sistema di controllo della sorgente ecr

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Stefania Canella 1 Corso Acceleratori LNL Legnaro, 7-10 Gennaio 2003 Sistema di controllo della sorgente ECR Stefania Canella INFN Laboratori Nazionali di Legnaro

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Stefania Canella

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Corso Acceleratori LNL Legnaro, 7-10 Gennaio 2003

Sistema di controllo della sorgente ECR

Stefania Canella

INFN Laboratori Nazionali di Legnaro

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Corso Acceleratori LNL Legnaro, 7-10 Gennaio 2003

Generalita' sul controllo remoto per l'ECR dei LNLCollocazione storica, parole chiaveHardware (topologia della rete, dispositivi, computers)Software (ambienti operativi, linguaggi, programmi)Stato attuale e sviluppi futuri

CaratteristicheDifferenze rispetto al controllo di ALPIIl sinottico e le pagine secondarieParti fisse, parti configurabili, parti variabiliPrestazioni, portabilita' e mantenibilita'Documentazione e strumenti accessori

Riepilogo

Argomenti Trattati

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Corso Acceleratori LNL Legnaro, 7-10 Gennaio 2003

Collocazione storica: 1

• Il sistema di controllo remoto per la sorgente ECR e' storicamente posteriore alla realizzazione di analoghi sistemi realizzati nei LNL per ALPI (magneti, diagnostica, RF), percio' risente e beneficia delle esperienze acquisite in tale campo, nel periodo 1990-1995, dalle persone del gruppo di Controllo Acceleratori (ora SCAAS).

• La costruzione del sistema inizia nel marzo del 1996, con una prima analisi del numero e del tipo di segnali di ingresso e uscita dal campo (ECR e dispositivi ancillari). Emerge che vi sono segnali digitali e analogici e linee seriali in piattaforma (a 400 KV) e a potenziale di terra (segnali e strumenti connnessi via linea seriale sul grigliato del vano ALPI).

• Nel marzo del 1996 viene deciso, per omogeneita' con il controllo di ALPI, di usare due sistemi modulari basati su VME per i segnali di ingresso uscita digitali e analogici, uno in piattaforma e uno sul grigliato e 2 terminal server (TS DS700) per la strumentazione e i controller su seriale in piattaforma.

• Sempre nel 1996 viene decisa la topologia della rete per collegare i diversi elementi del sistema, con uno spezzone di fibra ottica per la connessione tra la sezione in piattaforma ad alta tensione e la parte a potenziale di terra. Viene inoltre scelto di riutilizzare, per quanto possibile, i moduli di controllo preparati per ALPI, non solo per quanto riguarda l'hardware, ma anche per il software.

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Collocazione storica: 2

• Nei perodi marzo-ottobre 1996 e febbraio-luglio 1997 si hanno la stesura delle specifiche esecutive, l'installazione della rete e del sistema VME in piattaforma, la realizzazione del software prototipo e infine la realizzazione di circa l'80% del codice di controllo previsto in specifica, con l'importante contributo del Sig. G. Abrioni, che ha lavorato al progetto per due trimestri. A fine '97 sono usabili il sinottico, le pagine di controllo per solenoidi, dipolo e steerer, per TPG, step motor controller e ingressi analogici dalla scheda di ADC 560 sul sistema VME in piattaforma. Il sistema e' funzionante e usabile sia in remoto che in locale, da una piccola workstation Alpha sulla piattaforma.

• Nel dicembre del 1997 viene convocata la prima riunione per pianificare il commissioning della LEBT PIAVE.

• Nel 1998, con un ultimo trimestre di lavoro del Sig. Abrioni viene completata, come da specifica, la parte di interfaccia grafica del controllo remoto per l'ECR e gran parte dei moduli di interfaccia verso strumenti e controller installati e funzionanti.

• Un collaudo globale e di lunga durata non viene pero' mai attuato.

