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RD53A DAQ


Memo & Log

Useful links

Preparation

Firmware

Firmwareのversionが古い場合，新しいversionをもってくる．

FirmwareをXpressk7にflashする．
  • （Ohio cardのそれぞれのPortに載っているパーツがAC or DCか確認する）
  • JTAGをXpressk7とPCのUSBポートに接続．
  • $ source /opt/Xilinx/Vivado/2019.02/setting64.sh
  • $ cd YARR-FW-20yymmdd/scripts
  • $ ./flash.sh or $ python flash.py
    • flash.shの場合は，該当するbit fileをstrageからinstallする．old versionやFNAL versionなどはない．
    • flash.pyの場合は，YARR-FW-20yymmdd下にあるbit fileから選ぶことができる．よく，syn/xpressk7下に置いたりする（？）
  • 基本的に以下のversionを選択する．
    • Xpressk7_325 （現在持っているXpressk7のversionが325というものらしい）
    • Ohio card
    • 160Mbps
    • 4x4 (data line数）（FNALのように1つtrigger用=DCだと3x4）
  • 問題なく焼き終えたらreboot．（焼くのにだいたい10分くらいかかる）
Check Communication with XpressK7

Softwareが古い場合，新しいversionのを持ってくる．

RD53にconfigを通す前に，Xpressk7とPCIe communicationできているか確認する．
  • $ cd YARR-20yymmdd
  • $ ./bin/specBenchmarkDma
Config File

scanをする際にcontroller configやconnectivity config, scan configを指定する必要がある．

connectivity config

  • Xpressk7 (Ohio card)のどのportを使い，どのchip config fileを使うかを指定．
  • "config": 使用するchip config file. 存在しない場合は自動的にdefaultのが作られる．
  • "tx": talk channel. (0,1,2,3)=port(A,B,C,D)
  • "rx": read channel. (0,1,2,3)=port(A,B,C,D)
  • "enable": 使用するか否か．0 or 1
  • "locked": chip config fileの書き換えの有効化．0 or 1
scan config chip config （主要なものだけ説明）
  • EnCoreCol [Diff1,2/Lin1,2/Sync]: Front Endごとにマスクするなら，65535->0, 1->0にする．
  • DiffLcc (En): Leakage Current Compensation bias (En: 1 is enable)
  • Sldo[Analog/Digital]Trim: analog or digital regulator output voltage trim.
    • RD53A とのcommunicationでinvalid dataを受け取る場合，この数値を変えると解決する場合がある．(22->19とか）
  • Name: scan結果のデータやhistogramの名称．
-- Katsuya Sato - 2020-08-19

Configure Chip and Run Scan, Tune

参照：https://gitlab.cern.ch/YARR/YARR/-/blob/master/docs/rd53a.md

基本的にscanをする際は，

$ ./bin/scanConsole -r configs/controller/specCfg.json -c configs/connectivity/CONNECTIVITY.json -s configs/scans/rd53a/SCAN.json [OPTION]

[OPTION]

  • -p: histogram plotting enable
  • -m 0: No change masks
  • -m 1: reset masks
  • (no add -m: add masks)
Digital / Analog Scan

$./bin/scanConsole -r configs/controller/specCfg.json -c configs/connectivity/example_rd53a_setup.json -s configs/scans/rd53a/std_digitalscan.json -p

$ ./bin/scanConsole -r configs/controller/specCfg.json -c configs/connectivity/example_rd53a_setup.json -s configs/scans/rd53a/std_analogscan.json -p

Threshold Scan

$ ./bin/scanConsole -r configs/controller/specCfg.json -c configs/connectivity/example_rd53a_setup.json -s configs/scans/rd53a/std_thresholdscan.json -p

Range

  • defaultでは，Vcal:50-300 i.e. 500e-3000eしか測れない．
  • scans/rd53a/std_thresholdscan.jsonの中の"parameter":"InjVcalDiff"のmax,minを変更すればよい．
  • inject charge [e]~Vcal*10
ちなみに，analog/digital scanでは100発injectしているが，threshold scanの場合は50発
ToT (Time over Threshold) Scan

$ ./bin/scanConsole -r configs/controller/specCfg.json -c configs/connectivity/example_rd53a_setup.json -s configs/scans/rd53a/std_thresholdscan.json -p -t [CHARGE] [Target ToT ]

ToT Scanをする際はinject charge=MIPが落とすcharge~10k[e]を入力する．（1um siliconに対しておよそ80electrons）

Tune

Tunigはscriptsが用意されている．（詳しくは中を見てほしい）これには引数が必要で，

$ ./scripts/tune-rd53a.sh [1st Target Threshold] [2nd Target Threshold] [Inject Charge] [Target ToT ] configs/controller/specCfg.json configs/connectivity/example_rd53a_setup.json

  • [1st Target Threshold]: Linear Front Endをtuningする際に使われる．final targer thresholdが1500eの場合は，[1st Target Threshold]=2000とか？
  • [2nd Targer Threshold]: final target threshold.
  • [Inject Charge]: 10000 (10k[e])
  • [Targer ToT ]: 7 or 8 [b.c]とか．（final thresholdと関係する）
  • controller configやconnectivity configの前に"-r"や"-c"は不要．
Sync F.E.やLinear F.E.使わない場合は，shell scriptの中身をcomment outすれば時間短縮になる．だいたい10分くらいかかる？
Cross-Talk Scan

