CN111382106A - 同步数据总线及工件台和掩模台同步控制的数据传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种同步数据总线，用于供多种板卡挂载，并在板卡之间同步传输数据，包括：传输地址包的信息信号线，地址包包含多个板卡之间交换数据包所必须的信息，信息至少包括地址信息和指令信息；传输数据包的数据线，数据包的存储位置由地址包指定；管理数据包的传输时序的控制信号线；管理板卡反馈情况的握手信号线；控制时序关系的同步总线控制卡；同步总线控制卡在握手信号线有效后，根据预存的地址包优先级从信息信号线依次广播所有地址包，多个板卡在控制信号线的传输时序控制下，通过数据线交换地址包指向的数据包。本发明解决了现有的数据传输系统中数据堵塞和读取周期冗长的缺点。

Description

同步数据总线及工件台和掩模台同步控制的数据传输系统

技术领域

本发明涉及集成电路制造设备技术领域，尤其涉及一种同步数据总线及工件台和掩模台同步控制的数据传输系统。

背景技术

光刻是集成电路加工过程中关键工序之一，因此光刻机是集成电路加工过程中至关重要的设备。

图1所示为一种步进扫描投影光刻机的工件台和掩模台的结构示意图。图中，光束8通过由刀片1和刀片2形成的狭缝后投影到掩模3上，掩模3以设定的速度匀速通过该光束。同时，基底例如是硅片5设置在透镜7的下方以与掩模3相反的方向运动。这种步进扫描投影光刻机具有低变形、大像场的特点，同时，承载硅片的工件台6和承载掩模的掩模台4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，能够更好的满足半导体芯片加工的需求。

步进扫描投影光刻机的主要技术之一就是要实现工件台和掩模台的高速、高精度的同步运动控制。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六个自由度的位置数据，对应每一个自由度都设置有位置传感器和运动驱动器。图1中示出了掩模台4的X、Y、Z向位置传感器和工件台6的X、Y、Z向位置传感器，运动驱动器未示出。

为了实现高精度的运动控制，不同自由度的运动驱动器都需要其他自由度的位置数据，即，需要位置传感器采集到的当前位置数据。因此，在光刻机工件台和掩模台的运动控制系统的每一个伺服周期内都涉及大量的位置数据采集、传输和处理过程。

目前，可以在步进扫描光刻机中实现对工件台和掩模台位置信息的同步采集、传输和处理，从而实现对工件台和掩模台的运动控制卡的同步控制。然而，其存在如下缺点：数据包传输顺序只能按照固定的方式一一发送，当某个数据包传输发生阻塞时，无法实时合理调整数据包的发送顺序，也就是说，当某个数据包传输未被软件握手准许发送时，传输线会一直等待软件握手信号，而不会去传输下一个数据包。这样就造成传输线资源浪费和传输效率低下。因此这种传输方式的适应性差，无法满足新型光刻机的工件台(如28nm双工件台)对大量数据传输的要求。

另外，目前所使用的同步数据传输总线15如图2所示，使用地址线10、数据线11、地址选通线12、数据选通线13和握手信号线14共6根通讯或控制线，当前位置信息由光纤31输入到原始位置数据接收卡，同步一个字节需要5个步骤，传输数据的过程过于繁杂，无法最大化的利用地址和数据线，影响总线传输的带宽。

发明内容

为解决上述问题，本发明首先提出了一种同步数据总线，用于供多种和/或多个板卡挂载，并在多个板卡之间同步传输数据，包括：

信息信号线，用于传输地址包，所述地址包包含所述多个板卡之间交换数据包所必须的信息，所述信息至少包括地址信息和指令信息；

数据线，用于传输所述多个板卡之间需交换的所述数据包，所述数据包的存储位置由所述地址包指定；

控制信号线，用于管理所述数据包的传输时序；

握手信号线，用于管理所述板卡反馈的情况，当所述多个板卡都已准备好交换数据，则所述握手信号线有效；

同步总线控制卡，用于控制所述信息信号线、所述数据线、所述控制信号线和所述握手信号线之间的时序关系；所述同步总线控制卡在所述握手信号线有效后，根据预存的地址包优先级从所述信息信号线依次广播所有地址包，所述多个板卡在所述控制信号线的传输时序控制下，通过所述数据线交换所述地址包指向的所述数据包。

