CN101976203B - 并行化仿真多线程管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种并行化仿真多线程管理方法，包括以下步骤：将所有通讯方式实例为通讯对象分别用一个线程承载；对所述所有通讯对象的接收和发送方法进行多线程管理；将所有设备类实例为设备对象；对所述设备对象命令的解析，动作的执行，条件的判断进行多线程管理；将所有子系统类实例为子系统对象；和对所述子系统对象包括的所述设备对象之间的逻辑关系进行多线程管理。通过该方法能够解决半导体制造装备控制软件测试的效率和准确定位系统所存在问题，同事，该装置能够决集成电路工艺设备的工艺稳定性，工艺可靠性，减少设备维修时间，最大程度的提高设备的利用率。

Description

并行化仿真多线程管理方法

技术领域

本发明涉及计算机应用技术领域和集成电路装备领域，特别涉及一种基于设备控制软件的面向半导体制造装备功能仿真的并行化仿真多线程管理方法。

背景技术

随着集成电路芯片集成度的不断提升和芯片功能的不断提高，人们对工艺的要求越来越高，这对半导体制造装备是一个巨大的挑战。在半导体制造装备的研究、开发和测试工作中，包括硬件和软件的研发。而所开发软件中绝大部分是设备控制软件，这些软件在进行测试时，需要首先在仿真环境下进行验证，而单纯为某一个项目开发软件测试平台不仅耗时过大而且可重用性很差，为了提高软件测试的效率和准确定位系统所存在问题，迫切需要一个通用的软件测试平台系统。它需要提供各项目使用的所有硬件的仿真程序，使开发出来的软件能在此基础之上运行，从而进行测试。仿真平台的使用，能够准确测试设备控制系统软件，可以减少控制系统软件执行与集成电路制造工艺过程的失败，能解决集成电路工艺设备的工艺稳定性，工艺可靠性，减少设备维修时间，最大程度的提高设备的利用率。

在实际的半导体制造装备中，很多信息的交互，设备的行为，参数的改变等等都是在同一时间同步并行完成的，而对于半导体仿真平台而言，要做到这点必须运用并行的多线程机制才能实现。

所谓多线程，是在计算机编程中，一个基本的概念就是同时对多个任务加以控制。许多程序设计问题都要求程序能够停下手头的工作，改为处理其他一些问题，再返回主进程。可以通过多种途径达到这个目的。最开始的时候，那些掌握机器低级语言的程序员编写一些“中断服务例程”，主进程的暂停是通过硬件级的中断实现的。尽管这是一种有用的方法，但编出的程序很难移植，由此造成了另一类的代价高昂问题。中断对那些实时性很强的任务来说是很有必要的。但对于其他许多问题，只要求将问题划分进入独立运行的程序片断中，使整个程序能更迅速地响应用户的请求。最开始，线程只是用于分配单个处理器的处理时间的一种工具。但假如操作系统本身支持多个处理器，那么每个线程都可分配给一个不同的处理器，真正进入“并行运算”状态。从程序设计语言的角度看，多线程操作最有价值的特性之一就是程序员不必关心到底使用了多少个处理器。程序在逻辑意义上被分割为数个线程；假如机器本身安装了多个处理器，那么程序会运行得更快，毋需作出任何特殊的调校。根据前面的论述，大家可能感觉线程处理非常简单。但必须注意一个问题：共享资源！如果有多个线程同时运行，而且它们试图访问相同的资源，就会遇到一个问题。举个例子来说，两个进程不能将信息同时发送给一台打印机。为解决这个问题，对那些可共享的资源来说(比如打印机)，它们在使用期间必须进入锁定状态。所以一个线程可将资源锁定，在完成了它的任务后，再解开(释放)这个锁，使其他线程可以接着使用同样的资源。多线程是为了同步完成多项任务，不是为了提高运行效率，而是为了提高资源使用效率来提高系统的效率。线程是在同一时间需要完成多项任务的时候实现的。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷，提出了一种基于设备控制软件的面向半导体制造装备功能仿真的并行化仿真多线程管理方法。