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Collocazione storica: evoluzione dal 1998 al 2002

• Nel 2000 per ricorrenti problemi di funzionamento, i due Terminal Server installati sulla piattaforma vengono sostituiti con un PC industriale Linux RedHat 6.2 (lunaluna--blublu) per la gestione delle connessioni seriali (32 porte su due schede aggiuntive); in agosto vengono anche riconfigurate anche alcune pagine grafiche e il modulo di gestione rete per l'introduzione di due nuovi alimentatori di alta tensione (FUG); viene decisa la predisposizione di una workstation Alpha True64 (lunaluna--giallagialla) per la sala controllo (Console)

• Nel 2001si ha la rivisitazione dei programmi per la comunicazione con i dispositivi ECR connessi alle linee seriali (gestione dei time-out e della riconnessione specializzata per l'ambiente Linux RedHat).

• Nel 2002 vengono attuate piccole variazioni su stringhe di comando e range di valori usabili; viene ristrutturata la parte di programmazione e attuazione delle rampe sul dipolo PSD

• Ancora nel 2002 viene progettato e implementato in Java (separatamente dal precedente package) il controllo per Glasman e tripletto elettrostatico (A. Battistella)

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Parole chiave per il controllo remoto ECR

Il controllo remoto per l'ECR dei LNL e' prevalentemente in stile ALPI:

Lo scambio di dati e comandi avviene tramite la rete standard - ethernetMolti dispositivi sono connessi a computer locali via seriale - RS 232Ingressi e uscite digitali e analogici locali sono gestiti da sistemi basati su VMELa supervisione avviene da computer grafici (graphic user interface) - GUII protocolli di comunicazione su rete su cui si basano i processi di scambio dati e comandi sono TCP/IP (canale dedicato) e UDP/IP (scambio a pacchetti)La gestione dei dispositivi su seriale e' attuata da processi server UnixLa gestione di I/O su sistemi VME e' in carico a task VxWorks (possono essere predisposte per un funzionamento real-time)I programmi GUI sono basati su X11 e Xaw in ambiente UNIX

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Hardware (Topologia della rete - 1)

Quel ramo del lago di Como, che volge a mezzogiorno, ... ("I Promessi Sposi'"di A. Manzoni)La ReteIl ramo di rete per l'ECR fa' parte della sottorete di Piave (nella rete di ALPI), ed e' un convenzionale spezzone di ethernet thin-wire a 10 Mbit/s che comprende un segmento su fibra ottica per superare i 400 kV di tensione fra terra e la piattaforma della sorgente. Sulla piattaforma, la rete locale torna ad essere realizzata con cavo coassiale thin-wire. Alla base della piattaforma e sulla piattaforma 2 elementi con porte a fibra ottica e coassiale realizzano le necessarie conversioni di segnale da elettrico a luminoso e viceversa.

Si riportano qui di seguito delle mappe semplificate che illustrano la topologia della rete per il controllo di ALPI-PIAVE-ECR e per l'ECR.

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10/100 BASE TSWITCH

PC PCCONSOL

ERF

80 M

CONSOLE

MAGNETI

CONSOLE

IMPULS.

CONSOLE

DIAG.

10 BASE 2/10 BASE T

10 BASE 2/10 BASE T

VME MISEMITT.

VMEDIAG

VMERF

TERM.SERVERPIAVE1

ECR

BASE 2/F.O.

VMEDELTA2

VMEDELTA6

VMEDIAG2

VMEDELTA7

VMEDELTA3

VMEDELTA5

VMEDIAG3

VMEDELTA10

TERM.SERVER

TERM.SERVER

CONSOLE1

10 BASE 2/10 BASE T

10 BASE 2/10 BASE T

VMEDIAG1

CONSOLE2

TERM.SERVER

VMEDIAG4

TERM.SERVER

TERM.SERVER

CONSOLE

RF 160 Mhz

10 BASE THUB

Hardware (Topologia della rete - mappa generale)

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9Delta9

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Hardware (Topologia della rete - 2)Mappa semplificata della rete per il controllo della sola sorgente

ECR.

linux Pc (local console)

VME system

optical break optical break

ECR platform380 Kv

16 + 16serialports

terminalserver HP3497A

ground voltageconsole

Updated hardware configurationof the ECR control system

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Hardware (i dispositivi - 1)