可选的，所述同步总线控制卡包括：

信息存储模块，存储多个包含所述地址信息和所述指令信息的地址包；

包信息模块，与所述信息存储模块信号连接，保存所述地址包在所述信息存储模块中的起始地址、地址包的长度、地址包的优先级和冗余发送次数；

信息输出控制模块，与所述信息存储模块和所述包信息模块信号连接，根据所述包信息模块中的包信息从所述信息存储模块中获取相应的地址包，同时还结合一控制时钟生成一控制信号；

总线控制模块，与所述信息输出控制模块信号连接，获取所述地址包和所述控制信号，并将所述地址包输出至所述信息信号线，将所述控制信号输出至所述控制信号线。

可选的，所述同步总线控制卡还包括一数据接口模块，所述数据接口模块与所述信息信号线、所述握手信号线以及所述数据线信号连接，所述数据接口模块包括数据接口、地址译码器和地址锁存器，所述地址译码器译码所述地址包中的所述地址信息并保存在所述地址锁存器中，然后根据所述地址锁存器中的地址寻址，经所述数据线交换所述数据包。

可选的，所述指令信息至少包括同步信息、读写信息和中断信息之一。

可选的，所述信息存储模块和所述包信息模块中的内容在系统初始化时配置。

可选的，所述地址包包括成对的包头地址和包尾地址，所述包头地址和包尾地址包含用于指示所述多个板卡发送数据或接收数据的所述指令信息。

可选的，所述总线控制模块根据系统时钟生成所述控制时钟，在一个控制时钟节拍内，完成下列操作：

所述信息输出控制模块向所述总线控制模块输出上一控制时钟节拍解析得到的地址包和所述控制信号；

所述总线控制器将所述地址包发送到所述信息信号线，将所述控制信号发送到所述控制信号线；以及

所述数据接口译码所述地址包中的地址信息，从所述数据线接收/发送数据。

可选的，所述板卡包括：

包更新状态寄存器，包括一准备好标志位，所述准备好标志位用于指示所述板卡是否准备好交换数据；以及

握手方式配置寄存器，包括直接握手标志位和软件握手标志位；若所述直接握手标志位有效，则所述板卡直接置位一单板握手信号，表示所述板卡已准备好交换数据；若所述直接握手标志位无效且所述软件握手标志位有效，则所述板卡先确认所述准备好标志位有效，再置位所述单板握手信号，否则不置位所述单板握手信号。

可选的，所述包更新状态寄存器在接收所述地址包最后一字节时，无效所述准备好标志位，表示所述数据包已更新。

可选的，所述板卡在与同步总线交换数据的空闲时间内处理数据。

相应地，本发明还提供了一种同步数据总线控制方法，所述同步数据总线包括一同步总线控制卡，其特征在于，在每一个同步周期中，所述同步总线控制卡执行下列步骤，以完成一次数据同步：

S1、所述同步总线控制卡广播一包含同步指令的地址包，以使挂载于所述同步数据总线上的多个板卡进入同步工作状态；

S2、所述同步总线控制卡广播一包含读写指令的地址包，以使所述多个板卡分别进入发送或接收状态；

S3、所述同步总线控制卡广播一普通地址包，以使所述发送状态的板卡向所述同步数据总线发送数据包，所述接收状态的板卡从所述同步数据总线接收所述数据包；

S4、所述同步总线控制卡继续广播所述普通地址包，直至所有普通地址包都已广播，结束所述同步周期。

可选的，所有所述地址包在初始化时配置于所述同步总线控制卡中。

可选的，所述同步总线控制卡包括一控制地址包输出的信息输出控制模块及一保存所述地址包信息的包信息模块，所述信息输出控制模块从所述包信息模块中读取所有包信息并存储在本地，还删除所述包信息中冗余发送次数为0的包信息，并按所述包信息中的优先级排序所述地址包的发送顺序，所述同步总线控制卡按此顺序逐包广播所述地址包。

