CN101158866A - 用于硅片传输系统的服务器架构以及信息交换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于硅片传输系统的服务器架构以及信息交换方法。所述传输系统包括上位的主控计算机以及连接控制数个硬件设备的传输计算机，所述服务器架构用于传输计算机上，所述服务器架构包括服务器类、通讯类、数个设备状态类以及直接与硬件设备交互的数个设备驱动类，其中服务器类通过通讯类与主控计算机交互消息，服务器将接收的消息下发给设备状态类，设备状态类通过对应的设备驱动类间接控制硬件设备的执行，且将硬件设备的最新状态通过反馈给服务器类来上传至主控计算机。相较现有技术，本发明提供的服务器架构通过将针对每一硬件设备设置了设备状态类和设备驱动类，实现了硬件设备之间的模块化，提高了传输系统的维护性和扩展性。

Description

用于硅片传输系统的服务器架构以及信息交换方法

技术领域

本发明涉及半导体领域硅片传输系统的装置以及信息的控制方法，尤其是指一种服务器架构以及信息交换方法。

背景技术

目前在国内，国产的半导体设备产业基本还未形成。研究传输控制系统的科研机构和高校也很少。中国期刊网上的学位论文全文数据库于2006年公开了文献《硅片传输机器人控制系统的研究与开发》，该文献的第四章节重点分析了采用的控制策略，DLL动态链接库和Active控件技术是传输系统上层应用程序和底层硬件设备程序之间交互的主要手段。底层设备程序封装后，以头文件的形式给上层调用，上层程序通过包含头文件，以函数调用的形式来实现对底层设备的流程控制。采用这种方式，能较好的实现控制层次的划分，只要系统的函数接口层次定义完成后，开发人员就能并行开发。但是采用上述函数接口的形式，底层函数被调用后，到结果返回之前，被调用函数内部经历了复杂执行过程，上层程序无法获知所调用函数内部执行的细节过程。另外，如果采用非异步的函数，执行期间，很容易阻塞上层调用程序。北京航空航天大学出版社于2004年4月出版的《51系列单片机高级实例开发指南》涉及了运动控制系统的开发，其中上下层的通讯是通过ASCII形式的命令字符串，应答字符串方式来实现，通常是一条命令对应一条应答消息，这种方式也不能完全反映出被调用方的执行过程细节。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种可实时跟踪传输系统执行细节的服务器架构和信息交换方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种新的用于传输系统的服务器架构。所述传输系统包括上位的主控计算机以及连接数个硬件设备的传输计算机，所述服务器架构用于传输计算机上，所述服务器架构包括服务器类、通讯类、数个设备状态类以及直接与硬件设备交互的数个设备驱动类，其中服务器类通过通讯类与主控计算机交互消息，服务器将接收的消息下发给设备状态类，设备状态类通过对应的设备驱动类间接控制硬件设备的执行，且将硬件设备的最新状态通过反馈给服务器类来上传至主控计算机。

服务器类与主控计算机交互消息包括服务器类接收主控计算机的下发命令、对每一下发命令的层次状应答消息以及硬件设备自发产生的告示信息。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种用于传输系统的信息交换方法。该信息交互控制方法包括如下步骤：a.设备状态类在设备驱动类中注册所有与其相关的事件；b.在设备驱动类中定义事件，声明执行函数；c.设备驱动类处于新状态时触发相应的事件，事件发生触发所有注册过该事件的设备状态类的更新行为，获取硬件设备的当前状态，使设备状态类和设备驱动类的状态保持一致；d.设备状态类将硬件设备当前状态通过服务器类、通讯类反馈给主控计算机。

与现有技术相比，本发明提供的服务器架构通过将针对每一硬件设备设置设备状态类和设备驱动类，实现了硬件设备之间的模块化，提高了传输系统的维护性和扩展性；服务器架构设有与主控计算机交互的通讯类，两者之间交互采用的是层次状的消息结构，实现了对硬件设备状态的实时跟踪；采用本发明提供的信息交换方法，允许独立改变设备驱动类和设备状态类，也可以不改动设备驱动类和其他设备状态类的前提下增加新的状态类。