Tuttigusti + 1 - Con quelle devi fare attenzione - lo ammoni' Ron - Tuttigusti vuol dire proprio tutti i gusti ... - (da "Harry Potter e la pietra filosofale", J.K. Rowling)I DispositiviIl sistema di controllo per l'ECR e' caratterizzato da una grande varieta' di dispositivi: numericamente sono in quantita' inferiore a quelli presenti nei sistemi di diagnostica, magneti ed RF per ALPI, ma la diversita' di tipologia e' assai piu' alta.Sulla piattaforma a 400 kV sono attualmente presenti e connessi via seriale RS232: 3 alimentatori Danfysik, 4 alimentatori ad alta tensione Heinzinger di 2 tipi diversi, 2 alimentatori ad alta tensione FUG, 1 controller steerer LNL, 2 TPG Balzers, 1 Teslametro Group3, 1 controller motori LNL, 4 controller per pompe turbomolecolari Balzers e 1 controller del klystron. Alla base della piattaforma il coltroller Glasman per la tensione di piattaforma e quello per il tripletto elettrostatico sono gestiti via sistema HP 34970A su seriale.Qui di seguito si riporta la lista dei dispositivi in piattaforma, associati alle porte seriali di lunaluna--blublu a cui sono collegati. Attualmente il sistema HP 34970A e' collegato a un Terminal Server sul grigliato a potenziale di terra, le cui porte sono configurate sulla piccola workstation Alpha gollum ora (provvisoriamente) in zona bassa energia di ALPI.

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Hardware (i dispositivi - 2)

Tabella dei nomi logici e fisici delle porte e dispositivi ad esse connessi/dev/ttyQ1a1...............luna-blu-1 Vp Heinz OLD (hvt_server 6300)/dev/ttyQ1a2...............luna-blu-2 Vs Heinz OLD (hvt_server 6500)/dev/ttyQ1a3...............luna-blu-3 ncvp Heinz OLD (hvt_server 6400)/dev/ttyQ1a4...............luna-blu-4 ein1 Heinz PNC NEW (sou_server 6200)/dev/ttyQ1a5...............luna-blu-5 RESERVED/dev/ttyQ1a6...............luna-blu-6 TPG2 (sorgente) (tpg_server 4400/dev/ttyQ1a7...............luna-blu-7 ein2 HV VERY NEW 1 (nss_server 6700)/dev/ttyQ1a8...............luna-blu-8 ein3 HV VERY NEW 2 (nss_server 6800)/dev/ttyQ1a9...............luna-blu-9 PS1 (ma_server 3000)/dev/ttyQ1a10.............luna-blu-10 PS2 (ma_server 3001)/dev/ttyQ1a11.............luna-blu-11 PSD (ma_server 3002)/dev/ttyQ1a12.............luna-blu-12 steerer (ste_server 3200)... .../dev/ttyQ2a6...............luna-blu-22 TPG1 (estrattore) (tpg_server 4401)/dev/ttyQ2a7...............luna-blu-23 klystron old A (kly_server 6100)/dev/ttyQ2a8...............luna-blu-24 klystron old B/dev/ttyQ2a9...............luna-blu-25 Turbo 009 (turbo_server 4500/dev/ttyQ2a10.............luna-blu-26 Turbo 010 (turbo_server 4600)/dev/ttyQ2a11.............luna-blu-27 Turbo 011 (turbo_server 4700)/dev/ttyQ2a12.............luna-blu-28 Turbo 012 (turbo_server 4800)/dev/ttyQ2a13.............luna-blu-29 step motor (mot_server 2200)/dev/ttyQ2a14.............luna-blu-30 teslametro (tes_server 5000)/dev/ttyQ2a15.............luna-blu-31 TWTFig. 2 - tabella aggionata per le porte di luna-blu

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Hardware (i computers - 1)

... ma serve davvero, tutta questa roba? Ma come fu scritta la Divina Commedia, come sopravvisse l'impero Cinese, come furono costruite le Piramidi senza il Pentium IV? (V. Zucconi)I ComputersNel sistema di controllo per l'ECR ci sono due computer il cui buon funzionamento e' assolutamente indispensabile: delta9 e lunaluna--blublu. Un terzo computer e' quello da usare per la console remota ed e' meno vincolante, in linea di massima sara' la workstation dedicata lunaluna--giallagialla, ma puo' essere un qualunque altro computer unix-X11, verso il quale re-dirigere l'uscita del programma grafico di controllo; ovviamente una qualunque linux-box moderna puo' andare bene.

Perche' delta9 e luna-blu sono invece indispensabili?

