CN102075395A - 数据传输总线系统 - Google Patents

Abstract

一种数据传输总线系统包括数据传输总线、总线控制模块、原始数据采集模块、多个数据处理模块。所述总线控制模块原始数据采集模块或者数据处理模块中指定数据传输源、接收数据传输源发出的数据传输等待信号、并根据当前的传输状态控制数据传输源输出数据并且控制数据处理模块接收数据、同时输出数据传输总线忙信号。本发明的数据传输总线系统由总线控制模块对数据传输进行控制，可保证某一时刻只有一个数据处理模块发起数据传输，当多个数据模块同时发起数据传输时，不发生总线冲突。

Description

数据传输总线系统

技术领域

本发明涉及一种步进扫描投影光刻机同步控制系统的运动数据传输总线系统，更进一步而言，涉及一种基于队列机制、异步时序规划、数据同步广播的运动数据传输总线系统，以及基于所述数据传输总线系统的数据传输方法。

背景技术

光刻是集成电路加工过程中最为关键的工序，因此光刻机是集成电路加工过程中最关键的设备。

图1的(a)部分所示为步进扫描投影光刻机的工件台、掩模台及狭缝的结构示意图。光束10通过由两个刀片11和12组成的狭缝后投影到掩模13上，掩模以设定的速度匀速通过该光束。同时，硅片15在透镜17的下方以与掩模相反的方向运动。这种步进扫描光刻机具有低变形、大像场的特点，同时，承载硅片的工件台16和承载掩模的掩模台14都能够实现高速的运动，使得步进扫描光刻机具有很高的生产效率，能够更好的满足市场对半导体芯片加工的需求。

所以，步进扫描投影光刻机的主要任务之一就是实现工件台和掩模台高速、高精度的运动控制。

以单次曝光扫描为例，步进扫描投影光刻机工件台、掩模台及狭缝的运动过程如图1的(b)部分所示，图1的(c)部分所示为它们的时间-速度曲线。在同步启动时刻S1，准备阶段开始，工件台16和掩模台14开始加速到正确的曝光速度和位置，刀片11开始加速；在同步扫描时刻U1，扫描阶段开始，激光10被打开，光子开始轰击硅片，在扫描运动中掩模像被曝光在硅片上；在曝光结束时刻S2，刀片12开始关闭，激光在U2时刻被关闭，工件台掩模台开始减速，单次曝光扫描结束。

为了实现上述运动控制，需要实时采集工件台和掩模台各自的x、y、z、Rx、Ry和Rz六个自由度的位置数据，每一个自由度都有对应的位置传感器和运动控制器。而为了实现高精度的运动控制，不同自由度的运动控制器需要其他自由度的位置数据，这样在光刻机工件台掩模台运动控制系统的每一个伺服周期内都会有大量的位置数据采集、传输和处理过程。

中国专利CN1648890发明了一种用于步进扫描投影光刻机的高速同步广播总线。其在用于传输工件台掩模台运动数据时，基于队列连续循环传输机制，将整个伺服周期分成若干序元传输周期，运动数据的传输仅在某个序元传输周期中完成，并且所有的数据传输周期均连续传输。利用该总线实现运动数据传输时，存在以下缺点：

1)用于运动数据传输的时间只占整个伺服周期的一小部分，当数据量比较大时，无法在该时间段内完成所有数据的传输，因此，该总线不适合大量数据的传输；

2)每个伺服周期内进行数据传输的时间固定，数据处理模块必须保证在适当的时候将数据处理完成，才能够将处理完的数据发送给其他模块。

中国专利CN1818797发明了一种用于步进扫描投影光刻机的光强数据总线系统，其在用于光强数据传输时，基于异步时序规划、消息传递机制，由数据处理模块发起整个数据传输，总线控制模块根据数据处理模块所需的数据源的状态，完成数据传输。利用该总线实现运动数据传输时，存在以下缺点：

1)总线传输由数据处理模块发起，当总线上有多个数据处理模块时，无法保证某一时刻只有一个数据处理模块发起数据传输，当多个数据模块同时发起数据传输时，会发生总线冲突；

