EPICS データベース（プロセス・データベース）とは ?

12003/P571: What is an EPICS Database?

EPICS

EPICS データベース（プロセス・データベース）とは ?

Andrew Johnson

APS


EPICS 目次

レコードフィールドとフィールドのタイプレコードのスキャン入出力レコードタイプハードウェア　サポートレコードのリンクレコードと同時に変更する保護機構アラーム、デッドバンド、シミュレーション、セキュリティ


EPICS データベース = レコード + リンクレコード = フィールド + プロセス

EPICS に基づく制御システムは一台以上の IOC(Input Output Controller) を含んでいる。

それぞれの IOC にはその IOC がなすべきことを指定する一つ以上のデータベースがロードされている。

データベースは様々なタイプのレコードの集合である。レコードは以下の特徴をもつオブジェクトである。：

個々のレコード毎の独立な名前 A unique name レコード型 (class) 毎の振る舞い制御可能な属性 ( フィールド）関連したハードウェア I/O (device support) 他のレコードへのリンク


EPICS レコードの活動

レコードは活動的である— レコードは仕事をすることができる : 他のレコードやハードウェアからデータを取り込む計算を行う値が許容された範囲にあるかどうかを確認し、必要ならアラームを発生

する。他のレコードやハードウェアに値を書き込む他のレコードをアクティブ（活性）にしたり、不活性にする。ハードウェアからの信号を待つ（割り込み）

あるレコードが何をするかは、レコードの型とそのレコードのフィールドの設定に依存する。

レコードが処理” process” されるまではどのような動作も行われない。


EPICS どのようにレコードは実装されているか ?

レコード属性のデータ保存場所とレコードタイプ情報へのポインタ型からなるＣの構造体

データベース中のレコード定義は次の情報を提供するレコード名レコード型それぞれのフィールドの値

レコード型は次の情報を提供する。すべてのフィールドの定義レコードの動作を実装しているコード（ RSET)

EPICS アプリケーション毎の要求に応じて新しいデータ型を追加することができる。


EPICS レコードのある表現


EPICS

レコードのグラフィカルな表現


EPICS レコードの別なグラフィカルの表現

アナログ出力レコードの CapFast 上での表現

（小シンボル）


EPICS IOC から見たレコード

record(ao,"DemandTemp") { field(DESC,"Temperature") field(ASG,"") field(SCAN,"Passive") field(PINI,"NO") field(PHAS,"0") field(EVNT,"0") field(DTYP,"VMIC 4100") field(DISV,"1") field(SDIS,"") field(DISS,"NO_ALARM") field(PRIO,"LOW") field(FLNK,"") field(OUT,"#C0 S0") field(OROC,"0.0e+00") field(DOL,"") field(OMSL,"supervisory") field(OIF,"Full") field(PREC,"1") field(LINR,"NO CONVERSION") field(EGUF,"100") field(EGUL,"0") field(EGU,"Celcius")

field(DRVH,"100") field(DRVL,"0") field(HOPR,"80") field(LOPR,"10") field(HIHI,"0.0e+00") field(LOLO,"0.0e+00") field(HIGH,"0.0e+00") field(LOW,"0.0e+00") field(HHSV,"NO_ALARM") field(LLSV,"NO_ALARM") field(HSV,"NO_ALARM") field(LSV,"NO_ALARM") field(HYST,"0.0e+00") field(ADEL,"0.0e+00") field(MDEL,"0.0e+00") field(SIOL,"") field(SIML,"") field(SIMS,"NO_ALARM") field(IVOA,"Continue normally") field(IVOV,"0.0e+00")}

アナログ出力レコードを定義する .db ファイルの全体

ここには設定が必要なフィールドだけが示されている。この他に実行時にだけ使われるフィールドがある。


EPICS フィールドの役割

定義何がレコードのプロセスを開始するか（周期的、外部割り込み、オペレ

ータ操作）データ入出力の先生の I/O データを制御量に変換する方法アラームを報告するべき時を指定するリミットレコードをモニタしているクライアントにたいしていつ値の変更の通