附图说明

图1：传输系统的物理结构示意图；

图2：传输系统的通讯结构示意图；

图3：传输计算机上服务器架构的结构示意图；

图4：设备驱动类和设备状态类的静态结构图；

图5：设备驱动类和设备状态类信息交互顺序图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明用于硅片传输系统服务器架构以及信息交换方法的较佳实施例进行描述，以期进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。

图1是一种硅片传输系统的物理结构图，图中显示了该传输系统具有若干个执行部件(设备)，其包括三个独立的用于存放硅片的版库1、2、3(以下分别称为1号版库、2号版库、3号版库)、一个直线导轨5，一个多轴机械手4以及数个传感器(如真空传感器、扫描传感器、接近开关等等，未图示)。所述机械手4一共有五个工作位置。版库被抬升之后，机械手4在直线导轨5上滑行，可以从任何一个版库的任何一个槽位取或者放硅片。

图2是所述硅片传输系统的通讯结构图。参阅图2并结合图1，该传输系统包括主控计算机6、传输计算机7以及若干控制执行部件的设备。大部分设备如控制机械手的机械手控制器、真空传感器、直线导轨5以及与版库对应的三个硅片盒管理a、b、c是通过以太网或者RS232 COM2-5串口与传输计算机7进行通讯的，还有一部分部件如数字I/O是通过传输计算机7的扩展槽进行连接控制的。传输计算机7整合这些设备、部件(以下统称“硬件设备”)通过集线器或者交换器、以太网等与上位的主控计算机6实现通信。主控计算机6和传输计算机7采用的是双向交互通讯，即传输计算机7不但能接受主控计算机6下发命令，做出被动应答，还应当具有主动上发消息功能，告知主控计算机6传输系统硬件设备的最新变化。主控计算机6下发的一条命令比如机械手初始化命令对应机械手4一系列复杂动作，而每一个动作的完成只是整个命令序列的一个步骤。整个初始化过程可以划分成数层次(节点)，每个层次(节点)包含一系列动作(参阅下附表2)。数个初始化层次(节点)的完成构成一个完整的初始化过程。主控计算机6在下发传输系统初始化指令后，需要实时感知传输系统具体初始化过程的每一步骤的进展，判断初始化进程进展到那一个层次，相关层次中的那一步，这是一个动态实时的跟踪过程。当命令下发失败，初始化不能继续下去的时候，主控计算机6能在第一时间，根据传输计算机7连续不断上传的反馈消息做出正确的判断。要达到这一要求，需要设计一套形式有效的消息机制来反应主控计算机6和传输计算机7之间的信息交互。

为了实现主控计算机6与传输计算机7之间实时双向通讯，本发明提出了一种层次状的消息结构，表1为该消息结构模板。

表1 消息结构模板

事件：<事件_XX参数＝“参数值”></事件_XX参数＝“参数值”>内容(状态码)：<状态_XX＝“状态码”/>内容(状态和属性码)：<状态_XX＝“状态码”    属性_XX＝“属性码”/>内容(属性码)：<属性_XX＝“属性码”/>错误：<错误_XX＝“错误码”/>

该消息结构模板具有如下特征：

1.针对每一条命令(每一项)，消息结构模板分成三个部分：事件的开始、结束以及内容。

2.事件位于应答消息的最外层，表示主控计算机下发命令后事件的开始和事件的结束。

3.事件应答消息字符串位于尖括号内，以“事件_XX”开头，“事件”标识本消息的性质，其后的“XX”为具体产生事件的所有者，对应硬件设备；“参数＝“参数值””是具体事件的特征说明。

