Diseño e implementación de un árbol de codificación Huffman en tiempo real en FPGA para la optimización de la compresión de datos del plano de energía del experimento NEXT

Abstract

[ES] El proyecto consiste en el desarrollo de un circuito digital para la obtención en tiempo real del árbol de códigos Huffman para la compresión de datos del plano de energía del experimento NEXT. El objetivo es la optimización de la compresión de datos ya implementada que utilizan estos códigos, pero que se han obtenido mediante simulación y no están optimizados para la actividad del detector que usa diferentes fuentes radiactivas y que puede generar a lo largo del tiempo diferentes topologías de señal. La optimización de la compresión a través del uso de códigos Huffman que se adaptan a la actividad del detector supone una menor tasa en la transmisión de la información de interés del detector hacia el sistema de procesado offline de datos. El proyecto implica el estudio de los códigos Huffman y la obtención del árbol de códigos que se usan posteriormente para hacer la compresión, así como la implementación del circuito que obtiene el árbol de códigos en tiempo real en FPGA para ser integrado en los módulos ya existentes del sistema de adquisición de datos. Este proceso implica también una fase de verificación del diseño.

[CA] El projecte consisteix en el desenvolupament d’un circuit digital per a l’obtenció en temps real de l’arbre de codis Huffman per a la compressió de dades del pla d’energia de l’experiment NEXT. L’objectiu és l’optimització de la compressió de dades ja implementada que utilitzen aquests codis, però que s’han obtingut mitjançant simulació i no estan optimitzats per a l’activitat del detector que usa diferents fonts radioactives i que pot generar al llarg del temps diferents topologies de senyal. L’optimització de la compressió a través de l’ús de codis Huffman que s’adapten a l’activitat del detector suposa una menor taxa en la transmissió de la informació d’interès del detector cap al sistema de processat offline de dades. El projecte implica l’estudi dels codi Huffman i l’obtenció de l’arbre de codis que s’usen posteriorment per a fer la compressió, així com la implementació del circuit que obté l’arbre de codis en temps real en FPGA per a ser integrat en els mòduls ja existents del sistema d’adquisició de dades. Aquest procés implica també una fase de verificació del disseny.

[EN] The project consists in the development of a real time digital circuit that generates dynamically the Huffman coding tree for the data compression of the energy plane of the NEXT experiment. The objective is the optimisation of the data compression already implemented that uses this type of codes, but that have been obtained by means of simulation. These codes are not optimised for the activity of the detector because it uses different radioactive sources that generates different signal topologies. The online optimisation of the Huffman codes leads to data throughput reduction between the data acquisition and the offline processing system. The project involves the evaluation of the Huffman codes and the obtaining of the coding tree. These codes are later used to do the data compression. It also involves the implementation of the circuit that obtains the coding tree in real time in an FPGA in order to be integrated in the already existent modules of the data acquisition system. This last process involves a phase of verification of the design.