$ ./bin/scanConsole -r configs/controller/specCfg.json -c configs/connectivity/example_rd53a_setup.json -s configs/scans/rd53a/std_crosstalk_scan.json -p

Inject Pattern

  • scan configの中の"maskSize"
  • readout pixel (center)に対して上下左右どのpixelにchargeをinject (max:40ke)するか指定する．
  • maskSize=(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11)
Mask Stage
  • defaultだと全てのpixelを読んでくれるわけではない．analog scanのようにすべてのpixelを読み込むためには，
  • "loopAction": "Rd53aMaskLoop"の中の"max":1536->64に変更すればよい．
  • "loopAction": "Rd53aCoreColLoop"の中の"nSteps"は1でも問題なく動く．（analogscanは5で，これにするととても時間がかかる）
Source Scan

参照： SelfTriggerScan

参照： ExtTriggerScanFNAL

Scan後に.raw dataを作成させるには，scan configに"algorithm": "DataArchiver"の項を追加する必要がある．

（.raw dataを解析するのは，plotting/read_rawData or bin/analyseRawDataを使えばよい）

-- Katsuya Sato - 2020-08-19

Etc. 備忘録

YARR/bin に入っている解析scriptsを編集する際の手順．

  • このbinary fileは YARR/src/tools 下に入っているC++をcompileすることで得られたもの．やりたい解析などがある場合はここをいじる．
  • $ cd YARR/build
  • $ source /opt/rh/devtoolset-7/enable (cmakeのversionを変更)
  • $ cmake ../
  • $ make (compileされたbinary fileは，YARR/build/bin下に入る)
  • $ make install (YARR/binに反映)
Digital/Analog Power （LV)

RD53A Single Chip Cardには，digital/analog powerをdirectで与えるかregulatorを通して与える(regulator mode)かの2通りある．

Regulator Mode

  • RD53A SCCのjumper pinで，VINAとVINDを選ぶ．
  • LVは基本的には1.8V印加 (4pin MOLEXのconnect部分を正面にして，上側がhotで下側がGND，左側がanalogで右側がdigital)
  • jumper pinの先とGNDでの電位差が1.2V程度なら問題なし．
Direct Mode
  • RD53A SCCのjumper pinでは，VDDAとVDDDを選ぶ．
  • LVは基本的に1.2V印加
Firmware?

160Mbps/640MbpsのFirmwareを使う場合，config fileのparameterを変更する必要がある．

160Mbps -> CdrSelSerClk=3

640Mbps -> CdsSelSerClk=0

#OLD# preparation

  • source /opt/Xilinx/Vivado/2016.4/settings64.shをして、vivadoでVivadoを起動
  • Open Hardware Manegerに入り、Open targetのAuto connectをクリック
  • xcf7k325t_1を右クリックし、Program Deviceをする
  • ~/work/FNALTestbeam2018/XpressK7_RD53A/YARR-FW/syn/xpressk7/bram_rd53a_quad_lbnl-325内のrd53a_quad_lbnl_passive_325_160Mbps_pixregro.bitを焼いてPCをreboot
  • src内で"./bin/test"を実行して正常に動くかを確認
vivado をsource した後にpython flash.py をするとbitファイルのリストが表示されるので、ここでファイルを指定しても焼くことができる。この場合はメモリにも書かれるので少し時間がかかる。焼いた後は同じくreboot必須。

./bin/test が問題なく動いたらRD53Aと接続、電源を投入して ./bin/rd53a_test を実行し、

[Data] : COL(12) ROW(1) PAR(1) TOT(15,11,15,15)

→ここでのCOL,ROWはcore column,core rowのことなので注意(core column/rowについてはmanualのPixel Addressingを参照)

のような結果が得られれば、config が通っている。(current dig:0.325A , ana:~0.460A)

※YARRのversionでinjectionしているpixelが変わっていることがあるのでversion up等された場合は必ずrd53a_testの中身を確認すること！

#OLD# How to configure chips and run scan

[digitalscan]

./primlist/scan53.sh digitalscan KEK53-〇

or

./bin/scanConsole -r configs/controller/specCfg.json -c configs/connectivity/example_rd53a_setup.json -s configs/scans/rd53a/std_digitalscan.json -p

現状KEK53-3においてdirect modeでVDDD=1.23V , VDDA=1.2Vだときれい

[analogscan]

./primlist/scan53.sh analogscan KEK53-〇

or

./bin/scanConsole -r configs/controller/specCfg.json -c configs/connectivity/example_rd53a_setup.json -s configs/scans/rd53a/std_analogscan.json -p

[thresholdscan]

./primlist/scan53.sh thresholdscan KEK53-〇 -f std(lin,diff)

or

./bin/scanConsole -r configs/controller/specCfg.json -c configs/connectivity/example_rd53a_setup.json -s configs/scans/rd53a/std_thresholdscan.json -p

stdだと全FEに対してscanされlinだとlinear FE、diffだとdifferential FEのみscanされる　syncは未実装

[tune threshold]

./primlist/scan53.sh tune_globalthreshold KEK53-〇 -t {target threshold} -f std(lin,diff)

[ToT scan]

./primlist/scan53.sh totscan KEK53-〇 -t {injection charge}

-- Koji Nakamura - 2018-03-26

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