可选的，所述同步总线控制卡还包括一保存所有地址包的信息存储模块和一控制总线数据的总线控制模块，根据所述包信息模块中的起始地址从所述信息存储模块中找到待广播的地址包，继而广播一包所述地址包的过程包括如下步骤：

P1、所述信息输出控制模块从所述信息存储模块中读取当前的地址，并根据所述信息输出控制模块输出的控制时钟生成所述控制信号；

P2、所述信息输出控制模块向所述总线控制模块发送所述地址及所述控制信号；

P3、所述总线控制模块将所述地址发往所述信息信号线，将所述控制信号发往所述控制信号线；

P4、所述总线控制模块从所述握手信号线收到所有板卡的单板握手信号后执行P1，直至所述地址包广播完毕；如不能收到所有板卡的握手信号则执行P6；

P5、所述信息输出控制模块将所述冗余发送次数减1，若所述冗余发送次数为0，则删除当前包信息；

P6、退出本包的广播，读取下一包的地址包。

可选的，一个同步周期结束的标志为所述包信息中的冗余发送次数全都为0。

可选的，所述板卡发送或接收一包所述数据包的过程包括如下步骤：

D1、所述板卡从所述信息信号线接收所述数据包的包头地址，并根据该包头地址所含信息，确定接收或发送本数据包；

D2、所述板卡根据本地的握手标志位向所述握手信号线给出单板握手信号；

D3、所述板卡从所述信息信号线接收地址，根据D1的结果从所述数据线接收或发送数据，直至所述数据包发送或接收完毕。

可选的，所述板卡包括准备好标志位和直接握手标志位、软件握手标志位，在步骤D2中具体包括如下判断过程：

D21、若所述直接握手标志位有效，则所述板卡直接置位所述单板握手信号，否则执行D25；

D22、若所述直接握手标志位无效，则判定所述软件握手标志位；

D23、若所述软件握手标志位有效，则查询所述准备好标志位是否有效，否则执行D25；

D24、若所述准备好标志位有效，则所述板卡置位所述单板握手信号，否则执行D25；

D25、不置位所述单板握手信号。

本发明还提供了一种同步总线结构，包括通讯总线、上述的同步数据总线和若干板卡；

所述通讯总线包括标准通讯总线和与其相适应的总线控制卡，用于对所述板卡进行初始化配置和状态监控；

所述同步数据总线用于在所述板卡之间同步传输数据；

若干所述板卡在所述同步总线控制卡控制下相互交换数据，并向所述通讯总线反馈当前运行状态。

本发明还提供了一种适用于工件台和掩模台同步控制的数据传输系统，包括：

通讯总线，包括标准通讯总线和与其相适应的总线控制卡；

前述的同步数据总线；

含有六自由度位置传感器和六自由度运动驱动器的工件台；

含有六自由度位置传感器和六自由度运动驱动器的掩模台；

接收所述工件台的六自由度位置传感器和所述掩模台的六自由度位置传感器的数据的IO卡，所述IO卡与所述通讯总线和所述同步数据总线分别连接并交换数据；以及

控制所述工件台的六自由度运动驱动器和所述掩模台的六自由度运动驱动器的运动控制卡，所述运动控制卡与所述通讯总线和所述同步数据总线分别连接并交换数据。

可选的，所述运动控制卡至少有三个，分别为控制工件台和掩模台Y方向运动的第一运动控制卡、控制工件台和掩模台Y方向运动的第二运动控制卡和控制工件台和掩模台Z方向运动的第三运动控制卡。

可选的，所述运动控制卡通过所述同步数据总线接收所述IO卡发送的所述工件台和所述掩模台的位置数据，并计算所述工件台和所述掩模台位置的调整量，所述调整量通过所述同步数据总线发送给所述运动驱动器。

本发明还提供了一种同步控制工件台和掩模台的方法，包括前述的适用于工件台和掩模台同步控制的数据传输系统，在同步周期前，所述IO卡接收来自所述位置传感器的当前位置数据，在一个同步周期中所述IO卡与所述运动控制卡交换所述当前位置数据，在同步周期后，所述运动控制卡计算所述工件台和所述掩模台的位置的调整量，并发送给所述运动驱动器；