4.事件的开始与结束分别通过反馈消息的“<”和 “</”来区别。

5.内容消息包含于事件消息之内部。

6.内容消息位于尖括号内，内容结束由“ />”结尾。

7.内容的第一种组成形式是“状态_XX＝“状态码””，其中“状态”表示本内容消息的性质，其后的“XX”为产生内容消息的所有者，“状态码”是具体状态特征说明。

8.内容的第二种组成形式是“属性_XX＝“属性码””，其中“ 属性”表示本内容消息的性质，其后的“XX”为产生内容消息的所有者，“属性码”是具体属性特征说明。

9.内容的第三种组成形式是“状态_XX＝“状态码”属性_XX＝“属性码””，它是特征7和8两部分内容的叠加，该种形式的内容既有状态部分又有属性部分。

10.错误消息和内容消息属于同一个层次，它们都位于事件消息层次之内。当有错误发生时，产生错误消息。错误消息的组成形式是“错误_XX＝“错误码””。其中“错误”表示本消息的性质，其后的“XX”为产生错误消息的所有者，“错误码”是具体错误的特征说明。

11.该消息结构模板对大小写不敏感，其只注意字符的意义，不注意字符的表现形式。

根据表1所示的消息结构模板以及上述特征7-9，下面给出三个消息结构的具体实施例：

结构1：内容为状态码(实例1)

主控计算机命令(发出)

<命令_真空传感器_连接/>

传输计算机(应答)失败情况

<事件_真空传感器_连接>

<状态_真空传感器_连接＝“2030”/>注释：“2030”表示正在进行连接

<错误_真空传感器_连接＝“5010”/>注释：“5010”表示连接失败，原因端口错误

</事件_真空传感器_连接>

主控计算机命令(发出)

<命令_真空传感器_连接/>

传输计算机(应答)成功情况

<事件_真空传感器_连接>

<状态_真空传感器_连接＝“2030”/>  注释：“2030”表示正在进行连接

<状态_真空传感器_连接＝“2040”/>  注释：“2030”表示连接已经建立

</事件_真空传感器_连接>

结构2：内容为状态和属性码(实例2)

主控计算机命令(发出)

<命令_版库_获取_开锁时间 版库＝“1”/>注释：“1”指的是1号版库传输计算机(应答)

<事件_版库_获取_开锁时间 版库＝“1”>

<状态_版库_获取_开锁时间＝“2050”属性_版库_获取_开锁时间＝“250”/>

</事件_版库_获取_开锁时间 版库＝“1”>

注释：“2050”表示成功获取开锁时间“250”表示具体的开锁时间是250毫秒

结构3：内容为属性码(实例3)

主控计算机命令(发出)

<命令_版库_扫描 版库＝“1”>

传输计算机(应答)

<事件_版库_扫描 版库＝“1”>

<属性_版库_扫描＝“EFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFCE”/>

</事件_版库_扫描 版库＝“1”>

其中“EFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFCE”是相关的版库槽扫描消息可能的数值：E＝槽位空  C＝槽交叉  F＝槽占位

由上述实例可知，根据内容的结构形式不同，消息结构具有三种形式，分别对应上述结构1、结构2以及结构3，分别具有不同的应用场合。有些命令下发后，返回的只有状态码，反映命令执行过程中的事务的状态变迁情况，如运动定位命令，该命令执行时包含运动开始-加速-匀速运动-减速-停止运动5个状态，这类命令就适合套用结构1的格式。部分命令关心的只是定量的数量值(属性)，如版库扫描指令，关心的只是版库的相应槽位的具体内容，这类命令就适合于套用结构3的格式。同时需要状态，属性的消息就需要套用结构2的格式。

