Rapport de stage de 5 année - CEA-Irfu

DURAND Luc
ESIEE - I5 - IF
Rapport de stage de 5eme année
05 janvier 2004 – 30 juin 2004
CEA Saclay
DSM / DAPNIA / SPP
Communication sous XDAQ pour la ferme
de monitorage du calorimètre
électromagnétique de l’expérience CMS
ESIEE CEA Saclay
M. Thierry GRANPIERRE M . Philippe GRAS
Cité Descartes DAPNIA / SPP
2 boulevard Blaise Pascal 91 191 Gif sur Yvette Cedex
BP 99
93162 NOISY LE GRAND Cedex
Mail : [email protected] Mail : [email protected]

DURAND Luc Rapport de stage – CEA / CMS 28/07/2004
I5 - IF Communication sous XDAQ page 2
TABLE DES MATIERES
TABLE DES MATIERES.......................................................................... 2
INTRODUCTION.................................................................................... 4
PRESENTATION DU CEA...................................................................... 5
Centre de Saclay................................................................................... 5
DSM....................................................................................................... 5
DAPNIA............................................................................................. 6
PRESENTATION DU SUJET DU STAGE..................................................... 7
Le LHC .................................................................................................. 7
Le détecteur CMS.................................................................................. 9
Constitution ....................................................................................... 9
Calorimètre électromagnétique ....................................................... 10
Objectifs du stage................................................................................ 14
Localisation du projet....................................................................... 14
Environnement matériel et logiciel................................................... 15
TRAVAIL REALISE.............................................................................. 17
Prise en main de XDAQ........................................................................... 17
Découverte et premier module ........................................................ 17
Difficultés rencontrées..................................................................... 21
Mesure des performances de XDAQ....................................................... 21
Mesures XDAQ................................................................................ 22
Mesures avec ttcp ........................................................................... 23
Simulation de la communication pour le fonctionnement en faisceau-
test................................................................................................... 24
Format de communication ....................................................................... 26
Structure des classes de décodage................................................. 27
Utilisation des classes de décodages.............................................. 28
Module de communication....................................................................... 29
Contraintes de fonctionnement........................................................ 29
Principe de fonctionnement............................................................. 29
Tests en situation ............................................................................ 34
Remarques...................................................................................... 34
AnaLas.exe.............................................................................................. 35
Modifications ................................................................................... 35
Benchmark ...................................................................................... 36
CONCLUSION .................................................................................... 40
REMERCIEMENTS .............................................................................. 41
ANNEXES.......................................................................................... 43
A. Organigramme du CEA................................................................... 44
B. Organigramme de la DSM............................................................... 45
C. Organigramme du DAPNIA............................................................. 46

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D. Organigramme du SPP ................................................................... 47
E. Organisation du centre CEA de Saclay........................................... 48
F. Plan du CEA Saclay........................................................................ 49
G. Mesures de performances de communications............................... 50
H. Lexique de la physique des particules............................................. 52
I. Format de communication............................................................... 55

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INTRODUCTION
L’objectif de mon stage est la réalisation, dans l’environnement de
programmation XDAQ, d'un module de communication pour la ferme de
monitorage du calorimètre électromagnétique de l’expérience CMS.
L'expérience CMS forme avec ATLAS, ALICE et LHC-B les quatre
principales expériences de Physique des particules qui seront menées au
CERN grâce au LHC, le futur grand accélérateur de particules européen. Le
précèdent grand accélérateur de particule du CERN (le LEP) ne permettant
plus d’atteindre les énergies nécessaires à l’apparition de nouvelles
particules (en particulier le boson de Higgs), il a été décidé de le remplacer
par un nouvel accélérateur, adapté aux contraintes de ces nouvelles
expériences : le LHC.
Mon travail concerne un sous détecteur du détecteur utilisé pour
l’expérience CMS : le calorimètre électromagnétique. Comme pour tout
appareil de mesure, les données issues de ce capteur doivent être corrigées
afin de tenir compte des caractéristiques du capteur. Le flot de données des
mesures atteignant les 100 TOctets / s, l’architecture matérielle et logicielle
de traitement doit être adaptée.
L’objectif de mon stage est donc la réalisation d’un module de
communication chargé de recevoir les données de calibrage en provenance
du calorimètre pour les passer à l’application chargée de les traiter.
Je réalise ce stage sur le site du CEA de Saclay (Gif-sur-Yvette), au sein
du Service de Physique des Particules. Je vais donc vous présenter le CEA
avant de faire une description du LHC et de l’expérience CMS. Je vous
présenterais ensuite le travail que j’ai réalisé au cours de ces 6 mois de
stage.

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PRESENTATION DU CEA
Le CEA (Commissariat à l’Energie Atomique) a été fondé le 18 Octobre
1945 par une ordonnance du général De Gaulle. Il s’agissait, au lendemain
de la seconde guerre mondiale, de permettre à la France de gagner son
indépendance dans le domaine, alors tout neuf, du nucléaire. Le rôle du
CEA est alors très clair, assurer les recherches dans le domaine nucléaire
pour les applications industrielles, médicales et militaires.
C’est en 1947 qu’est fondé, à Saclay, le premier centre du CEA. Il
accueillera la première ‘pile’ nucléaire française en 1948 et le premier
accélérateur de particules français en 1952. Suivront ensuite les créations
d’autres centres CEA : Limeil (1954), Vaujours, Bruyère le Châtel et
Marcoule (1955), Grenoble (1956), Valduc (1957, plus particulièrement
destiné au recherche militaires), Cadarache (1959) et Ripault (1961).
Aujourd’hui, le CEA représente, avec ses 15 024 salariés et un budget de
2,7 milliards d’euros, un acteur majeur en matière de recherche, de
développement et d’innovation. Grâce à ses relations avec les industriels,
ses ressources humaines (ingénieurs, chercheurs…) et matérielles (lasers,
supercalculateurs, réacteurs de recherche…) est l’un des plus importants
organismes européens de recherche technologique.
Comme présenté sur cet Organigramme du CEA, le CEA s’organise
autour de quatre pôles :
¾ Pôle défense
¾ Pôle recherche
¾ Pôle recherche technologique
¾ Pôle nucléaire
Le centre de Saclay fait partie du pôle nucléaire.
Centre de Saclay
Le centre de Saclay reste le centre historique du CEA et un acteur
important de la recherche nucléaire avec ses deux réacteurs expérimentaux :
Osiris et Orphée (voir l’Organigramme du CEA en annexe A).
Sur le site de Saclay, travaillent environ 6 000 personnes, employés du
CEA, collaborateurs détachés d’autres laboratoires ou d’entreprises
extérieures ou étudiants. De nombreuses spécialités sont représentées :
Sciences du vivant, Physiques des particules, Physiques des états condensés,
Astrophysique, chacune d’entre elles dépendant d’une direction.
Durant mon stage, j’ai travaillé au sein du service de physique des
particules dans l’équipe CMS / ECAL.
DSM
Comme montré sur cet Organigramme de la DSM, en annexe B, la
Direction des Sciences de la Matière est en charge de toutes les recherches
ayant pour thème l’exploration de la matière. Elle comporte plusieurs
départements :