为达到上述目的，本发明一方面提出了一种面向半导体制造装备功能仿真的并行化仿真多线程管理方法，包括以下步骤：将所有通讯方式实例为通讯对象分别用一个线程承载，且托付给相应的设备对象；对所述所有通讯对象的接收和发送方法进行多线程管理；将所有设备类实例为设备对象分别托付给相应的子系统对象；对所述设备对象命令的解析，动作的执行，条件的判断进行多线程管理；将所有子系统类实例为子系统对象分别托付给相应的系统对象；和对所述子系统对象包括的所述设备对象之间的逻辑关系进行多线程管理。

在本发明的一个实施例中，所述将所有通讯方式实例为通讯对象分别用一个线程承载，且托付给相应的设备对象，还包括：所述不同的通讯对象有不同的通讯参数。

在本发明的一个实施例中，所述对所述所有通讯对象的接收和发送方法进行多线程管理，进一步包括：所述通讯对象的接收和发送方法是唯一的；所述接收和发送方法为一个互斥段，且同一时刻拥有互斥对象的线程具有访问资源的权限；所述当前具有访问资源的权限的线程在任务处理完后将所述互斥对象交出，以为其它线程使用。

在本发明的一个实施例中，所述互斥段为lock标记，所述lock把某一代码定义为互斥段，其中，所述互斥段在一个时刻内只允许一个线程进入执行。

在本发明的一个实施例中，所述将所有设备类实例为设备对象分别托付给相应的子系统对象，还包括：解析所述通讯对象的各种信息；和分析所述设备对象的一些属性行为，以及根据所述各种信息执行的相关动作。

在本发明的一个实施例中，对所述设备对象命令的解析，动作的执行，条件的判断进行多线程管理，进一步包括：保证某段代码在执行的时候以某一设备线程独占的方式执行；在所述某一设备线程独占的方式执行时，如果有另外的设备线程访问所述代码则会被暂停，直到独占的代码执行完毕。

在本发明的一个实施例中，所述将所有子系统类实例为子系统对象分别托付给相应的系统对象，其中，所述子系统还用于协调所述设备对象之间的操作。

在本发明的一个实施例中，所述对所述子系统对象包括的所述设备对象之间的逻辑关系进行多线程管理，进一步包括：每一个设备线程表示为一个信号量；多个所述设备线程同时使用共享资源，且标出同时访问共享资源的所述设备线程最大数目；子系统层在创建所述信号量时指出允许的最大资源计数和当前可用资源计数；线程在处理完共享资源后，应在离开的同时将当前可用资源计数加1。

在本发明的一个实施例中，在任何时候所述当前可用资源计数不能大于所述最大资源计数。

本发明的方法主要完成灵活管理仿真系统内共享内存和消息传递的各线程之间的操作，避免线程之间共享资源时造成的线程冲突，使系统能够清晰流畅的运行，并能最大限度的节约开启线程所使用的系统资源。且具有准确性、实时性的特点，可以与其他相关的系统以及一个完整的半导体制造装备功能仿真平台配合使用。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明仿真系统并行化线程层次框图举例；

图2为本发明协议层的线程处理流程图；

图3为本发明设备线程模块；和

图4为本发明子系统层线程模块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

该面向半导体制造装备功能仿真的并行化仿真多线程管理方法主要是实现在一个仿真系统中各线程之间并行化运行的管理机制，简单来说，就是使系统内各个设备在接收消息和执行行为时能够同时同步的执行，在同时同步执行期间，不会产生任何操作之间的冲突。当然，必要的操作等待时间是存在的。

该面向半导体制造装备功能仿真的并行化仿真多线程管理方法是只针对半导体制造装备功能仿真平台使用的，前提是建立在已经完成的功能仿真平台上的，我们将该系统运用到已经开发完成的一套的半导体制造装备功能仿真平台上，但是考虑到将来的开发和发展，需要做到通用性和可扩展的要求，方便用户的操作和使用，也便于和其他厂商或自身其他产品兼容。