Perche' ad essi e' connessa la periferia, ovvero i dispositivi di controllo della sorgente (I/O digitale e analogico su delta9, strumenti e controller connessi in seriale su lunaluna--blublu), e dunque tali due computer sono irrinunciabili.

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Hardware (i computers - 2 )

delta9Il sistema VME per l'I/O digitale (bits) e analogico (ADCs) sulla piattaforma a 380 kV

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Hardware (i computers - 3 )

P.S.E' attualmente allo studio la possibilita' di eliminare il sistema delta9 in piattaforma sostituendolo con una o piu' schede di I/O digitale e analogiche nel PC industriale lunaluna--blublu..

ECR platformlocal computer

Linux Red Hat 6.2 - lunaluna--blublu16+16 RS 232 ports

ECR controlremote computer

Compaq Unix TRUE 64lunaluna--giallagialla(but ... also a linux box ...,if necessary)

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Software (sistemi operativi, linguaggi, programmi)

SoftwareCon questo termine si indica qui la triade sistemi operativi, linguaggi, programmi.

Per il controllo della sorgente ECR i sistemi operativi usati sono 3:• VxWorks (real-time) sul sistema VME delta9 (come per diagnostica ed RF di ALPI),• Linux Red Hat 6.2 sul PC industriale lunaluna--blublu con le 2 schede di 16+16 porte seriali RS232,• Unix True64 su lunaluna--giallagialla, la workstation Compaq da usare come console remota.I linguaggi e le librerie usate sono • il C-language,• la grafica X11-Xaw (come per RF e magneti di ALPI).Come per ALPI i programmi che compongono il software di controllo sono di 3 tipi:• Una applicazione grafica (X11 e Xaw) o MMI, Man Machine Interface (sinottico e sottopagine),• un programma di gestione delle comunicazioni su rete (netm, network manager),• I programmi server di gestione della periferia.

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Software (processi e task)

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Stato attuale e sviluppi futuri

Stato attuale:• Hardware (rete, dispositivi, computers) funzionante in modo soddisfacente (resta da rivisitare il controller del klystron).• Software funzionante sebbene non sufficientemente verificato, (restano da rivisitare la comunicazione su seriale con controller turbo, motori e klystron).• Sono da implementare: algoritmi di filtro per i segnali analogici verso gli ADCs, la gestione degli stati e dei comandi digitali (bit di I/O), le automazioni, ove possibile.

Sviluppi futuri:• Collaudo sistematico generale• Collaudo della gestione Glasman e tripletto• Rivisitazione in Java-Corba della GUI e della comunicazione verso tutti i dispositivi (Tango? By ESRF)

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Differenze rispetto al controllo di ALPI

Hardware• Per un verso la configurazione hardware del controllo ECR e' piu' semplice di Diagnostica o RF di ALPI: i computer locali sono solo 2 (delta9 e lunaluna--blublu), la rete consta solo di un ramo, i dispositivi da controllare sono, complessivamente, meno di 30;• Per altro verso la situazione e' invece piu' complessa: per la topologia della rete (si hanno, in piu' rispetto ad ALPI, le due transizioni da coassiale a fibra ottica e viceversa) e per la piu ampia varieta' di dispositivi presenti.

Software• La struttura del software per il controllo ECR e' sostanzialmente simile (in questa fase) a quella predisposta per ALPI (GUI + net managers + servers), ma, dal punto di vista operatore, sia il sinottico che le pagine secondarie presentano molte zone non ancora usabili e che quindi confondono piu' che aiutare le operazioni.• Si e' cercato di mantenere, per quanto possibile, omogeneo al controllo di ALPI la parte di gestione dei dispositivi comuni (controller Danfisyk, steerer, motori), per gli altri si e' cercato di utilizzare almeno una strategia comune di gestione.

• Nota in margine al software: la rivisitazione in Java-Corba della GUI e della comunicazione potrebbe consentire, se necessario, una ampia riprogrammazione dell'interfaccia operatore.

