Ubuntu-安装Epics教程

作者：翟天保Steven

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：

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。
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。
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。
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。
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。

复制代码

sudo apt update

3）ubuntu终端下输入如下管理员命令，安装Epics的依赖。

复制代码

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。

复制代码

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。

复制代码

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。

复制代码

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。

复制代码

source ~/.bashrc

4）在终端输入如下命令，验证是否激活成功。

复制代码

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。

复制代码

softIoc

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