Das Atlas-Experiment am Cern
300 CAN-Netzwerke kontrollieren Teilchenbeschleuniger
Im Atlas-Experiment, einem der vier Experimente am Large Hadron Collider (LHC) im Kernforschungszentrum Cern, finden subatomare Zusammenstöße statt. Die von den zahllosen Detektoren aufgenommenen Daten werden über speziell an diese Anwendung angepasste CAN-Schnittstellenkarten aufgenommen, um sie anschließend an mehrere hundert Computer zu übertragen.
Beim Large Hadron Collider handelt es sich um einen ringförmigen Teilchenbeschleuniger mit einem Umfang von 26,659 Kilometern. Mit ihm lassen sich Ereignisse simulieren, die direkt nach dem Urknall auftraten. Die Wissenschaftler am Kernforschungszentrum Cern hoffen, mit ihren unterschiedlichen Experimenten – darunter das Atlas-Experiment – diverse physikalische Phänomene erklären zu können. Dazu gehört auch die Suche nach den Higgs-Teilchen. Das nach dem britischen Physiker Peter Higgs benannte Teilchen ist das einzige Elementarteilchen im Standardmodell der Elementarteilchenphysik, das bisher experimentell nicht nachgewiesen werden konnte.
Alle am LHC installierten Computer sind mit bis zu drei PCI-Karten ausgestattet, die insgesamt über 5000 CAN-Knoten in 300 CAN-Netzwerken steuern. Die CAN-Knoten wurden von Mitarbeitern des Atlas-Projekts in Zusammenarbeit mit Ingenieuren des NIKHEF (Nationales Institut für Kernphysik und Hochenergiephysik) in Amsterdam und dem Kernphysik-Institut in St. Petersburg entwickelt. Dr. Helfried Burckhart, Leiter des Atlas-Detektoren-Steuerungssystem (DCS), erklärt: „Das DCS muss 200 000 sich langsam verändernde Parameter überwachen – zum Beispiel Spannung, Strom, Temperatur und Druck. Außerdem messen wir Betriebskenngrößen, die von komplexen Geräten geliefert werden.“ Deshalb erfassen die E/A-Module des so genannten Embedded-Local-Monitoring-Boards (ELMBs) digitale und analoge Signale. Für die analogen Eingänge wird ein gemultiplexter 64-Kanal-A/D-Konverter verwendet. Außerdem sind digitale Ausgänge vorhanden. Jedes ELMB ist mit einem der vier herausgeführten CAN-Anschlüsse verbunden, wobei CANopen als höheres Kommunikationsprotokoll zum Einsatz kommt.
Aus der Sicht der Datenerfassung war die Wahl von CAN für Dr. Burckhart eine selbstverständliche Entscheidung: „CAN ist robust, für industrielle Anwendungen geeignet – einschließlich der CAN-Chips –, ist kostengünstig, und stellt die erforderlichen Funktionen zur Verfügung.“ Die verwendeten CAN/PCI-Karten stammen vom schwedischen Anbieter Kvaser und wurden speziell an die Anforderungen der ELMBs angepasst. Auf die Frage, warum diese Interface-Boards gewählt wurden, antwortete Dr. Burckhart: „Die Baugröße der Platinen stimmte mit unseren Anforderungen weitgehend überein. Doch unseren Vorschlägen folgend, entwickelten die Schweden eine neue Version ihrer Karten, welche exakt unseren Bedingungen entsprachen. Ein zusätzlicher Pluspunkt war, dass die CAN-Schnittstellen als USB- und als PC-Card-Module zur Verfügung standen, welche die gleiche Anwendungssoftware unterstützen."
Neben den physikalischen Anforderungen war es bei der Auswahl der CAN-Karten von Bedeutung, dass jede Schnittstelle über einen eigenen Zwischenspeicher verfügt sowie sich unabhängig ansteuern lässt. So lässt sich jede CAN-Schnittstelle rückwirkungsfrei zurücksetzen. Außerdem war es wichtig, dass sowohl Windows 2000 und Windows XP sowie Linux mit Treiberprogrammen unterstützt werden. Zusätzlich war ein einfaches, intuitives Anwendungsprogrammierer-Interface (API) erforderlich. Die zugrunde liegende PC-Karten-Familie entspricht der PCI-Spezifikation Version 2.3 und unterstützt 11-Bit- sowie 29-Bit-CAN-Identifiers.