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Il sinottico e le pagine secondarie

La sezione GUI (Graphic User Interface) si compone di un menu' iniziale (presente per ragioni storiche), di una pagina (finestra) di sinottico e di un certo numero di pagine (finestre) secondarieSi riporta qui di seguito, una tipica schermata con il sinottico attivo.Vi si puo' osservare:• un riquadro generale di controllo (in alto) con pulsanti semplici (print, exit, resetmot) e pulsanti a due stati (save, load, help, display, auto); si tenga presente che non tutte queste funzioni generali sono ancora state messe a punto;• dieci riquadri schematici riassuntivi che danno lo stato generale dei dispositivi principali e consentono alcuni comandi su di essi, sono disposti in due file di 5 elementi e sono, nell'ordine, associati a : i 3 p.s. Danfysik, controller steerer, F.C. Di fascio estratto, misura di vuoto all'estrazione (tpg 300 extractor pressure) e movimentazione delle valvole di regolazione, 3 alimentatori di alta tensione per la sorgente, 3 alimentatori di alta tensione in piattaforma, stati e 2 pagine speciali non ancora implementate (funzioni riservate a sviluppi futuri).

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Il sinottico

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Pagina per gli alimentatori danfysik

Questa e' la pagina specifica per gli alimentatori (ps) danfysik, i due solenoidi PS1 e PS2 e il dipolo PSD, in puro stile ALPI.

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Pagina per lo steerer

Questa e' la pagina specifica per l'alimentatore steerer LNL, in puro stile ALPI.

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Pagina beam

Questa e' la pagina beam, con la misura di campo sul dipolo (dal teslametro)e la misura di corrente sulla F.C. E6

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Pagina gas mixing + vacuum

Questa e' la pagina per le misure di vuoto, per le valvole di dosaggio e per le pompe

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Pagina sorgente (source)

Questa e' la pagina per i dispositivi di sorgente (alimentatori HV)

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Pagina piattaforma (platform)

Questa e' la pagina per i dispositivi di piattaforma (alimentatori HV)

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Parti fisse, parti configurabili, parti variabiliNon si può discendere due volte nel medesimo fiume e non si può toccare due volte una sostanza mortale nel medesimo stato... (Panta Rhei - Eraclito)Panta Rhei, tutto scorre ... Segnali e dispositivi hardware attualmente in uso sull'ECR non sono fissi ed immutabili. Quando dei cambiamenti si renderanno necessari, se non altro per obsolescenza, o per nuove esigenze che saranno sopraggiunte, sara' necessario attuare anche degli adattamenti nel software.Attualmente il software per il controllo ECR si compone di elementi con• struttura fissa (i server - uno per ciascun tipo di dispositivo, il network manager - nel range dei dispositivi che puo' gestire, la GUI - nel sinottico e nella tipologia di pagine secondarie)• struttura configurabile (modificabile da file, in modo permanente): server e network manager (modo di funzionamento, canale di collegamento), per mezzo di 2 file di configurazione in forma di testo (db_magps per P.S. Danfysik e Steerer, db_slowdev per I/O digtale e analogico e per gli altri dispositivi su RS232). Ha inoltre struttura configurabile secondo lo standard delle risorse X11 la GUI: molte (ma non tutte!) le sue risorse (colori, stringhe, dimensioni) possono essere agevolmente modificate in modo permanente agendo sul file standard delle risorse grafiche .Xdefaults_ecr• parte variabile: e' la parte relativa alle variabili di sistema (comandi di corrente, tensione, movimenti ai motori ...) e al modo di funzionamento dei dispositivi (vero o stub), e' volatile e i cambiamenti hanno durata pari a quella della sessione.

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Prestazioni, portabilita' e mantenibilita'

PrestazioniIn base ai test fin'ora effettuati le prestazioni attuali della GUI (e dei moduli che da essa dipendono) sono accettabili anche se un poco lente. La globale lentezza nel rinfresco delle pagine (tipicamente 1 Hz) e nella esecuzione dei comandi dipendono dal gran numero di comunicazioni con protocollo a stringa (in genere lento) su linea seriale (9600 baud tipici, cioe' circa al piu' 1000 caratteri/s) attualmente in uso. Una attenta ri-calibrazione dei periodi di rinfresco dei dati da ogni singolo dispositivo puo' migliorare un poco la situazione in alcuni casi, ma non in modo sostanziale. Su richiesta potra' essere rivisto caso per caso.

