Ubuntu-安装Epics教程

作者：翟天保Steven
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一、Epics 是什么？

       Epics 全称是 Experimental Physics and Industrial Control System（实验物理与工业控制系统），是一套开源的、用于构建分布式控制系统的软件框架。它最初由美国能源部（DOE）下属的实验室（如洛斯阿拉莫斯国家实验室、阿贡国家实验室等）联合开发，旨在解决大型实验装置和工业设备的 实时监控、数据采集、设备控制 等核心需求。

       简单来说，Epics 就像一个 “控制系统的操作系统”，它提供了一套标准化的工具和接口，让开发者可以快速搭建出稳定、高效、可扩展的控制系统，而无需从零开始开发底层通信、数据处理等复杂功能。

二、Epics 的核心定位与设计目标

       Epics 的设计初衷是为 大型、复杂、分布式 的控制场景服务，其核心定位和目标可以概括为：

1. 实时性：支持毫秒级甚至微秒级的实时数据采集与控制指令响应，满足实验物理、工业生产中对时间精度的严苛要求。
2. 可靠性：通过分布式架构和冗余设计，确保系统在单个节点故障时仍能稳定运行，避免因控制中断导致实验失败或生产事故。
3. 可扩展性：支持从几十台设备到上万台设备的规模扩展，无论是小型实验室装置还是大型粒子对撞机、核电站等复杂系统，都能灵活适配。
4. 开放性与标准化：采用开源协议（主要是 EPICS Open License，类似 BSD 许可证），支持跨平台（Linux、Windows、macOS 等）和多语言接口（C/C++、Python、Java 等），方便与其他系统集成。
5. 模块化：核心功能拆分为多个独立模块，开发者可以按需选择和定制，降低系统复杂度。

三、Epics 的核心组件与工作原理

       Epics 系统由多个核心组件协同工作，理解它们的角色有助于后续的安装和配置：

1. IOC（Input/Output Controller，输入 / 输出控制器）

• 核心角色：Epics 系统的 “终端执行者”，直接连接物理设备（如传感器、电机、阀门、仪器等），负责实时采集数据、执行控制指令。
• 功能：运行设备驱动程序，将物理信号（如电压、温度、位移）转换为标准化的 Epics 数据格式，同时将上层控制指令转换为设备可识别的信号。
• 特点：通常部署在靠近设备的嵌入式系统或工业计算机上，支持实时操作系统（如 VxWorks）或通用操作系统（如 Linux）。

2. Channel Access（通道访问）

• 核心角色：Epics 系统的 “通信神经”，是 IOC 与上层应用之间的数据交互协议。
• 功能：定义了数据传输的格式和规则，支持客户端（如监控界面、数据分析程序）与 IOC 之间的实时数据读写、事件通知（如 “温度超过阈值时自动报警”）。
• 特点：基于 UDP/TCP 协议，支持局域网（LAN）和广域网（WAN）通信，延迟低、带宽占用小。

3. OPI（Operator Interface，操作员界面）

• 核心角色：用户与系统交互的 “窗口”，提供可视化监控和操作界面。
• 常见工具：Epics 生态中有多种 OPI 开发工具，如 EDM（Extensible Display Manager）、CSS（Control System Studio）、Phoebus 等，支持拖拽式界面设计，可显示实时数据曲线、设备状态图标、控制按钮等。

4. 数据库与记录（Records）

• 核心角色：Epics 中的 “数据载体”，用于定义和存储设备的状态、参数和控制指令。
• Records：是 Epics 数据的基本单元，每个 Record 代表一个具体的控制变量（如 “温度值”“电机转速”“阀门开关状态”），包含数据值、时间戳、告警阈值、单位等元信息。IOC 通过读写这些 Record 实现对设备的控制。

5. 模块与支持包（Support Modules）

• 核心角色：扩展 Epics 功能的 “插件库”，提供各类设备驱动、通用算法和工具。
• 常见模块：如 asyn（异步通信支持，用于连接串口、USB、网络设备）、motor（电机控制模块）、calc（数学计算模块）、seq（状态机与序列控制模块）等，覆盖了大部分常见控制场景。

四、Epics 的应用场景

       Epics 凭借其高可靠性和实时性，在以下领域得到了广泛应用：

• 实验物理：大型粒子加速器（如欧洲核子研究中心 CERN 的 LHC）、同步辐射光源、核聚变装置（如 ITER）等，用于控制探测器、磁铁、真空系统等核心设备。
• 工业控制：核电站、半导体生产线、精密制造设备的实时监控与自动化控制。
• 能源与环境：风力发电、太阳能电站的设备状态监测与优化控制。
• 医疗设备：核磁共振（MRI）、粒子治疗设备的精密控制。
• 科研实验室：各类小型实验装置的自动化数据采集与控制（如温度、压力、流量控制）。

五、为什么选择在 Ubuntu 上安装 Epics？

       Ubuntu 作为最流行的 Linux 发行版之一，是 Epics 部署的首选系统之一，原因包括：

• 开源兼容性：Epics 本身为开源框架，与 Linux 生态高度契合，避免了闭源系统的限制。
• 稳定性与安全性：Ubuntu LTS（长期支持版）提供长达 5 年的更新支持，适合工业和科研场景的长期运行需求。
• 工具链丰富：Ubuntu 预装了 GCC、Make、Git 等开发工具，无需额外配置即可编译 Epics 源码。
• 社区支持：Ubuntu 拥有庞大的用户社区，遇到问题时更容易找到解决方案，且 Epics 官方文档对 Linux 环境的支持最完善。

六、下载

       1）进入官网：EPICS - Experimental Physics and Industrial Control System，点击Software->EPICS Base->Base 3.15 Stable。

       2）选择合适版本，建议最新版，比如当前3.15.9，就点击Release R3.15.9。

       3）往下翻找到Software Download，点击base-3.15.9.tar.gz，下载到本地，完成。

七、安装

       1）在ubuntu系统主目录下创建一个epics文件夹，将下载的解压包放进去。

       2）ubuntu终端下输入如下管理员命令，更新系统包。

sudo apt update

       3）ubuntu终端下输入如下管理员命令，安装Epics的依赖。

sudo apt install make
sudo apt install g++

       4）ubuntu终端下输入如下命令，解压Epics Base的压缩包，注意名字可能有所不同。

cd epics
tar -zxvf base-3.15.9.tar.gz 

       5）ubuntu终端下cd进入解压文件夹（看蓝色部分就可以知道当前目录），在base目录中执行编译。

cd base-3.15.9
make

       6）make会执行一段时间，如果报错，则去排查make是否有问题；如果make结束没有提示错误，说明成功，类似下图。

       7）此时，Epics Base已经安装编译完成，继续往下进行环境配置。

八、配置环境

       1）进入文件夹，在设置里勾选显示隐藏文件，此时在主目录下会出现.bashrc文件。

       2）打开.bashrc文件，在最后面输入如下内容，其中EPICS_BASE是你刚才安装的base路径，如果和我一样就可以直接复制粘贴，否则要改一下。

export EPICS_BASE=${HOME}/epics/base-3.15.9
export EPICS_HOST_ARCH=$(${EPICS_BASE}/startup/EpicsHostArch)
export PATH=$PATH:$EPICS_BASE/bin/${EPICS_HOST_ARCH}

       3）打开终端，输入如下命令，激活环境变量。

source ~/.bashrc

       4）在终端输入如下命令，验证是否激活成功。

echo $EPICS_BASE
echo $PATH

九、测试

       在终端输入如下命令，测试是否进入epics，前面出现epic>，说明成功，输入exit退出即可。

softIoc

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