2)某个数据模块需要多个数据采集模块的数据，只有当所有需要的数据都准备好以后，才能完成整个数据传输，整个数据传输需要较长的等待时间，不适合用于大量数据的快速传输场合。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于队列机制、异步时序规划、数据同步广播的数据传输总线系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种数据传输总线系统，其特征在于，包括：数据传输总线、总线控制模块、原始数据采集模块、及多个数据处理模块。所述数据传输总线包括地址信号线、数据信号线、控制信号线和状态信号线；所述总线控制模块从所述原始数据采集模块或者所述多个数据处理模块中指定伺服周期内所有数据传输周期的数据传输源；接收所述数据传输源发出的数据传输等待信号；根据当前的传输状态控制数据传输源输出数据并且控制数据处理模块接收数据；并且输出数据传输总线忙信号；所述原始数据采集模块通过光纤接收来自位置测量系统的原始位置数据，并根据所述总线控制模块所指定的地址信号和控制信号，输出所述数据传输等待信号，同时将所述原始位置数据输出至所述数据总线上；所述数据处理模块根据所述总线控制模块所指定的地址信号和控制信号，接收并计算处理总线上的数据；或者作为指定数据传输周期的数据传输源，将处理完成的数据发送至其他数据处理模块。

较佳地，所述总线控制模块包括先入先出式存储器，所述存储器定义了与各所述数据传输源相对应的数据传输包的传输顺序及其属性，以使数据在伺服周期中，按照该所述储器中定义好的数据传输周期的顺序依次进行传输。

较佳地，所述总线控制模块包括当前指定数据传输源寄存器，用于指定当前允许的所述数据传输源，并将被指定的所述数据传输源的地址广播到所述数据传输总线上。

较佳地，所述总线控制模块包括数据传输等待寄存器，其用于接收所述被指定数据传输源的数据传输等待信号，其中当接收到该信号后，所述总线控制模块触发与所述数据传输源相对应的数据传输包的数据传输周期。

较佳地，所述总线控制模块包括数据传输总线状态寄存器，其用于指示当前运动数据传输总线的状态，其中当所述数据传输总线上正在进行数据传输时，总线控制模块输出数据传输总线忙信号。

较佳地，所述数据传输总线为非地址-数据复用的广播总线。

较佳地，在一个数据传输周期内，只有一个所述数据传输源执行总线读操作，所述数据处理模块将数据存储到其本地存储器中。

较佳地，属于同一数据传输源的所有数据传输周期被封装成一个数据传输包，所述数据传输包包含了属于同一数据传输源的所有数据传输周期，并定义了数据传输周期的传输顺序及其属性。

本发明的数据传输总线系统由总线控制模块对数据传输进行控制，可保证某一时刻只有一个数据处理模块发起数据传输，当多个数据模块同时发起数据传输时，不发生总线冲突。

附图说明

图1为现有技术中步进扫描投影光刻机的运动过程的示意图；

图2为数据传输总线系统的组成图；

图3为数据传输包的存储结构及触发示意图；

图4为数据传输总线系统中数据传输控制流程图；

图5为数据传输总线应用于工件台掩模台运动控制系统的结构框图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于队列机制、异步时序规划、数据同步广播的数据传输总线系统。该总线系统包括数据传输总线、总线控制模块、原始数据采集模块、多个数据处理模块。

现根据图2具体描述根据本发明的MDB系统中的各模块。如图2所示，所述数据传输总线包括四类信号线：地址信号线、数据信号线、控制信号线和状态信号线。本实施例中，所述数据传输总线是一种非地址-数据复用的广播总线。为了便于说明，下文将统称该数据传输总线为运动数据传输总线(MDB-Motion Data Bus)。所述总线控制模块、原始数据采集模块及数据处理模块分别包括MDB总线接口以与所述MDB进行数据交互。