Portabilita'Come gia' nell'esperienza del controllo per ALPI anche la generale portabilita' del codice del sistema di controllo per la sorgente ECR e' buona (eccetto che per la gestione di I/O digitale e analogico sul sistema VME - VxWorks); la parte di network-manager e di GUI e' gia' stata portata con successo da UNIX True64 DEC-Compaq-HP a Sun-Solaris8 e Linux RedHat 7.2.La parte piu' debole e', come sempre, la gestione della periferia (server - corretta gestione delle anomalie sui canali di comunicazione RS232).

Mantenibilita'La manutenzione ordinaria consiste nell'aggiornamento dei file di configurazione (2), quando necessario, come gia' avviene per il controllo RF di ALPI e rchiede solo competenze di editing.La manutenzione dei moduli software richiede competenze di programmazone in C-language,networking e grafica X11.

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Documentazione e strumenti accessori

L'arte della scrittura e' assai potente perche', ecco ..., con pochi segni posso imprigionare in una parola un animale grande come un cavallo. Le parole nascondono piu' segreti di quanto non sembri - (dal laboratorio di animazione alla lettura, Leonilde Gallo - Scuola Elementare di Noale 2002).DocumentazioneIl sistema di controllo della sorgente ECR attualmente non comprende un manuale d'uso.E' disponibile, sia in forma stampata che in forma elettronica, una serie di trasparenze, con descrizione dettagliata in inglese della GUI. Parte di tale materiale e' stato incluso in questa presentazione. La versione integrale di tale documentazione sara' pubblicata sulle pagine web del servizio SCAAS, attualmente in corso di rifacimento.Come per ALPI, della documentazione operativa snella verra' preparata su richiesta.

Strumenti accessoriAttualmente quasi tutti i computer moderni danno accesso a utili strumenti accessori di lavoro, quali l'accesso a stampanti di rete, a browser di comunicazione e posta elettronica, a pacchetti di automazione d'ufficio piu' o meno compatibili MS-Office.Per il controllo della sorgente ECR l'ambiente di lavoro piu' completo e' quello Linux RedHat 7.2, dove sono installati, fra l'altro, un editor di testi di tipo Word (compatibile Word97 in lettura e scrittura) e un foglio elettronico di tipo Exel (compatibile Excel di Wind98 in lettura e scrittura).

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Riepilogo

Il controllo remoto per la sorgente ECR dei LNL➢ Collocazione storica: nel periodo 1996-1998 si ha progetto e sviluppo, negli anni 2000-2002

debugging e mantenimento.➢ Hardware (rete, dispositivi, computer): rete Ethernet, 12 tipi di dispositivi, 3 computer (di

cui 2 essenziali.➢ Software (sistemi operativi, linguaggi, programmi): UNIX, C-language + X11 e Xaw, GUI+

net manager + server.➢ Stato attuale e sviluppi futuri: in attesa di collaudo operativo, JAVA-CORBA (o Tango?).

Caratteristiche➢ Rispetto al controllo di ALPI: ci sono delle somiglianze (struttura generale, controllo

magneti e steerer), ma una piu' ampia varieta' di dispositivi e grafica.➢ Il sinottico e le pagine secondarie hanno la consueta struttura gerarchica➢ Vi sono parti fisse (tipi di dispositivi, struttura grafica), parti configurabili (stringhe, colori

dimensioni, modo di funzionamento), parti variabili (dati e comandi).➢ Le prestazioni sono essenzialmente legate alla velocita' di comunicazione con la periferia;

portabilita' e mantenibilita' sono buone, come per ALPI.➢ La documentazione e' povera (ma migliorabile), gli strumenti accessori sono aumentati per

evoluzione tecnologica.

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Constantinos Kavafis

Itaca

...Sempre devi avere in mente Itaca -raggiungerla sia il pensiero costante.Soprattutto, non affrettare il viaggio;fa che duri a lungo, per anni, e che da vecchiometta piede sull'isola, tu, riccodei tesori accumulati per stradasenza aspettarti ricchezze da Itaca.Itaca ti ha dato il bel viaggio,senza di lei mai ti saresti messoin viaggio: che cos'altro ti aspetti?E se la trovi povera, non per questo Itaca ti avrà deluso.Fatto ormai savio, con tutta la tua esperienza addossogià tu avrai capito ciò che Itaca vuole significare.

(Giulio Einaudi Editore, 1992)