https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/19606
File | Description | Size | Format | |
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luccaoliveirafacioviccini.pdf | PDF/A | 6.96 MB | Adobe PDF | View/Open |
Type: | Dissertação |
Title: | Simulation and testing of the upgraded digital signal processing firmware using high-level synthesis on the real-time trigger path of the ATLAS liquid argon calorimeters |
Author: | Viccini, Lucca Oliveira Facio |
First Advisor: | Andrade Filho, Luciano Manhães de |
Co-Advisor: | Oliveira, Marcos Vinícius Silva |
Referee Member: | Silva, Leandro Rodrigues Manso |
Referee Member: | Ferraz, Victor Araujo |
Resumo: | Esta dissertação apresenta a validação e simulação do pipeline digital de processamento de sinais no sistema de gatilho do Calorímetro de Argônio Líquido (LAr) do experimento ATLAS, com foco específico no firmware LATOME. A implementação utiliza High-Level Synthesis (HLS) para gerar os blocos Input Switch Matrix (ISM) e Output Summing (OSUM), responsáveis pela reorganização, processamento e agregação dos dados de Super Células em tempo real, atravessando múltiplos domínios de relógio. As versões de firmware 6.0 a 6.3 foram analisadas em profundidade, com as versões iniciais centradas no caminho de monitoramento e na validação do bloco REMAP, enquanto versões posteriores introduziram suporte aos caminhos de processamento eFEX e jFEX. Adotou-se uma estratégia de simulação em múltiplas camadas, combinando modelos Firmware-Agnostic e Firmware-Aware para possibilitar testes abrangentes desde componentes HLS isolados até o firmware integrado completo. Os principais esforços de validação incluíram a calibração do atraso do sinal SOP, a identificação da janela de metastabilidade e a verificação funcional dos mecanismos de sincronização entre domínios de relógio. A integração do módulo de diagnóstico Mini-FEX permitiu a observação em tempo real de erros de SOP e CRC, tanto em simulações quanto durante a operação do sistema ATLAS. A metodologia desenvolvida ao longo deste trabalho oferece uma estrutura reutilizável e escalável para validar futuras versões do firmware—como o caminho gFEX (v6.4) e o bloco User Code (v7.x)—e serve como referência para a adoção de HLS em outros sistemas FPGA de alta taxa de dados e baixa latência em experimentos de física de altas energias. |
Abstract: | This thesis presents the validation and simulation of the upgraded digital signal processing pipeline deployed in the ATLAS Liquid Argon Calorimeter trigger system, with a particular focus on the LATOME firmware. The implementation relies on High-Level Synthesis (HLS) to generate the Input Switch Matrix (ISM) and Output Summing (OSUM) blocks, which are responsible for reorganizing, processing, and aggregating real-time Super Cell data across multiple clock domains. Firmware versions 6.0 through 6.3 were analyzed in depth, with early versions centered on the monitoring path and REMAP validation, and later iterations introducing support for eFEX and jFEX trigger paths. A multilayered simulation strategy was adopted, combining Firmware-Agnostic and FirmwareAware models to enable comprehensive testing from standalone HLS components to fully integrated firmware deployments. Key validation efforts included SOP delay calibration, metastability window identification, and functional verification of clock synchronization logic. The integration of the Mini-FEX diagnostic module provided real-time observability of SOP and CRC errors, both in simulation and during ATLAS system operation. The methodology developed throughout this work offers a reusable and scalable framework for validating future firmware upgrades—such as the gFEX path (v6.4) and the User Code block (v7.x)—and serves as a reference for adopting HLS in other high-throughput, low-latency FPGA-based systems in high-energy physics experiments. |
Keywords: | High-level synthesis Firmware latome Calorímetro de argônio líquido do ATLAS Sistema de gatilho em tempo real Validação e simulação em fpga Latome firmware Atlas liquid argon calorimeter Real-time trigger system Fpga validation and simulation |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
Language: | eng |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
Institution Initials: | UFJF |
Department: | Faculdade de Engenharia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica |
Access Type: | Acesso Aberto Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Brazil |
Creative Commons License: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/19606 |
Issue Date: | 18-Sep-2025 |
Appears in Collections: | Mestrado em Engenharia Elétrica (Dissertações) |
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