在面向半导体制造装备功能仿真的并行化仿真多线程管理方法的实现过程中，完全是按照仿真平台的层次来搭建的。由于仿真平台分为了协议层，设备层，系统层3个层次，在每个层次中都建立一套并行化仿真多线程机制，便于对个层次线程并行化的管理和操作，由于该套管理方法和系统都是在后台执行的，因此没有可视化界面给用户操作，但是考虑到将来的开发和兼容性问题，预留出了程序接口函数便于再次开发。

当然，在实际系统中，会分为若干个子系统，而这些子系统又包含了若干种设备，这些设备的通讯方式也有若干种，在实际运行时，所有的通讯方式、设备以及子系统都是同步运行，并行的实时执行操作的，仿真平台为了满足这个要求，我们分别对每个子系统、子系统包含的设备和设备需要使用的协议都单独运用一个线程来运行仿真，以保证和实际系统相接近。

具体地，在本发明的一个实施例中，面向半导体制造装备功能仿真的并行化仿真多线程管理方法的并行化线程层次框图如图1所示，图1为本发明仿真系统并行化线程层次框图举例。

针对每一层来说，每个线程里面还会包含了新的线程关系，例如对于一个设备线程，当设备接收到不同的控制命令时，需要执行各种不同的行为，这些行为也是由线程控制并统一管理的，为了尽量的接近实际设备的情况，在设计的时候考虑了多线程的并行化实现。

由前面可知，该管理方法以系统分为了协议层、设备层、子系统层3层来分别管理，但是在每一层之间都会有上下传递消息的接口用来系统内，避免各层之间的脱节，下面分别做详细介绍。

在本发明的实施例中，协议层线程管理：对于整个系统而言，协议层是系统的最底层，它是系统与外界通信的关键层次，在协议层中，会不停的出现接收和发送事件以及无数的通讯信息，如果不能实时准确的处理好这些逻辑，仿真平台就不能实现该有的功能。因此，采用了一种多线程并行的管理方法来实现。

首先，将通讯类实例成一个个的对象交给上层的设备，简单来说就是该设备对象需要什么通讯方式，就将该通讯方式的实例用一个线程承载，托付给该设备对象，这样就如同实际设备一样，不同的仿真设备能在同一时间并行的接收和发送信息，避免了上层仿真设备线程同时访问一个通讯对象，发生冲突。前提是这些通讯类对象需要有不同的通讯参数，如果通讯参数相同则会出现通讯冲突。

在每一个通讯对象中，所做的主要工作就是按照协议格式在设备与控制系统或者设备与设备之间接收和发送各种信息，当设备在同一时间接受或者发送命令的时候就会出现冲突，因此对接收和发送的方法采用了一种线程管理方法。如图2所示，为本发明协议层的线程处理流程图。

每个线程都有自己的资源，但是代码区是共享的，即每个线程都可以执行相同的函数。但是多线程环境下，可能带来的问题就是几个线程同时执行一个函数，导致数据的混乱，产生不可预料的结果，因此必须避免这种情况的发生。C#提供了一个关键字lock，它可以把一段代码定义为互斥段(critical section)，互斥段在一个时刻内只允许一个线程进入执行，而其他线程必须等待。

更为具体地：在每一个通讯实例中，接收和发送方法是唯一的，当不同的接收和发送线程同时调用接收和发送方法时，就需要保证在某一时刻只有一个线程能访问数据。接收和发送方法就是一个互斥段，只有拥有互斥对象的线程才具有访问资源的权限，由于互斥对象只有一个，因此就决定了任何情况下此共享资源都不会同时被多个线程所访问。当前占据资源的线程在任务处理完后应将拥有的互斥对象交出，以便其他线程在获得后得以访问资源。因为使用互斥不仅仅能够在同一应用程序不同线程中实现资源的安全共享，而且可以在不同应用程序的线程之间实现对资源的安全共享。因为当接收线程接收到一个信息之后，会马上将该信息传递到通往上层的接口处，然后释放掉了该线程，发送也是相同的操作，是个很短暂的过程，因此在接收和发送的时候不会出现太大的延迟状况甚至丢失信息的情况。