本发明提供的消息结构具有上述三种形式，且结构与结构之间能互相嵌套，形成更为复杂的消息结构。表2是主控计算机和传输计算机采用嵌套的消息结构进行复杂信息交互的实例。

表2主控计算机与传输计算机之间的信息交互

主控计算机(命令发出)	传输计算机(消息应答)
		<命令_真空传感器_连接/>
	<事件_真空传感器_连接><状态_真空传感器_连接＝“正在连接中”/><状态_真空传感器_连接＝“连接建立”/></事件_真空传感器_连接>
		<命令_机械手_初始化/>
	<事件_机械手_初始化><状态_机械手_初始化＝“正在初始化”/><事件_机械手_连接><状态_机械手_连接＝“正在连接中”/><状态_机械手_连接＝“连接建立”/></事件_机械手_连接><事件_机械手_回零><状态_机械手_回零＝“正在回零中”/><状态_机械手_回零＝“回到零位”/></事件_机械手_回零><事件_直线导轨_连接><状态_直线导轨_连接＝“正在连接中”/><状态_直线导轨_连接＝“连接建立”/></事件_直线导轨_连接><事件_直线导轨_回零><状态_直线导轨_回零＝“正在回零中”/><状态_直线导轨_回零＝“回到零位”/><事件_直线导轨_回零><状态_机械手_初始化＝“初始化成功”/></事件_机械手_初始化>
		<命令_版库_连接 版库＝“1号版库”/>
	<事件_版库_连接 版库＝“1号版库”><状态_版库_连接＝“正在连接中”/><状态_版库_连接＝“连接建立”/></事件_版库_连接 版库＝“1号版库”>
		<命令_版库_初始化版库＝“1号版库”/>
	<事件_版库_初始化 版库＝“1号版库”><状态_版库_初始化＝“盒盖关闭”/><状态_版库_初始化＝“版底锁”/><状态_版库_初始化＝“版盒开锁”/><状态_版库_初始化＝“版盒上升”/></事件_版库_初始化 版库＝“1号版库”>

传输系统硬件设备发生状态变更时，还应当具有主动上发消息通知上位主控计算机的功能。在此种情况下产生的消息并不应对主控计算机的下发命令，而是由控制硬件设备的传输计算机自动产生的告示消息。该告示消息的通用格式如表3所示。

表3告示消息通用格式

<告示_错误  XX＝“错误码”><告示 事件  XX＝“状态码”>

表3所示的告示信息的通用模板具有如下特征：

1.告示消息字符串位于尖括号内。

2.告示的第一种形式是“告示_错误XX＝“错误码””，其中“告示_错误”表示本消息的性质，其后的“XX”为消息的所有者，“错误码”是具体告示错误特征说明。

3.告示的第二种形式是“告示_事件XX＝“状态码””，其中“告示_事件”表示本消息的性质，其后的“XX”为消息的所有者，“状态码”是具体告示事件特征说明。根据表3提供的通用格式，该告示消息的实例如下：

<告示_错误  机械手＝“3010”> “3010”含义：机械手掉电

<告示_错误  机械手＝“3020”> “3020”含义：机械手紧停按钮被按下

<告示_事件  机械手＝“2020”> “2020”含义：机械手速度变化

<告示_事件  机械手＝“2100”> “2100”含义：机械手运行模式变化

从上面四个实例中可以明显看出，告示消息是由传输计算机控制的硬件设备自动产生的，而非主控计算机下发命令后的应答。告示消息的产生是随时随地产生的，具有不可预测性，但这些硬件设备的实时消息对主控计算机又非常重要，因此采用上述告示消息可以很好的实现传输计算机和主控计算机的双向交互通讯。

以上部分描述了传输系统需要的层次消息结构，以下部分对层次消息的产生、产生层次消息的服务器架构以及信息交换控制方式进行描述。

请参阅上附表2，传输系统的层次消息是由传输计算机上服务器运行程序生成。传输计算机直接控制着多个硬件设备，如图1及图2所示。在传输计算机的服务器程序的构架设计中，针对每一个具体的硬件设备，设计了两个类：设备状态类和设备驱动类。请继续结合图4，设备状态类中设计状态机，设备状态类维护硬件设备的状态变迁过程，接受上层(主控计算机)的指令参数输入，调用设备驱动类的执行函数，观察设备驱动类产生的新事件，更新获取当前硬件设备的状态，并更新状态机。设备驱动类直接和具体硬件设备交互，根据设备厂商提供的通信协议或者驱动程序接口函数，来控制执行机构。设备驱动类直接和硬件相关，不同的厂商的硬件，会提供完全不同的硬件指令，因而更改了硬件配置后，整个相关的设备驱动类必须重写。对设备状态类而言，它负责的是一个逻辑上的流程控制(工艺过程)，它不直接和具体的硬件驱动函数交互，而是通过调用设备驱动类的方法，间接控制执行机构的执行，因而设备状态类的结构是相对稳定的。只要工艺流程不变，逻辑上就不会有变化。替换了新的硬件设备后，仅需要更新设备驱动类。每一硬件设备的设备状态类和设备驱动类之间的依赖关系是一种目标和观察者的关系，目标对应设备驱动类，观察者对应设备状态类。一个目标(设备驱动类)可以有任意数目的依赖它的观察者(设备状态类)，一旦目标(设备驱动类)有所改变，所有与该目标改变相关的观察者(设备状态类)都得到通知。作为对这个通知的响应，每个观察者(设备状态类)都将查询目标(设备驱动类)且自动更新以使其状态与目标的状态同步。