所述总线控制模块从原始数据采集模块或者数据处理模块中指定了伺服周期内所有数据传输周期的数据传输源，接收数据传输源发出的数据传输等待信号，并根据当前的传输状态控制数据传输源输出数据，数据处理模块接收数据，同时输出数据传输总线忙信号。

所述总线控制模块包括先入先出(FIFO)存储器。所述存储器定义了与各个数据传输源相对应的数据传输包的传输顺序及其属性。运动数据以伺服间隔为周期，按照该存储器中定义好的数据传输周期的顺序依次进行传输。

所述总线控制模块还包括当前指定数据传输源寄存器，用于指定当前允许的数据传输源，并将指定数据传输源的地址广播到运动数据传输总线上。所述数据传输源可为所述原始数据采集模块或所述数据处理模块。

所述总线控制模块还包括数据传输等待寄存器，用于接收指定数据传输源的数据传输等待信号，当接收到该信号后，总线控制模块触发相应数据传输包的数据传输周期。

所述总线控制模块还包括个数据传输总线状态寄存器，用于指示当前运动数据传输总线的状态，当总线上正在进行数据传输时，总线控制模块输出数据传输总线忙信号。

所述总线控制模块按照所述FIFO存储器中事先定义好的数据传输包顺序指定当前允许的数据传输源。然后，从所指定的数据传输源接收数据传输等待信号，并触发相应的数据传输包。接着所述总线控制模块按照事先定义好的数据传输周期，将数据传输源的数据广播到数据处理模块。此后，所述总线控制模块判断数据传输包是否传输结束，即通过数据传输包的最后一个数据传输周期通知数据处理模块本次数据传输包的数据已经传输完成。从而完成对运动数据传输总线系统的同步控制。

所述原始数据采集模块通过光纤接收来自位置测量系统的原始位置数据，并将数据存储在其本地存储器中。所述原始数据采集模块根据所述总线控制模块所指定的地址信号和控制信号，确认作为本次数据传输的数据传输源。然后，在总线控制模块的控制下，输出数据传输等待信号给总线控制模块，并将位置数据输出至MDB上。应注意的是，伺服周期开始后的第一个数据传输包对应的数据传输源须为原始数据采集模块，而不可为数据处理模块。

所述数据处理模块根据所述总线控制模块所指定的地址信号和控制信号，接收并计算处理MDB上的数据。或者，作为指定数据传输周期的数据传输源，将处理完成的数据发送至其他数据处理模块。

首先，所述数据处理模块接收所述总线控制模块输出的地址信号，确认作为本次数据传输的数据接收方或数据传输源。若作为数据接收方，所述数据处理模块则在总线控制模块的控制下，接收数据总线上的数据，并将数据存储在本地存储器中。然后，所述数据处理模块接收总线控制模块输出的数据传输包传输结束标志，按照需要对接收的数据进行计算处理。若作为数据传输源，所述数据处理模块则在总线控制模块的控制下，输出数据传输等待信号给总线控制模块，并将处理完成的运动数据输出至数据总线上。

