSTANT ieg_2_wsc_def_val : calo_maxnr_two_vector8_arr := ( 0 => ("10001100", "10001100"), OTHERS => ("00000000", "00000000") ); END def_val_pkg; VHDL code for f & h range ... CONSTANT ieg_phi_2_wsc : templ32_arr_2_wsc := ( 0 => X"000001FF_000001FF", -- Content of 2 LUTs for PHI OTHERS => X"00000000_00000000" ); CONSTANT ieg_eta_2_wsc : templ16_arr_2_wsc := ( 0 => X"0F0F_0F0F", -- Content of 2 LUTs for ETA OTHERS => X"0000_0000"

GTL logic board: trigger firmware creation Example ieg2wsc: TriggerMenu Editor  VHDL code Correlation : Df Dh between both electron/gamma showers VHDL code for differences in f & h CONSTANT ieg_delta_phi : delta_phi_arr := ( 0 => X"F000001F", -- Content of LUT for difference in PHI OTHERS => X"00000000" ); CONSTANT ieg_delta_eta : delta_eta_arr := ( 0 => X"8000000000000003", -- Content of LUT for difference in ETA OTHERS => X"0000000000000000" ... END ieg_setup;

Fehler können gut versteckt sein! nicht alle Fehler führen zu offensichtlichen Funktionsstörungen! Fehler können immer auftreten nach Abschaltperioden beim Austausch von Modulen manchmal nur Kontaktfehler, nicht immer offensichtlich! rascher Selbsttest sehr wichtig! wird von Thomas Themel und anderen entwickelt hat sich bereits sehr bewährt wird weiter ausgebaut

interconnection tests allow to spot errors example below: short circuit between two eta-bits of isolated electrons would be hard to find in data increasing confidence that there are no hidden errors in the system also show when boards are OK but just badly plugged in

Was bleibt zu tun? (Nächste 12 Monate) Elektronik betreiben und (neue) Fehler beheben trotz allem treten diese immer wieder auf - man kann sie nicht vermeiden, aber rasch korrigieren! (Karl Popper) Cern / Wien Ersatzmodule reparieren wichtig vor allem für DTTF Cern / Wien (für DTTF nur Cern) Firmware: erforderliche Erweiterung der Funktionalität (GMT) und Behebung aufgefundener Firmware-Bugs (DTTF) GT/GMT: Wien DTTF: Cern neue Elektronik bauen “optical PSB” (Pipelined Synchronized Buffer) für Verbindung vom Globalen Kalorimetertrigger zum Globalen Trigger neue TCS-Version (Trigger Control System): Nachbau, da zu wenige Exemplare verfügbar (nur 3 statt 4); außerdem diverse Verbesserungen

Was bleibt zu tun? (Nächste 12 Monate) Daten analysieren, auch mit besonderem Hinblick auf die Funktionalität der Triggersysteme GT/GMT: vorwiegend Cern DTTF: nur Madrid ?

Nicht vergessen: Upgrade ! Wenn wir nicht umgehend anfangen, ist es bald zu spät! deutliches Interesse anderer Gruppen (bzw. deren Leiter), uns den Globalen Trigger “abzunehmen” wenn nicht sehr bald Nachfolger für Toni Taurok kommt, gibt es nicht mehr genügend zeitlichen Überlapp für know-how-Transfer wenn nicht sehr bald Verstärkung für DTTF kommt, kann János Erö bestenfalls das System einigermaßen am Leben erhalten, aber sicher nicht an wesentlichen Upgrade-Projekten arbeiten unsere Elektronikgruppen verfügen über großes Potential es wäre schade, hier auszusteigen und nur mehr Analyse machen zu können!

Beispiel: Verwendung von DSPs für SLHC muss viel Funktionalität vom High-Level Trigger in den Level-1 Trigger transferiert werden zur Zeit Entwicklungsarbeit mit DSPs könnten z.B. so komplexe Objekte wie invariante Masse oder transverse Masse für alle bunch crossings berechnen ! theta = 2*arctan (exp(eta*(-1.))) M2 = 2*p(1)*p(2)*(1 - (sin theta(1) * cos phi(1) * sin theta(2) * cos phi(2) + sin theta(1) * sin phi(1) * sin theta(2) * sin phi(2) + cos theta(1) * cos theta(2) ) ) Barbara Neuherz und Toni Taurok Neuherz am Hephy bis Ende November

Wohin gehen wir? schöne Erfolge und dementsprechendes Ansehen in der Kollaboration könnten in einem Bereich größere Probleme bekommen, wenn sich Personalsituation nicht ändert Drift Tube Track Finder (DTTF) weitere Zukunft (aber richtungweisende Schritte in den nächsten 12 Monaten!): Variante 1: nicht mehr in Hardware/Firmware-Entwicklung investieren, nur mehr Analyse forcieren ? Variante 2: unsere Stellung weiter festigen (zum Besten von Hephy und CMS) - aber dies erfordert Einsatz !