知を送るか。処理アルゴリズムその他そのレコードタイプで設定が必要なもの

実行時の値を保持する入出力値アラーム状態、重篤度、アックノレッジタイムスタンプの処理その他内部的に利用されるデータ


EPICS フィールドの型

フィールドは以下のデータ型をとりうる整数 Integers

char, short or long signed or unsigned

浮動小数点 float or double

文字列 max length 40 characters or less

メニュー選択いくつかの文字列から一つを選ぶ内部的には短整数として保持される

リンク同じあるいは別の IOC 上にある別のレコードへのリンクハードウェア・シグナルへのリンク (device support) 値の読み書きのために使われる

その他の内部的データ外部から直接にはアクセス不能


EPICS すべてのレコードに共通のフィールド

設計時フィールドNAME 28 文字のユニークな名前DESC 28 文字の記述ASG アクセス　セキュリティ　グループSCAN スキャン機能PHAS スキャンの順位 (phase)PINI 初期化時のプロセス ?PRIO スケジューリング　プライオリティSDIS スキャン禁止値入力リンクDISV スキャン禁止値DISS スキャン禁止時の重篤度FLNK フォワード　リンク

実行時フィールドPROC プロセスの強制PACT プロセス実行中フラグSTAT アラーム状態SEVR アラーム重篤度TPRO プロセスのトレースUDF 値が未定義状態の時１に設定される。TIME 最後にプロセスされた時間


EPICS レコードのスキャン

SCAN フィールドは以下のメニュー選択枝から選ばれる。周期的エベント — 0.1 seconds .. 10 seconds I/O 割り込み ( もしデバイスがサポートしていれば ) ソフトエベント — EVNT フィールド受動的 (Passive): 既定値

PHAS フィールドに数値を指定することで、同一のスキャンのなかでの実行順序を設定する。 PHAS=0 のレコードが最初に「処理」され、その後 PHAS=1 , PHAS=2 と続く

PINI=YES のレコードはデータベースプロセスの起動時に一度「処理」される。

PRIO フィールドには Low/Medium/High のプライオリティをソフト・エベントあるいは I/O 割り込みで「処理」されるレコードで指定する。

レコードは PROC フィールドに任意の値が書き込まれた時、「処理」される。


EPICS 入力レコードのフィールド

ほとんどの入力レコードは次のフィールドをもつ：INP 入力リンク：どこから値を読み込むか？DTYP デバイス・タイプRVAL 生の値VAL 物理量・ Engineering valueLOPR 下限値HOPR 上限値

アナログ I/O レコードは次のフィールドをもつ :LINR ユニット変換指定

No conversion, Linear, breakpoint tables…EGUL 生の値の下限値に対応する物理量EGUF 生の値の上限値に対応する物理量EGU 物理量の単位（文字列）


EPICS 入力レコードの使用例：周期的入力

レコード名“ Temperature” のアナログ入力レコード (AI) 値は Xycom XY566 ADC Card 0 Signal 0 から読み込む 0.1 秒毎に新しい値を HW から読み込む。データは ADC の範囲から to 摂氏　 0..120 に変換される。


EPICS 割り込み入力

レコード名 “ VentValve” のバイナリ入力 (BI) レコードデータは Allen-Bradley TTL I/O Link 0, Adaptor 0, Card 3, Signal 5 　

から読み込む PLC からの割り込み信号によって値が変わる度に読み込まれる。 0 = “Closed”, 1 = “Open” バルブが開いている (1) の時レコードのアラーム状態は重警報状態

(Major_Alarm) となる。


EPICS 出力レコードのフィールドほとんどの出力レコードは次のフィールドをもつ：

OUT 出力リンク（値の出力先）DTYP デバイスタイプVAL 物理量・制御量RVAL 生な出力値DOL 出力値を持ってくる入力リンク（チャンネル）OMSL 出力モード選択

Supervisory, Closed LoopLOPR 下限値HOPR 上限値

アナログ出力レコードは次のフィールドももつ。 :OROC 出力変化率：OIF 増減（ Incremental ）か直接指定（ Full)OVAL 出力値DRVH 出力上限値DRVL 出力下限値IVOA 不正出力時の動作指定