上述根据本发明的MDB系统具有如下特点：

1)总线系统包括三种功能单元：包含MDB总线接口的MDB总线控制模块、原始数据采集模块和数据处理模块；

2)通过上述三者之间的电气触发信号(数据传输等待信号)和相应握手消息(数据传输包的最后一个数据传输周期)来建立总线数据传输的开始和结束条件；

3)由总线控制模块指定数据传输源，请求该数据传输源的数据传输；

4)由数据传输源准备好需要发送的数据，并输出数据传输等待信号，通知总线控制模块其数据已经准备好并可以被读取；

5)由总线控制模块触发相应的数据传输包，将数据传输源的数据广播到数据处理模块；

6)由总线控制模块在每个数据传输包的最后一个传输周期，通知数据处理模块，数据已经接收完毕；

7)数据处理模块接收到数据传输包结束标志后，对接收到的数据进行计算处理，并作为指定数据传输周期的数据传输源，将处理完成的数据发送至其他数据处理模块；

8)总线控制模块完成某个数据传输包的传输后，依次指定下一个数据传输源，等待下一个数据传输包的数据传输。

现参考图3描述所述总线控制模块中数据传输包的存储结构及触发。一个数据传输包对应某个数据传输源的所有数据传输周期，不同数据传输源对应不同的数据传输包。所有数据传输包通过事先编程确定，存储在总线控制模块内部的先入先出式存储器中，数据传输包按照固定的顺序被触发传输。数据传输包的内容通过事先编程确定，所有数据传输周期按照固定的顺序进行传输。数据传输包的最后一个传输周期为数据传输包传输结束标志，用来通知数据处理模块数据已经接收完毕。总线控制模块内部的MDB序元控制模块接收MDB总线的数据传输等待信号，触发当前允许的数据传输包，并将数据传输周期的属性值输出至MDB总线。此外，在一个数据传输周期内，只有一个数据传输源执行总线读操作，数据处理模块将数据存储到本地存储器中。而属于同一数据传输源的所有数据传输周期被封装成一个数据传输包。数据传输包包含了属于同一数据传输源的所有数据传输周期，并定义了数据传输周期的传输顺序及其属性。

现参考图4描述MDB系统中数据传输控制流程。所述总线控制模块作为数据传输控制方，完成数据传输的同步控制。所述数据传输源作为数据提供方，输出数据。所述数据处理模块作为数据需求方，接收数据。本实施例中，MDB系统中的一个伺服周期内运动数据传输主要包括如下步骤：

1)总线控制模块输出地址信号，指定当前允许数据传输源；伺服周期开始后的第一个数据传输包对应的数据传输源为原始数据采集模块，该模块通过光纤接收来自位置测量系统的原始位置数据，并将数据存储在本地存储器中；

2)数据传输源接收并确认地址信息，准备需要发送的数据，并驱动数据传输等待信号为低电平，通知总线控制模块等待总线数据传输；

3)数据传输源准备好需要发送的数据后，驱动数据传输等待信号为高电平，通知总线控制模块可以进行总线数据传输；

4)总线控制模块响应数据传输等待信号上升沿，触发指定数据传输源对应的数据传输包，并驱动数据传输总线忙信号为低电平，通知所有数据传输参与方，总线上正在进行数据传输；

5)每个数据传输包的最后一个数据传输周期被定义为数据传输包结束标志，用于通知数据处理模块，数据已经接收完毕，可以根据需要对接收的数据进行计算处理；

6)当前数据传输包传输完成后，总线控制模块驱动数据传输总线忙信号为高电平，通知所有数据传输参与方，数据传输总线为空闲状态，同时总线控制模块输出地址信号，指定下一个数据传输包对应的数据传输源，总线传输重复上述步骤1)至6)；

7)一个伺服周期的所有数据传输包传输完成后，总线控制模块向所有数据传输参与方广播同步状态，完成对运动数据传输总线系统的同步控制。

为了更好的理解本发明，应用本发明提出的运动数据传输总线协议及其总线结构，本发明提出了一个具体实施例，以实现光刻机工件台和掩模台运动控制的数据传输需求。如图5所示是MDB总线应用于工件台掩模台运动控制系统的结构框图。

如图5所示，作为一个最佳实施例，工件台掩模台运动控制系统内有两种总线类型，一种采用通用的通讯总线标准，比如VME64/CPCI等常用的工控总线协议，主要完成对系统内工作板卡的初始化及任务调度等上层操作；另一种就是运动数据传输总线，主要负责将大量的运动数据，按照系统同步传输的要求实时的传输到运动控制板卡。该系统内包含有4类控制板卡，一种是通讯总线控制板卡，完成通讯总线控制、板卡初始化、参数设置及任务调度等操作；一种是位置数据接收板卡，负责接收光纤上的原始位置数据，并将数据输出至MDB总线；一种是运动控制板卡，负责从MDB总线接收运动数据，并对数据进行计算处理，完成对工件台掩模台的运动控制；一种是MDB总线控制板卡，负责MDB总线上运动数据的传输控制。