一个同步周期中包括如下操作：

所述IO卡和所述运动控制卡收到所述同步数据总线广播的含有同步信息的地址包后结束其他工作，进入数据同步过程；

所述IO卡和所述运动控制卡收到所述同步数据总线广播的含有读写控制信息的地址包，确认本卡在本同步周期中处于接收数据还是发送数据的状态；

所述同步数据总线按地址包的优先级顺序广播所有地址包，所述IO卡和所述运动控制卡根据所述地址包中的地址与所述同步数据总线交换数据。

可选的，所述同步数据总线广播每一个所述地址包中具体包括：

广播所述地址包的包头；

收到所述IO卡和所述运动控制卡反馈的握手信号后继续发送所述地址包；

若没有收到所有握手信号，则广播本地址包。

本发明还提供了一种光刻设备，包括前述的适用于工件台和掩模台同步控制的数据传输系统。

本发明提出的可挂载多个板卡的同步数据总线及其控制方法可在地址包中传输控制信息，不需要单独设置地址和数据的选通线，从硬件结构的层面就简化了控制步骤，因而只需2个控制节拍就可完成一个字节的交换，大大节约了数据交换所需的时间，有利于提高传输速度。

进一步的，同步数据总线增加了优先级控制，能够按数据重要性有序的传送数据。更进一步的，同步数据总线还增加了握手信号，如果握手不成功则放弃本次数据交换，虽然损失了一包数据，但是不会导致数据堵塞，不影响总体的运动控制。

本发明提出的一种同步控制工件台和掩模台的方法基于上述的同步数据总线将工件台和掩模台当前的位置数据(IO卡的数据)发送给运动控制卡，并由运动控制板卡计算工件台和掩模台位置的调整量，进而控制工件台和掩模台调整位置，以达到对工件台和掩模台的高速、高精度的同步运动控制的目的。

附图说明

图1是一种步进扫描投影光刻机的工件台和掩模台的结构示意图；

图2是一种同步数据传输总线的结构图；

图3是本发明一实施例的总线结构图；

图4是本发明一实施例中同步总线控制卡的功能示意图；

图5是本发明一实施例的总线时序图；

图6是本发明另一实施例的总线时序图；

图7是本发明一实施例中同步数据的流程图；

图8是本发明一实施例中传输一包数据的流程图；

图9是本发明一实施例中板卡收发一包数据的流程图；

图10是本发明一实施例中板卡给出握手信号的流程图；

图11是本发明一实施例中按优先级发送地址包的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。且，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征允许相互组合或替换。结合以下的说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

还需声明的是，本发明中对步骤编号的目的在于便于引用，而非限定先后顺序。对于个别需强调顺序的步骤，文中将以专门文字进行特别说明。

本发明为了解决步进扫描投影光刻机中工件台和掩模台的实时同步问题而提出。本发明首先提出一种同步数据总线，该总线交换一字节数据所需的控制节拍较少，只需2个节拍就能完成服务于工件台和掩模台的各种板卡之间的数据交换，能够适应高速传输的数据系统。

另外，所述同步数据总线中还规定了各数据包的优先级，所述同步数据总线根据优先级的先后交换数据，使数据更新快或更重要的数据优先传输，提高数据的实时性。并且，所述同步数据总线在广播每个地址包时都要求各板卡反馈握手信号，一定时间内得不到握手信号则放弃该地址包的传输，杜绝了数据阻塞的可能。

依托所述同步数据总线，本发明继续提供了一种适用于工件台和掩模台同步控制的数据传输系统，具体包括通讯总线、同步数据总线、含有六自由度位置传感器的工件台、含有六自由度位置传感器的掩模台、与所述工件台和所述掩模台交换位置数据的IO卡以及控制所述工件台和所述掩模台运动的运动控制卡。根据具体应用还可以包括其他板卡，例如驱动电机的板卡等。前述的各种板卡分别挂载在通讯总线和同步数据总线上。通讯总线在系统初始化时配置各板卡和同步数据总线，在系统运行时接受各种状态信息，起到监视系统运行的作用。

