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Prepared for submission to JINST The Eleventh International Workshop On Semiconductor Pixel Detectors for Particles and Imaging Nov 18-22, 2024 Strasbourg, France Caribou – A versatile data acquisition system for silicon pixel detector prototyping Y. Otarid,𝑎,1 M. Benoit,𝑏E. Buschmann,𝑐H. Chen,𝑐D. Dannheim,𝑎T. Koffas,𝑒 R. St-Jean,𝑒S. Spannagel,𝑑S. Tang,𝑐T. Vanat𝑑 𝑎CERN, Esplanade des Particules, Geneva ,Switzerland 𝑏ORNL, 1 Bethel Valley Rd, Oak Ridge, United States 𝑐BNL, 98 Rochester St, Upton, United States 𝑑DESY, Notkestrasse 85, Hamburg, Germany 𝑒Carleton University, 1125 Colonel By Dr, Ottawa, Canada E-mail: younes.otarid@cern.ch Abstract: Caribou is a versatile data acquisition system used in multiple collaborative frameworks (CERN EP R&D, DRD3, AIDAinnova, Tangerine) for laboratory and test-beam qualification of novel silicon pixel detector prototypes. The system is built around a common hardware, firmware and software stack shared accross different projects, thereby drastically reducing the development effort and cost. It consists of a custom Control and Readout (CaR) board and a commercial Xilinx Zynq System-on-Chip (SoC) platform. The SoC platform runs a full Yocto distribution integrating the custom software framework (Peary) and a custom FPGA firmware built within a common firmware infrastructure (Boreal). The CaR board provides a hardware environment featuring various services such as powering, slow-control, and high-speed data links for the target detector prototype. Boreal and Peary, in turn, offer firmware and software architectures that enable seamless integration of control and readout for new devices. While the first version of the system used a SoC platform based on the ZC706 evaluation board, migration to a Zynq UltraScale+ architecture is progressing towards the support of the ZCU102 board and the ultimate objective of integrating the SoC functionality directly into the CaR board, eliminating the need for separate evaluation boards. This paper describes the Caribou system, focusing on the latest project developments and showcasing progress and future plans across its hardware, firmware, and software components. Keywords: Data acquisition circuits, Detector control systems, Modular electronics, Pixelated detectors and associated VLSI electronics, Particle tracking detectors 1Corresponding author. arXiv:2502.03903v1 [physics.ins-det] 6 Feb 2025 Contents 1 Introduction 1 2 System Architecture 1 3 Upgrade Status and Plans 3 3.1 Hardware 3 3.2 FPGA Firmware 4 3.3 Software 4 4 Conclusion 5 1 Introduction Caribou is a modular and versatile data acquisition (DAQ) system designed for prototyping silicon pixel detectors [1–4]. Built around the Control and Readout (CaR) board, it provides essential interfaces and power supplies for a wide range of detector devices. At its core, Caribou features a System-on-Chip (SoC) running embedded Linux, combined with a software application and user- specific FPGA