在本发明的实施例中，设备层线程管理：对于设备层而言，是整个仿真平台的灵魂所在，需要在软件层次模拟出实际设备的种种行为。在设备层，不但需要解析协议层传递过来的各种信息，还有自己本身的一些属性行为以及根据信息执行的相关动作。对于如此繁杂的逻辑，也采用一种多线程机制进行管理。

设备层与协议层相同，将设备类实例成一个个的对象交给上层的子系统，简单来说就是该子系统包含了多少设备对象，就将这些设备对象用线程承载运行，托付给上层子系统，这样就如同实际系统一样，不同的仿真设备能在同一时间实现不同的功能，避免了不同子系统同时访问一个设备对象，发生冲突。

在设备对象中，命令的解析，动作的执行，条件的判断等等逻辑都是需要同步同时执行的，对于这些功能我们都开启了线程来同步执行，同时，设备对象中也存在很多共享资源，例如设备的参数，设备的命令等等，不同的线程会在同一时间访问这些共享资源，因此会出现线程之间的冲突情况出现，于是用一种方法来避免这种情况的发生，该线程管理方法用来保护某段代码在执行的时候以独占的方式执行，这时如果有第二个线程想访问这个对象时就会被暂停。一直等到独占的代码执行为止。设备线程模块如图3所示，为本发明设备线程模块。

更为具体地，正常来说，被允许执行的线程首先会拥有对变量或对象的排他性访问权。当第一个线程访问对象时，第一个线程会给访问对象加锁，而这个锁会导致其它也想访问同一对象的线程被阻塞，直至第一个线程释放它加在对象上的锁。因此在线程之间要相互通信、相互协调才能完成任务。举例说明：当有多个线程共同访问同一个资源时，就必须保证第一个线程在正读取这个资源数据的时候，其它线程不能够修改它，这就需要线程之间相互通信。再有当一个线程要准备执行下一个任务之前，它必须等待另一个线程终止才能运行，这也需要彼此相互通信。该共享资源就是一个临界区(Critical Section)，是保证在某一时刻只有一个线程能访问数据的简便办法。在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问。如果有多个线程试图同时访问临界区，那么在有一个线程进入后其他所有试图访问此临界区的线程将被挂起，并一直持续到进入临界区的线程离开。临界区在被释放后，其他线程可以继续抢占，并以此达到用原子方式操作共享资源的目的。而不同的线程之间则是运用了线程池来管理，对于运行逻辑而言，访问共享资源是个非常短暂的间隔时间，因此并不会妨碍整个系统运行的效率，该多线程管理方法的运用使得多个线程并行的工作以完成多项任务，提高了系统的效率和资源的利用率。

在本发明的实施例中，子系统层线程管理：子系统层对整个仿真平台而言，就是将整个半导体制造装备按照功能细化为一块一块的功能模块，每个功能模块都是有若干个设备组合而成的，因此子系统还需要协调这些设备之间的操作，保证这些设备能够整合成一个整体准确的实现功能，所以清晰的子系统层线程管理方法是必要的。

在本发明的实施例中，将子系统类实例成一个个的对象，这些对象里面包含了许多设备之间的逻辑关系，简单来说就是该系统包含了多少子系统对象，就将这些子系统对象用线程承载运行，这样就如同实际系统一样，不同的子系统以及其包含的设备能在同一时间实现不同的功能，避免了不同子系统同时访问一个设备对象，发生冲突。

在子系统层中，包含了很多设备之间的逻辑关系，例如当一个设备执行什么动作或者该设备的属性达到某个临界值时，另一个设备会执行相关的动作或者其属性发生改变，或者几个设备控制着另一个设备的状态改变等等，这些设备之间的逻辑关系往往是比较复杂的，我们都将它们储存在子系统层中，作为一个共享资源供子系统包含的设备访问，为了达到设备并行访问的目的，我们设计了一套并行化的实现方法。子系统层线程模块如图4所示，为本发明子系统层线程模块。