BACKUP

optical PSB being developed to improve performance over “Infiniband” links hardware exists, firmware still under development connection tests with GCT end to be done will be needed for GCT-->GMT connection (MIP and ISO bits) will not be used for 2009/2010 run no problem: existing PSBs work fine

hardware readiness for all boards, at least 4 copies exist during data taking: 3 at CERN, 1 in Vienna a few “third copies” still being fixed in Vienna for TCS: 4th copy newly built, still being finalized in Vienna fully equipped test / spare crate in USC55 only ongoing hardware development work: optical PSB for later - consider this “0th upgrade”

firmware readiness only firmware upgrade project --> GMT all “real GT” boards equipped with LHC turn-on firmware several firmware upgrades during summer of 2009 minor bug fixes user requests for calibration cycle 5-BX readout for FDL board success rate during 2009: ~70 percent other 30 percent: bugs fixed within ~ 1 week GTL board: algorithm logic: frequent changes possible to switch to other menu 15 minutes needed to load into PROMs direct loading into FPGAs: < 1 minute firmware storage on /nfshome0 on afs in Vienna

GT manpower at Cern: 3 people to back up each other Christian Hartl, Ivan Mikulec, Manfred Jeitler in Vienna: 6 engineers (hardware and software) group led by Anton Taurok

first beams check/establish synchronization / phase for LVDS inputs Technical Triggers and External Conditions need a few minutes per signal GT states will not need to change for injection/ramping/physics/downtime playtime schedule fine with us GT does not play a lot mostly at your service also during playtime

Example ieg2wsc and MET : Algorithm Logic scheme GTL logic board Example ieg2wsc and MET : Algorithm Logic scheme 23

Global Trigger crate Central Trigger Control Global Trigger Global Muon Trigger

Elektronik1 Arbeitsplan 2010 Mitarbeiter: B. Arnold, H Elektronik1 Arbeitsplan 2010 Mitarbeiter: B. Arnold, H. Bergauer(80%), M.Eichberger, M.Padrta (?), T. Schreiner(50%), A.Taurok (bis max. Nov 2010 ), N.N (soll A.Taurok ersetzen)

Elektronik1 Arbeitsplan 2010 Dieser Arbeitsplan ist nur dann realistisch wenn ab Jahresbeginn ein neuer graduierter Mitarbeiter die Gruppe verstärkt und schrittweise die Projektverantwortung von A.Taurok übernimmt. Global Trigger (GT, GMT, TCS) – Wartung: Software 1-5/2010 TestCell : Weiterentwicklung um die Fehlerabdeckung zu erhöhen  Ziel gegen 100% Implementierung flexibler Testmöglichkeiten(Scripts…) um bei Problemen nicht vorhersehbare Testanforderungen schnell zu realisieren. Firmware 1-12/2010 Anpassung an neue Anforderungen durch den Messbetrieb Verbesserung etwaiger Fehler Hardware 1-3/2010 Inbetriebnahme der TCS_V2 Platinen 1-3/2010 Inbetriebnahme der PSB_opt Platinen 1-12/2010 Reparatur & Wartung von Platinen

Elektronik1 Arbeitsplan 2010 Dieser Arbeitsplan ist nur dann realistisch wenn ab Jahresbeginn ein neuer graduierter Mitarbeiter die Gruppe verstärkt und schrittweise die Projektverantwortung von A.Taurok übernimmt. Global Trigger Upgrade: Software 3-8/2010 Inbetriebnahme einer MTCA Steuerungs Platine (Linux, PCIe, Ethernet…) Kontrollfunktionen für MTCA Crate 6-8/2010 Erstes Testprogramm zur Ansteuerung einer Prototypplatine Firmware1: Prototypplatine 1-6/2010 Serielles Interface, PCIe/Ethernet Schnittstelle Monitoring/Simulation Memory etc. Hardware 1-6/2010 Entwicklung einer Prototypplatine (Schaltplan, Layout, Bestückung) Inbetriebnahme Firmware2: 6-12/2010 Implementierung von Trigger Algorithmen mit DSPs in FPGA Matlab, Xilinx ISE with DSP package Integration mit derzeitigen ‘standard’ Algorithmen