针对图1和图2所示传输系统的硬件设备特点和控制结构，本发明提供的传输计算机的服务器架构设计了13个类，如图3所示。服务器类是核心类，它通过通信类与外界(上位主控计算机)进行信息交互，调用日志类记录传输系统运行信息和出错信息，对命令消息进行分类后下发到对应的设备状态类。版库状态类有三个，分别对应于图1中的1号版库，2号版库，3号版库，维护对应版库的运行状态。运动状态类管理机械手和直线导轨的协调运动。传感器状态类维护属于传输系统的传感器的状态变迁。配置文件类用于配置传输系统的物理设备的硬件常数及运行配置，测校数据等。图3中的底层是与硬件设备直接交互的5个设备驱动类：版库驱动类、数据采集卡驱动类、机械手驱动类、直线导轨驱动类和传感器驱动类。

请参阅图4和图5，传输系统每一硬件设备的设备状态类与设备驱动类信息交互的实现机制是：

第一步：设置过程

设备状态类在设备驱动类中注册所有与其相关的事件，注销与其无关的事件；

在设备驱动类中定义事件，声明执行函数。

第二步：设备状态类和设备驱动类的交互

上层(主控计算机)下达指令，服务器类通过通讯类接受指令，分类后下发到对应硬件设备的设备状态类中；设备驱动类从对应的设备状态类中获取执行指令，设备驱动类直接与硬件设备交互，执行完一条执行指令后，该硬件设备处于一个新的状态，此时的设备驱动类将会触发相应的事件。该事件发生时，将会触发所有注册过事件的设备状态类的更新行为，获取硬件设备当前状态，将硬件设备的当前状态更新状态机，从而使设备状态类和设备驱动类的状态保持一致。

以直线导轨的设备状态类，设备驱动类信息交互实例。

第一步：设置过程

直线导轨状态类：注册连接事件

直线导轨驱动类：定义连接事件，声明连接事件的执行函数

第二步：执行时，动态交互过程

直线导轨驱动类：连接动作过程发生，直线导轨连接完成，产生连接事件，

直线导轨状态类：获取连接事件通知，触发注册该事件的直线导轨状态

类的更新行为触发后续，更新直线导轨的状态

采用上述消息交互方法，允许独立的改变设备驱动类和设备状态类，即可以单独复用设备驱动类对象而无需同时复用其设备状态类，反之亦然。它也使你可以在不改动设备驱动类和其他的设备状态类的前提下增加新的设备状态类。采用上述信息交互方法，提高了传输系统设备的多样性和部件的替换升级，在服务器程序设计中，使传输工艺流程的实现与硬件设备驱动执行功能分离。被控制的设备之间实现模块化，提高了整套传输系统的维护性和扩展性。

Claims (16)

1.一种用于硅片传输系统的服务器架构，所述传输系统包括上位的主控计算机以及连接数个硬件设备的传输计算机，所述服务器架构用于传输计算机上，其特征在于，所述服务器架构包括服务器类、通讯类、数个设备状态类以及直接与硬件设备交互的数个设备驱动类，其中服务器类通过通讯类与主控计算机交互消息，服务器将接收的消息下发给设备状态类，设备状态类通过对应的设备驱动类间接控制硬件设备的执行，且将硬件设备的最新状态通过反馈给服务器类以上传至主控计算机。

