7月29日,隨著北京同步輻射裝置(BSRF)本年度首輪專用光運(yùn)行開放結(jié)束,新一代先進(jìn)光源實(shí)驗(yàn)控制與數(shù)據(jù)采集軟件框架(Mamba)完成了在BSRF多條線站的部署和對(duì)用戶的開放。Mamba軟件框架在BSRF實(shí)驗(yàn)站的成功部署與應(yīng)用,標(biāo)志著高能同步輻射光源(HEPS)光束線軟件系統(tǒng)工程建設(shè)工作重心已從軟件框架與原型研制開始向HEPS應(yīng)用軟件開發(fā)轉(zhuǎn)變。
長(zhǎng)期以來(lái),同步輻射方法學(xué)的發(fā)展同時(shí)受到硬件與軟件的制約,而隨著HEPS等新一代光源的建設(shè)和實(shí)驗(yàn)站裝置的更新迭代,逐步解決了硬件的制約,所開展的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)J较蚋撸〝?shù)據(jù))通量、多模態(tài)、超快頻率、原位及動(dòng)態(tài)加載的形式轉(zhuǎn)變,對(duì)軟件的功能需求也發(fā)生了革命性的變化,軟件發(fā)展的滯后已成為現(xiàn)階段阻礙方法學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵因素。在全球先進(jìn)光源裝置升級(jí)換代的背景下,世界各國(guó)都在大力發(fā)展各自的軟件框架及生態(tài)化軟件應(yīng)用體系。實(shí)驗(yàn)控制與數(shù)據(jù)采集軟件是用戶了解與使用光源的重要窗口,在光源的全生命周期軟件體系中有著至關(guān)重要的地位。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展,在全球涌現(xiàn)出了Bluesky(美國(guó))、Sardana(歐洲)、GDA(英國(guó))等主流軟件框架和應(yīng)用體系。國(guó)內(nèi)同步輻射光源設(shè)施此前沒(méi)有高通量多模態(tài)實(shí)驗(yàn)控制與數(shù)據(jù)采集的軟件應(yīng)用場(chǎng)景,因此缺乏相關(guān)的部署。
為了解決HEPS的實(shí)驗(yàn)需求,HEPS束測(cè)控制部光束線軟件系統(tǒng)于2020年初在國(guó)內(nèi)率先啟動(dòng)了新一代軟件框架Mamba的研制工作,旨在為HEPS一期各線站開發(fā)以方法學(xué)為中心的實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制與數(shù)據(jù)采集軟件,并著眼于打造自主可控的具有國(guó)際先進(jìn)水平的、完備的、生態(tài)化的軟件應(yīng)用體系,以全面提升實(shí)驗(yàn)控制的自動(dòng)化與智能化水平,提升用戶體驗(yàn)、促進(jìn)光源科研產(chǎn)出。經(jīng)過(guò)近兩年的開發(fā)與測(cè)試,基于Bluesky開發(fā)的Mamba軟件框架初具雛形,整體軟件框架設(shè)計(jì)于2022年5月在同步輻射領(lǐng)域?qū)I(yè)期刊《Journal of Synchrotron Radiation》獲得發(fā)表,已具備了進(jìn)行應(yīng)用軟件開發(fā)的基礎(chǔ)。
在BSRF裝置2022年首輪專用光機(jī)時(shí)中,基于Mamba軟件框架開發(fā)的多類型實(shí)驗(yàn)控制與數(shù)據(jù)采集軟件在相應(yīng)線站進(jìn)行部署,并開放用戶使用,多位用戶對(duì)軟件的整體功能性、用戶體驗(yàn)給予較高的評(píng)價(jià)并提出了許多建設(shè)性意見。其中,熒光掃描(XRF Mapping)成像實(shí)驗(yàn)控制與數(shù)據(jù)采集軟件在4W1B線站正式部署應(yīng)用,多個(gè)所外課題組基于該軟件完成了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集,用戶可在點(diǎn)采、步進(jìn)掃描、飛掃等多種實(shí)驗(yàn)?zāi)J街腥我馇袚Q,并且通過(guò)集成在線數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行一鍵式數(shù)據(jù)采集及分析;掃描顯微成像(STXM)實(shí)驗(yàn)控制與數(shù)據(jù)采集軟件在3W1線站實(shí)現(xiàn)部署應(yīng)用,用戶可基于該軟件進(jìn)行多組發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的批量掃描,極大地加速了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的效率與自動(dòng)化水平;由HEPS硬X射線成像線站(B7)自主研制的大型面探測(cè)器(6K*6K像素)也實(shí)現(xiàn)了在Mamba內(nèi)的集成與應(yīng)用;拉曼散射實(shí)驗(yàn)分析晶體自動(dòng)調(diào)姿離線測(cè)試完成驗(yàn)證后,基于Mamba研制的三晶體自動(dòng)優(yōu)化,在1W2B線站進(jìn)一步得到在線實(shí)測(cè)驗(yàn)證:成功實(shí)現(xiàn)光斑自動(dòng)識(shí)別、光斑與晶體匹配、自動(dòng)調(diào)焦等功能,提高調(diào)光效率。同期,光束線軟件系統(tǒng)召集Mamba開發(fā)進(jìn)展研討會(huì),向HEPS光束線部各系統(tǒng)工作人員報(bào)告并討論了Mamba軟件框架的研制進(jìn)展與下一步開發(fā)計(jì)劃。
本項(xiàng)工作由HEPS束測(cè)控制部光束線軟件系統(tǒng)張一與團(tuán)隊(duì)成員負(fù)責(zé)開展。Mamba軟件框架研制基于HEPS束控部束線控制系統(tǒng)與計(jì)算與通訊系統(tǒng)等的工作基礎(chǔ)之上,與其研制的設(shè)備控制軟件、數(shù)據(jù)分析和管理軟件框架一起構(gòu)建先進(jìn)光源實(shí)驗(yàn)全生命周期軟件框架與生態(tài)體系。本工作還得到了北京同步輻射裝置4W1B、3W1和1W2B等線站與HEPS多個(gè)光束線系統(tǒng)的支持。Mamba項(xiàng)目還獲得了高能所科技創(chuàng)新項(xiàng)目的支持。
圖1: Mamba-XRF Mapping成像軟件(4W1B)數(shù)據(jù)采集界面,實(shí)時(shí)2D Mapping和1D Spectra顯示
圖2: Mamba-STXM軟件在3W1線站進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)葉片批量成像實(shí)驗(yàn)采集界面
圖3:拉曼散射實(shí)驗(yàn)分析晶體自動(dòng)調(diào)姿Mamba軟件在1W2B線站實(shí)現(xiàn)概念性功能測(cè)試
圖4: Mamba開發(fā)進(jìn)展報(bào)告會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)
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