实际工作中，上述板卡均被集成在同一个机箱的同一块背板上，所有板卡均通过通讯总线进行互连，而位置数据接收板卡、运动控制板卡和MDB总线控制板卡还通过本发明所提出的运动数据传输总线进行互连，以完成实时运动数据的传输和处理。MDB总线控制板卡的核心控制逻辑可采用FPGA/CPLD实现；位置数据接收板卡和运动控制板卡可采用DSP、FPGA/CPLD、Flash ROM、DPRAM和SRAM等来实现。

该运动控制系统的具体工作过程说明如下：

第一步，利用通讯总线控制板卡对整个控制系统进行初始化和参数设置，包括对数据传输包及数据传输周期的设定；

第二步，完成初始化设置以后，由通讯总线控制板卡启动“MDB总线控制寄存器”，使能MDB总线控制板卡进行数据传输控制；

第三步，伺服间隔周期的开始，MDB总线控制板卡输出位置数据接收板卡对应的地址信号；

第四步，位置数据接收板卡接收到地址信息后，确认作为本次数据传输的数据源，输出数据传输等待信号为低电平，通知总线控制板卡等待数据传输；运动控制板卡接收到地址信息后，确认作为本次数据传输的数据接收方，等待接收数据；

第五步，位置数据接收板卡从光纤接收原始位置数据，并将数据存储在本地存储器中，原始位置数据接收完毕后，输出数据传输等待信号为高电平，通知总线控制板卡，可以进行数据传输；

第六步，MDB总线控制板卡接收到数据传输等待信号的高电平，触发第一个数据传输包进行传输，在最后一个数据传输周期输出数据传输包结束标志，通知所有数据接收方，数据已经接收完毕；

第七步，运动控制板卡在总线控制板卡的控制下接收MDB总线数据，当接收到数据传输包结束标志后，对数据进行计算处理；

第八步，完成一个数据传输包的传输后，总线控制板卡输出下一个数据传输包的地址信息，依次进行下一个数据传输包的传输；

第九步，完成所有数据传输包的传输后，总线控制模块广播同步状态信息，完成对控制系统的同步控制；

第十步，总线控制板卡完成同步控制以后，等待下一个伺服周期到来，并重复上述运动数据传输过程。

本发明的上述实施例具有如下优点。

(1)本发明的数据传输总线系统由总线控制模块对数据传输进行控制，可保证某一时刻只有一个数据处理模块发起数据传输，当多个数据模块同时发起数据传输时，不发生总线冲突；

(2)数据传输包通过外部信号进行触发，触发时间不固定，传输非连续，可实现数据的快速传输；

(3)基于本发明的数据传输总线系统的工件台掩模台运动控制系统，可以实现运动数据的实时传输、计算和处理操作，满足光刻机运动控制系统对大量运动数据的需求。

以上已描述了本专利的具体实施方式，但本专利并不仅仅局限于运动数据的传输。因此，虽然公开了本专利的优先实施事例，但本领域的技术人员会意识到，在不脱离权利要求书中公开的本发明范围的情况下，任何修改、添加和替换均属于本专利的保护范围。

Claims (13)

1.一种数据传输总线系统，其特征在于，包括：

数据传输总线、总线控制模块、原始数据采集模块、及多个数据处理模块，其中，

所述数据传输总线包括地址信号线、数据信号线、控制信号线和状态信号线；

所述总线控制模块从所述原始数据采集模块或者所述多个数据处理模块中指定伺服周期内所有数据传输周期的数据传输源；接收所述数据传输源发出的数据传输等待信号；根据当前的传输状态控制数据传输源输出数据并且控制数据处理模块接收数据；并且输出数据传输总线忙信号；

所述原始数据采集模块通过光纤接收来自位置测量系统的原始位置数据，并根据所述总线控制模块所指定的地址信号和控制信号，输出所述数据传输等待信号，同时将所述原始位置数据输出至所述数据总线上；

所述数据处理模块根据所述总线控制模块所指定的地址信号和控制信号，接收并计算处理总线上的数据；或者作为指定数据传输周期的数据传输源，将处理完成的数据发送至其他数据处理模块。