Continue Normal, Don’t Drive output, set output to IVOV

IVOV 不正出力時のデフォルト値RBV 読み返し値


EPICS 受動的出力

“Solenoid” という名前のバイナリ出力レコード (BO) Xycom XY220 Digital output Card 2 Signal 12 を制御 SCAN=Passive: レコードは次の場合に「処理」される

チャンネルアクセスによって .VAL フィールドに値が書き込まれる。別のレコードが .VAL フィールドに値を書き込む別のレコードからフォワードリンクされている。（入力レコードでは）別のレコードがこのレコードの値を読み込んだ

とき


EPICS リンク

リンクはフィールドの型一つで、以下のいずれかとなる Input link

データを読み出す Output link

データを書き込む Forward link

このレコードの処理が終わったときに処理されるレコードを指す


EPICS 入力、出力リンクに指定できるのは…

定数 :03.14159265361.6e-19

ハードウェア・リンクハードウェアの入出力信号を選択。その形式は、デバイス・サポートに

依存している。プロセス・バリアブル・リンク

レコードの名前を指定。それは次のいずれかの型のリンクとなる。データベース・リンク

リンクに指定されたレコードは同じ IOC 上にある。チャンネル・アクセス・リンク

リンクに指定されたレコードは別の IOC 上にある。


EPICS ハードウェア・リンク

VME_IO #Cn Sn @parmCard, Signal

INST_IO @parmCAMAC_IO #Bn Cn Nn An Fn @parm

Branch, Crate, Node, Address, FunctionAB_IO #Ln An Cn Sn @parm or #Ln Pn Cn Sn Fn @parm

Link, Adaptor, Card, Signal, FlagGPIB_IO #Ln An @parm

Link, AddressBITBUS_IO #Ln Nn Pn Sn @parm

Link, Node, Port, SignalBBGPIB_IO #Ln Bn Gn @parm

Link, Bitbus Address, GPIB AddressVXI_IO #Vn Cn Sn @parm or #Vn Sn @parm

Frame, Slot, Signal


EPICS データベース・リンク

いかのものを指定できる : 同じ IOC 上にあるレコードの名前

myDb:myRecord フィールド名をさらに指定できる

.VAL (default) プロセス・パッシブ・フラグ

NPP (default)PP

重篤度最大化フラグNMS (default)MS

たとえば :M1:current.RBV NPP MS

注 : 非同期処理デバイス・サポートをもつレコードからの PP 指定の Get 要求は新しい値を返さないことに注意。


EPICS チャンネル・アクセス・リンク

データベースリンクと同様に指定。指令された名前のレコードは同じ IOC に存在していない他の IOC と CA プロトコルで通信する。フィールド名を含んでいてもよい。 (.VAL が既定値） PP リンクフラグは無視される。

入力リンクは常に NPP 出力リンクはしゅつりょくさきのフィールドの PP 属性に依存その他の CA と同じ振る舞いである。

MS リンクフラグは入力リンクに適用される。入力リンクは与えられた NMS や MS のフラグが効果を持つ出力リンクは常に NMS

追加のフラグCAローカルなリンクであっても CA リンクを使う。CP入力リンクでは、 Camonitorエベントが発生する毎にこのレコードが処理さ

れる。 or input link, process this record on CA monitor eventCPP:Cp のデータ読み出し：問題の切り分け


EPICS リンク・フラグのまとめ

Input Links Output Links

DB Links

.PP or .NPP

.MS or .NMS.PP or .NPP.MS or .NMS

CA Links

Always .NPP.MS or .NMS.CA to force..CP to process thisrecord on change..CPP only processif SCAN=Passive

.PP behavior ofdestination field.Always .NMS.CA to force.

Pages 16 thru 23 of the IOC Application Developer’s Guide cover this topic.