2.如权利要求1所述的服务器架构，其特征在于：对应每一硬件设备，所述服务器架构均设有设备状态类和设备驱动类。

3.如权利要求1所述的服务器架构，其特征在于：所述服务器架构还包括日志类，其用于记录传输系统运行信息和出错信息。

4.如权利要求1所述的服务器架构，其特征在于：所述传输系统的硬件设备包括版库、直线导轨、机械手、数据采集卡以及传感器；所述服务器架构的设备状态类包括维护版库运行的版库状态类、维护机械手和直线导轨协调运动的运动状态类、维护传感器状态变迁的传感器状态类以及维护数据采集卡状态的数据采集卡状态类。

5.如权利要求4所述的服务器架构，其特征在于：所述设备驱动类包括版库驱动类、数据采集卡驱动类、机械手驱动类、直线导轨驱动类以及传感器驱动类。

6.如权利要求1所述的服务器架构，其特征在于：服务器类与主控计算机交互消息包括服务器类接收主控计算机的下发命令、对每一下发命令的层次状应答消息以及硬件设备自发产生的告示信息。

7.如权利要求6所述的服务器架构，其特征在于：所述应答消息包括事件消息和内容消息，其中事件消息位于内容消息的外层。

8.如权利要求7所述的服务器架构，其特征在于：事件消息的形式是“事件_XX“参数＝“参数值””，其中“事件”表示消息的性质，“XX”为产生事件的硬件设备，“参数＝“参数值””是具体事件的特征说明。

9.如权利要求7所述的服务器架构，其特征在于：内容消息的形式是“状态_XX＝“状态码””，其中“状态”表示内容消息的性质，“XX”为产生内容消息的硬件设备，“状态码”是具体状态特征说明。

10.如权利要求7所述的服务器架构，其特征在于：内容消息的形式是“属性_XX＝“属性码””，其中“属性”表示内容消息的性质，“XX”为产生内容消息的硬件设备，“属性码”是具体属性特征说明。

11.如权利要求7所述的服务器架构，其特征在于：内容消息的形式是“状态_XX＝“状态码”属性_XX＝“属性码””，其中“状态”表示内容消息的性质，“状态码”是具体状态特征说明，“属性”表示内容消息的性质，“属性码”是具体属性特征说明，“XX”为产生内容消息的硬件设备。

12.如权利要求7所述的服务器架构，其特征在于：所述应答消息还包括与内容消息属于同一层次的错误消息，其中错误消息的形式是“错误_XX＝“错误码””，其中“错误”表示消息的性质，“XX”为产生错误消息的硬件设备，“错误码”是具体错误的特征说明。

13.如权利要求6所述的服务器架构，其特征在于：所述告示信息的形式是“告示_错误XX＝“错误码””，其中“告示_错误”表示消息的性质，“XX”为产生消息的硬件设备，“错误码”是具体告示错误特征说明。

14.如权利要求6所述的服务器架构，其特征在于：所述告示信息的形式是“告示_事件XX＝“状态码””，其中“告示_事件”表示消息的性质，“XX”为产生消息的硬件设备，“状态码”是具体告示事件特征说明。

15.一种采用权利要求1所述服务器架构的信息交换方法，其特征在于，该信息交换方法包括如下步骤：

a.设备状态类在设备驱动类中注册所有与其相关的事件；

b.在设备驱动类中定义事件，声明执行函数；

c.设备驱动类处于新状态时触发相应的事件，事件发生触发所有注册过该事件的设备状态类的更新行为，获取硬件设备的当前状态，使设备状态类和设备驱动类的状态保持一致；

d.设备状态类将硬件设备当前状态通过服务器类、通讯类反馈给主控计算机。

16.如权利要求15所述的信息交互控制方法，其特征在于，在步骤b和c之间还包括步骤e：设备状态类从服务器类获得执行指令，调用设备驱动类的执行函数，与该设备驱动类直接交互的硬件设备执行该执行指令到达新状态。

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