2.根据权利要求1所述的数据传输总线系统，其特征在于，所述总线控制模块包括先入先出式存储器，所述存储器定义了与各所述数据传输源相对应的数据传输包的传输顺序及其属性，以使数据在伺服周期中，按照该所述储器中定义好的数据传输周期的顺序依次进行传输。

3.根据权利要求1述的数据传输总线系统，其特征在于，所述总线控制模块包括当前指定数据传输源寄存器，用于指定当前允许的所述数据传输源，并将被指定的所述数据传输源的地址广播到所述数据传输总线上。

4.根据权利要求1所述的数据传输总线系统，其特征在于，所述总线控制模块包括数据传输等待寄存器，其用于接收所述被指定数据传输源的数据传输等待信号，其中当接收到该信号后，所述总线控制模块触发与所述数据传输源相对应的数据传输包的数据传输周期。

5.根据权利要求1所述的数据传输总线系统，其特征在于，所述总线控制模块包括数据传输总线状态寄存器，其用于指示当前运动数据传输总线的状态，其中当所述数据传输总线上正在进行数据传输时，总线控制模块输出数据传输总线忙信号。

6.根据权利要求1所述的运动数据传输总线系统，其特征在于，所述数据传输总线为非地址-数据复用的广播总线。

7.根据权利要求1或6所述的运动数据传输总线系统，其特征在于，在一个数据传输周期内，只有一个所述数据传输源执行总线读操作，所述数据处理模块将数据存储到其本地存储器中。

8.根据权利要求1所述的运动数据传输总线系统，其特征在于，属于同一数据传输源的所有数据传输周期被封装成一个数据传输包，所述数据传输包包含了属于同一数据传输源的所有数据传输周期，并定义了数据传输周期的传输顺序及其属性。

9.一种在数据传输总线上传输数据的方法，其特征在于，一个伺服周期内的数据传输包括如下步骤：

1)总线控制模块输出地址信号，指定当前允许数据传输源；伺服周期开始后的第一个数据传输包对应的数据传输源为原始数据采集模块，所述模块通过光纤接收来自位置测量系统的原始位置数据，并将数据存储在本地存储器中；

2)所述数据传输源接收并确认地址信息，准备需要发送的数据，并驱动数据传输等待信号为低电平，通知所述总线控制模块等待总线数据传输；

3)所述数据传输源准备好需要发送的数据后，驱动数据传输等待信号为高电平，通知所述总线控制模块可以进行总线数据传输；

4)所述总线控制模块响应所述数据传输等待信号上升沿，触发与指定数据传输源对应的数据传输包，并驱动数据传输总线忙信号为低电平，通知所有数据传输参与方，总线上正在进行数据传输；

5)每个数据传输包的最后一个数据传输周期为数据传输包结束标志，用于通知数据处理模块，以表示数据已经接收完毕，可以根据需要对接收的数据进行计算处理；

6)当前数据传输包传输完成后，所述总线控制模块驱动数据传输总线忙信号为高电平，通知所有数据传输参与方，数据传输总线为空闲状态，同时总线控制模块输出地址信号，指定下一个数据传输包对应的数据传输源，总线传输重复上述步骤1)至6)；

7)一个伺服周期的所有数据传输包传输完成后，总线控制模块向所有数据传输参与方广播同步状态，完成对运动数据传输总线系统的同步控制。

10.根据权利要求9所述的传输数据的方法，其特征在于，所有运动数据传输周期在一个伺服周期内完成传输，并以伺服周期的间隔为周期重复进行传输。

11.根据权利要求9所述的传输数据的方法，其特征在于，每个伺服周期内传输的所有数据传输包及其数据传输周期事先编程确定，并且传输顺序固定。

12.根据权利要求9所述的在运动数据传输总线上传输数据的方法，其特征在于，数据传输包通过外部信号进行触发，触发时间不固定，传输非连续。

13.根据权利要求9所述的在运动数据传输总线上传输数据的方法，其特征在于，同一数据传输包内的所有数据传输周期的传输具有连续性。

Images