EPICS デバイス・サポート

レコードは直接ハードウェアにアクセスするわけではない。デバイス・サポート層が要求のあった場合に入出力動作を実行

する。個々のデバイス・サポートは一つのレコード型に対する入出

力を提供する。 DTYP フィールドで使用するデバイス・サポートを指定する。選択されたデバイス・サポートがリンク (INP or OUT field) に

指定するデバイスのアドレス指定の形式を規定する。新しいデバイス・サポートの追加はレコードのソフトウェア

の変更を必要としないデバイス・サポートは他のソフトウェア（ドライバ・サポー

ト）を呼び出してもよい。


EPICS 同期 I/O 対非同期 I/O

EPICS の決まりでは、デバイスサポートが遅いデバイスの入出力要求の完了を待つことを許さない。：スキャンのプロセス全体を待たせてしまうので。

レジスタ・ベースの VME カードは通常即座に応答を返す：同期

同期デバイス・サポート呼び出し元に帰る前にすべての入出力を完了する。

シリアルや I/O バス装置はデータを返すまでに長い時間(>10ms) を必要とする。：非同期

非同期デバイスサポートは呼び出し時に I/O を開始し、それをPACT を True にしたまま呼び出しもとに帰る。

結果が準備できると (CPU 割り込み）デバイス・サポートはレコードの process 関数を呼び出し、「処理」を終了させる。


EPICS ソフト・デバイス・サポート

入力および出力レコードはデバイス・サポートを通じてハードウェア I/O を実行するように設計されている。

これらのレコードはソフト・デバイス・サポートを使うことで、 DB あるいは CA リンクを使うことで他のレコードにアクセスすることができる。

二つのタイプのソフト・デバイス・サポートが用意されている： Soft Channel

リンクを通じて VAL を読み書きする。データの変換は行わない。 Raw Soft Channel

Inputs RVAL をリンクを通じて読み込む。 RVAL を VAL に変換 (record-type specific)

Outputs VAL を RVAL に変換 (record-type specific) RVAL を出力リンクに書き込み


EPICS フォワード・リンク

フォワード・リンクは通常同じ IOC のレコードを参照するデータベースリンクである。

CA リンクも可能であるが、リンク先のレコードの PROC フィールドをリンク先として指定する必要がある。

フラグはない (PP, NMS etc) リンク先のレコードは、「処理」実行されるためにSCAN = Passive

を指定されている必要がある。値は渡さない、単に「処理」を開始するだけである。


EPICS 「処理」の連鎖


EPICS どのレコードは決して処理されないか


EPICS どのレコードは 2 回処理されるか ?


EPICS PACT フィールド

すべてのレコードは PACT と名付けらら他 boolean 実行時フィールドをもっている (Process Active)

PACT レコードのリンクの無限ループを壊す効果を持つレコードの「処理」の開始直後に PACT は” true” に設定され

る。そのレコード中のリンクが値の読み書きに使われている間は PACT がtrue に設定される。

PACT はレコードの I/O 動作が終了しフォワードリンクの「処理」が終わったら False に設定される。

PACT が True であるとどの PP リンクもそのレコードの「処理」を開始することができない。入力レコードは現在の値を使う出力レコードは自分自身の値を単に出力する。 d


EPICS 何が起きるか？


EPICS レコードを「処理」から守る

条件によっては個々のレコードの「処理」を禁止することができれば便利である。

レコード特有の「処理」ルーチンが呼び出される前に、 SDISフィールドに指定された入力リンクから値が読み出され、 DISA フィールドに収めれらる。

もし DISA=DISV であればレコードは「処理」されない。：レコードの process 関数は呼び出されない。

「処理」が禁止されたレコードは DISS フィールドに指定された重篤度状態になる。

「処理」が禁止されたレコードの FLNK フィールドはトリガされない。


EPICS レコードの処理時間はどのように割当られるか ?

いくつの IOC タスクが使われる : コールバック (3 priorities) — I/O Interrupt scanEvent — Soft Event scanPeriod — Periodic

スキャンの周期ごとに異なるタスクが割り当てられる早いスキャンタスクほど高い実行割当率が実現できる。 Faster scan

rates are given a higher task priority (if supported by OS) Ca のタスクは　レコード「処理」のタスクよりも低いプライ

オリティをもつ。


EPICS ここでは何が悪いか


EPICS ロック・セット

一つのレコードが二つのスキャン・タスクから同時に「処理」されることを防ぐ

ロック・セットは以下の条件で関係付けられる一組のレコードである。出力データベース・リンクフォーワード・リンク PP あるいはM Ｓフラグをもつ入力リンク配列

ロック・セットは IOC の起動時に自動的に決定される。次の条件があればロック・セットを分割することができる。リンクが CA リンクである。 CA フラグを用いる。 NPP NMS のデータベースリンク


EPICS アラーム

すべてのレコードは次のフィールドをもつSEVR アラームの重篤度

NONE, MINOR, MAJOR, INVALID

STAT アラーム状態 ( 原因 )READ, WRITE, UDF, HIGH, LOW, STATE, COS, CALC, DISABLE, etc.