firmware. This integration of programmable logic and high-level software control streamlines detector testing and debugging by offering configurable firmware blocks, comprehen- sive software interfaces, and reusable hardware components. Originally developed for the ATLAS Inner Tracker (ITk) and CLIC vertex detector projects, Cari- bou’s open-source architecture now supports various detector R&D applications. By minimizing the effort required for the base system setup, it allows researchers to focus on device integration and testing. The system is widely used within the DRD3 collaboration on semiconductor detectors …더보기
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번역 (Translation):
입자 및 영상을위한 반도체 픽셀 탐지기에 대한 열한 제 1 회 국제 워크숍에 제출 준비를 준비하고 2024 년 11 월 18-22 일, 프랑스 Caribou– 실리콘 픽셀 탐지기 프로토 타이핑을위한 다목적 데이터 획득 시스템 Y. Otarid, 1 M. Benoit, 𝑏e. Buschmann, ,H. 첸, .d. Dannheim, et. Koffas, 𝑒 R. St-Jean, 𝑒S. 스패너NAGEL, ,S. 탕, 𝑐트. Vanat, ernCern, Esplanade des 입자, 제네바, 스위스, 스위스, 1 Bethel Valley Rd, Oak Ridge, United States 𝑐Bnl, 98 Rochester St, Upton, United United United United United United United United United United United Keestrasse 85, Hamburg, Germany 𝑒 Carleton University, 1125 COLONEL, DR, CANAWA, OTTAWA, e-M-Mail : younes.otarid@cern.ch 요약 : Caribou는 실험실 및 실험실 픽셀 탐지기 프로토 타입의 실험실 및 테스트 빔 자격을 위해 여러 협업 프레임 워크 (Cern Ep R & D, Drd3, Aidainnova, Tangerine)에 사용되는 다목적 데이터 수집 시스템입니다. 이 시스템은 공통 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어 스택 공유 공유가 다른 프로젝트를 중심으로 구축되어 개발 노력과 비용이 크게 줄어 듭니다. CAR (Custom Control and Readout) 보드 및 상업용 Xilinx Zynq System-On-Chip (SOC) 플랫폼으로 구성됩니다. SOC 플랫폼은 PEARY (Custom Software Framework)와 공통 펌웨어 인프라 (Boreal) 내에 구축 된 사용자 정의 FPGA 펌웨어를 통합하는 전체 Yocto 배포판을 실행합니다. Car Board는 대상 탐지기 프로토 타입을위한 전원, 느린 제어 및 고속 데이터 링크와 같은 다양한 서비스를 제공하는 하드웨어 환경을 제공합니다. Boreal and Peary는 새로운 장치에 대한 제어 및 판독을 완벽하게 통합 할 수있는 펌웨어 및 소프트웨어 아키텍처를 제공합니다. 시스템의 첫 번째 버전은 ZC706 평가 보드를 기반으로 SOC 플랫폼을 사용했지만 Zynq Ultrascale+ 아키텍처로의 마이그레이션은 ZCU102 보드의 지원과 SOC 기능을 자동차 보드에 직접 통합하는 궁극적 인 목표를 향해 진행되고있어 별도의 평가 보드가 필요하지 않습니다. 이 논문은 순록 시스템에 대해 설명하며 최신 프로젝트 개발에 중점을두고 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어 구성 요소에서 진행 상황과 향후 계획을 보여줍니다. 키워드 : 데이터 수집 회로, 탐지기 제어 시스템, 모듈 식 전자 장치, 픽셀 화 된 탐지기 및 관련 VLSI 전자 장치, 입자 추적 감지기 1 코르 르 응답 저자. ARXIV : 2502.03903V1 [Physics.ins-Det] 6 월 2025 년 2 월 6 일 컨텐츠 1 소개 1 2 시스템 아키텍처 1 3 업그레이드 상태 및 계획 3 3.1 하드웨어 3 3.2 FPGA 펌웨어 4 3.3 소프트웨어 4 1 소개 캐리비는 모듈 식 및 다리적 데이터 획득 (DAQ) 시스템입니다. CAR (Control and Readout) 보드를 중심으로 제작 된이 제품은 광범위한 탐지기 장치를위한 필수 인터페이스 및 전원 공급 장치를 제공합니다. Caribou는 핵심적으로 소프트웨어 응용 프로그램 및 사용자 별 FPGA 펌웨어와 결합 된 SOC (System-on-Chip)를 실행하는 임베디드 리눅스를 갖추고 있습니다. 이 프로그램 가능한 펌웨어 블록, 포괄적 인 소프트웨어 인터페이스 및 재사용 가능한 하드웨어 구성 요소를 제공하여 프로그래밍 가능한 논리 및 고급 소프트웨어 제어의 통합은 검
출기 테스트 및 디버깅을 간소화합니다. 원래 Atlas Inner Tracker (ITK) 및 CLIC Vertex Detector Projects 용으로 개발 된 Cari-Bou의 오픈 소스 아키텍처는 이제 다양한 탐지기 R & D 응용 프로그램을 지원합니다. 기본 시스템 설정에 필요한 노력을 최소화함으로써 연구원은 장치 통합 및 테스트에 집중할 수 있습니다. 이 시스템은 반도체 감지기에 대한 DRD3 협업 내에서 널리 사용됩니다 … 더보기
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