更为具体地：在本发明的实施例中，子系统层就是一个共享资源，包含了若干设备之间的逻辑关系，每一个设备线程就是一个信号量，子系统层允许多个线程同时使用共享资源。它指出了同时访问共享资源的线程最大数目。它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。子系统层在创建信号量时即要同时指出允许的最大资源计数和当前可用资源计数。一般是将当前可用资源计数设置为最大资源计数，每增加一个线程对共享资源的访问，当前可用资源计数就会减1，只要当前可用资源计数是大于0的，就可以发出信号量信号。但是当前可用计数减小到0时则说明当前占用资源的线程数已经达到了所允许的最大数目，不能在允许其他线程的进入，此时的信号量信号将无法发出。线程在处理完共享资源后，应在离开的同时将当前可用资源计数加1。在任何时候当前可用资源计数决不可能大于最大资源计数。因为一个子系统涉及的设备数是固定的，在已知设备数的前提下，线程数目是已知的，同时为了便于以后的开发，我们也预留了线程数目接口，方便用户在需要添加设备的情况下增加线程数目。

本发明主要在于，为了解决半导体制造装备控制软件测试的效率和准确定位系统所存在问题，而提出一种基于设备控制软件的面向半导体制造装备功能仿真的并行化仿真多线程管理方法以及其系统。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种并行化仿真多线程管理方法，包括以下步骤：

将所有通讯方式实例为通讯对象分别用一个线程承载，且托付给相应的设备对象；

对所述所有通讯对象的接收和发送方法进行多线程管理；

将所有设备类实例为设备对象分别托付给相应的子系统对象；

对所述设备对象命令的解析，动作的执行，条件的判断进行多线程管理，包括：

保证某段代码在执行的时候以某一设备线程独占的方式执行；在所述某一设备线程独占的方式执行时，如果有另外的设备线程访问所述代码则会被暂停，直到独占代码执行完毕；

将所有子系统类实例为子系统对象分别托付给相应的系统对象；和

对所述子系统对象包括的所述设备对象之间的逻辑关系进行多线程管理，包括：

每一个设备线程表示为一个信号量；多个所述设备线程同时使用共享资源，且标出同时访问共享资源的所述设备线程最大数目；子系统层在创建所述信号量时指出允许的最大资源计数和当前可用资源计数；线程在处理完共享资源后，应在离开的同时将当前可用资源计数加1。

2.如权利要求1所述的并行化仿真多线程管理方法，其特征在于，所述将所有通讯方式实例为通讯对象分别用一个线程承载，且托付给相应的设备对象，还包括：

不同的通讯对象有不同的通讯参数。

3.如权利要求1所述的并行化仿真多线程管理方法，其特征在于，所述对所述所有通讯对象的接收和发送方法进行多线程管理，进一步包括：

所述通讯对象的接收和发送方法是唯一的；

所述接收和发送方法为一个互斥段，且同一时刻拥有互斥对象的线程具有访问资源的权限；

当前具有访问资源的权限的线程在任务处理完后将所述互斥对象交出，以为其它线程使用。

4.如权利要求3所述的并行化仿真多线程管理方法，其特征在于，所述互斥段为lock标记，所述lock把某一代码定义为互斥段，其中，所述互斥段在一个时刻内只允许一个线程进入执行。

5.如权利要求1所述的并行化仿真多线程管理方法，其特征在于，所述将所有设备类实例为设备对象分别托付给相应的子系统对象，还包括：

解析所述通讯对象的各种信息；和

分析所述设备对象的一些属性行为，以及根据所述各种信息执行的相关动作。

6.如权利要求1所述的并行化仿真多线程管理方法，其特征在于，所述将所有子系统类实例为子系统对象分别托付给相应的系统对象，其中，所述子系统还用于协调所述设备对象之间的操作。

7.如权利要求1所述的并行化仿真多线程管理方法，其特征在于，在任何时候所述当前可用资源计数不能大于所述最大资源计数。

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