ほとんどの数値的なレコードは VAL フィールドの値を HIHI, HIGH, LOW および LOLO フィールドと VAL フィールドの値が確定した後に比較する。

HYST フィールドでアラームのチャタリングを防止する。それぞれのアラーム・リミット (HIHI, HIGH, LOW, LOLO) に

たいして独立に重篤度 (HHSV, HSV, LSV, LLSV) を指定できる。離散的（バイナリ）レコードでは、特定の状態になったときあ

るいは、状態の変化時にアラーム状態となることができる。 (COS)


EPICS 値の変化の通知 : モニタ・デッドバンド

CA は数値レコードをモニタしているクライアントに次の条件が成り立つとき、通知を送る。 VAL が次のフィールドに指定された値以上に変化したとき :MDEL Value monitorsADEL Archive monitors

アラームの状態が変化したときHYST Alarm hysteresis

アナログ入力レコードでは入力ノイズの影響を軽減するために平滑化のフィルタを適用することができる (SMOO) 。


EPICS ブレークポイント・テーブル

アナログ入力・出力レコードは非線形変換を RVAL<->VAL 変換の際に使うことができる。

ブレークポイント・テーブルは与えられたテーブルから値を補間する。ブレークポイント・テーブルを使うには LINR フィールドにブレークポイ

ント・テーブルの名前を指定する。

ブレークポイント・テーブルの例 (in your .dbd file)breaktable(attenuator1_1) { 504, 0 795, 1.25 909, 2.5 1012, 3.75 ...}

0

5

10

15

20

25

30

35

0 500 1000 1500 2000 2500

A/D Units

Attenuation (db)


EPICS シミュレーション

入出力レコードはしばしばハードウェア・インタフェースのシミュレーションをサポートしている。SIML Simulation mode linkSIMM Simulation mode valueSIOL Simulation input linkSIMS Simulation alarm severity

レコードはデバイスサポートを使う前に、 SIML リンクからSIMM の値を読み込む。

もし SIMM=YES であれば , デバイス・サポートは無視される ;レコードは SIOL リンクを入出力先として使う。

シミュレーション・モード中 (SIMM=YES) にはアラームの重篤度は SIMS フィールドに指定された値に固定される。


EPICS アクセス・セキュリティ

ネットワークを用いた制御システムはセキュリティルールを適用できる機能を持たねばならない。誰が、何時、どこで、何をできるのか ?

EPICS ではセキュリティは CA サーバ（通常は IOC) で守られている。

レコードは ASG フィールドにしてされたアクセス・セキュリティ・グループに割り当てられる。 ASG フィールドに指定がなければ DEFAULT セキュリティ・グループ

が選択される。それぞれのグループのルールによって、 CA クライアントが

そのグループに所属するレコードの読み・書きの権限を持っているかどうかをクライアントの IP address 、ユーザフィールドのアクセス・セキュリティ・レベルデータベースから読み出した値

に基づいて決定する。


EPICS アクセス・セキュリティ設定ファイル

セキュリティルールはアクセス・セキュリティ設定ファイルからロードされる。

example:UAG(users) {user1, user2}HAG(hosts) {host1, host2}ASG(DEFAULT) { RULE(1, READ) RULE(1, WRITE) { UAG(users) HAG(hosts) }}

もしセキュリティ・設定ファイルがロードされなければセキュリティの機能は働かず、すべての要求が処理される。

アクセス・セキュリティ・設定ファイルの詳細については IOCアプリケーション・デベロッパ・ガイドの第五章を参照せよ。

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