Validação Funcional da Nova Arquitetura do Firmware do Calorímetro do ATLAS

Abstract

O experimento ATLAS do Large Hadron Collider (LHC) requer um sistema de trigger eficiente para selecionar eventos fisicamente relevantes dentre os dados gerados à frequência de 40 MHz. Em busca de novas descobertas, o LHC vem elevando sua taxa de colisão de partículas. Os módulos LATOME são responsáveis pela reconstrução de energia a partir de 320 Super Células com restrições rígidas de latência. Três módulos centrais (REMAP, USERCODE e OSUM) foram redesenhados usando High-Level Synthesis (HLS), substituindo uma arquitetura serial em VHDL por uma paralela a 160 MHz. Este trabalho emprega uma metodologia de verificação multicamada para garantir que o bloco de reconstrução de energia mantenha consistência funcional entre o novo firmware HLS e a implementação de referência. A estratégia compreende três camadas progressivas: L0, para validar o novo bloco via testbench em C++ e co-simulação SystemC/SCVerify; L1, que integra os módulos em um único domínio de clock e é realizada em duas implementações complementares, com Cocotb, ciclo a ciclo, e com SCVerify, para acelerar a varredura dos 116 mapeamentos do detector; e L2, que simula todos os blocos em conjunto com interfaces que permitem o acoplamento de arquitetura serial e paralela. Em L1 e L2 é empregado o ambiente Cocotb com QuestaSim, cobrindo uma órbita completa de 3564 cruzamentos de feixe. A validação apoia-se em dois modelos de referência em Python: um ciente do firmware, que replica seu comportamento interno, e um agnóstico, que descreve o comportamento esperado de alto nível. Os resultados confirmam a eficácia das atualizações propostas.