以下结合附图对本发明实施例提出的同步数据总线进行具体说明。

如图3所示，一种同步数据总线114，包括信息信号线110、数据线111、控制信号线112和同步总线控制卡120。

信息信号线110用于传输地址包，所述地址包包含数据交换IO卡130和运动控制卡140、141、142之间交换数据包所必须的信息。所述信息至少包括地址信息和指令信息，还可以包括一些状态信息等。根据具体应用场景，指令信息可以包括一种或多种，这些指令信息可以包括同步信息和读写信息，还可以包括中断信息。由于本发明实施例中以地址包的形式在信息信号线110上传输信息，因此所有的指令信息可以以特别编码的方式打包在地址包中，从而不会因为增加指令信息而要求改动硬件结构。同时，由于指令信息往往只占用若干比特的位置，对信息传输量的影响也不大，反而节省了地址选通线或指令线，可以简化系统硬件结构。

数据线111上传输所述板卡之间需交换的数据包。例如，所述同步数据总线应用到工件台和掩模台的同步控制中，则数据线111上传输的是工件台和掩模台的六自由度的位置信息和控制工件台和掩模台调整位置的相关数据(调整量)。在图3中，所述位置信息由光纤131传输给数据交换IO卡130，然后由数据交换IO卡130上传至同步数据总线114。运动控制卡140、运动控制卡141和运动控制卡142通过同步数据总线114得到所述位置信息后进行计算，得到用于工件台和掩模台调整位置的调整量，所述调整量依采用的硬件结构的不同，可以通过图3中的同步数据总线传递，也可以通过IO接口(例如普通并口)直接传递给工件台和掩模台。具体的，运动控制卡140用于控制工件台和掩模台在X轴向上的往复运动；运动控制卡141用于控制工件台和掩模台在Y轴向上的往复运动；运动控制卡142用于控制工件台和掩模台在Z轴向上的往复运动。

控制信号线112的作用类似于时钟，其用于管理数据包的传输时序。控制信号线112上的控制信号由同步总线控制卡120产生。

具体的，数据交换IO卡130通过光纤131与工件台和掩模台上的六自由度传感器信号连接，从而获取工件台和掩模台当前的位置信息。当这些位置信息经过同步周期传递给控制X轴向运动的运动控制卡140、控制Y轴向运动的运动控制卡141和控制Z轴向运动的运动控制卡142后，经过计算得出工件台和掩模台的调整量，也通过同步周期传递给控制工件台和掩模台运动的驱动板卡(未图示)，从而使所述驱动板卡实现调整工件台和掩模台位置的目的。

如图4所示，其是一同步总线控制卡的功能示意图。所述同步总线控制卡包括：信息存储模块21、包信息模块24、信息输出控制模块25、总线控制模块22和数据接口模块23。

信息存储模块21中存储了多个包含地址信息和指令信息的地址包。所述地址包是在系统初始化的时候由上位机配置的。结合图3所示，具体到步进扫描投影光刻机中，则是由光刻机控制器通过通讯总线160和通讯总线控制卡150配置的。

包信息模块24中的每一条包信息保存一个所述地址包的相关信息。所述相关信息包括：地址包在所述信息存储模块21中的起始地址、地址包的长度、地址包的优先级和冗余发送次数。这些信息也都是在系统初始化的时候由上位机配置的。同样的，具体到步进扫描投影光刻机中，则是由光刻机控制器通过通讯总线160和通讯总线控制卡150配置的。设置冗余发送次数的目的在于弥补握手失败的情况。所述冗余发送次数可以设为1、2或3，当包信息所指向的地址包发送完成后，所述冗余发送次数减1，当所述冗余发送次数为0时，信息输出控制模块25才认定该包数据已完成交换，从而删除该条包信息，不再广播该地址包。

信息输出控制模块25根据所述包信息从信息存储模块21中获取相应的地址包，并将地址包中的地址逐一发送至总线控制模块22。同时，信息输出控制模块25根据一来自总线控制模块22的控制时钟生成控制信号，并将其回送给总线控制模块22。每一字节数据的交换都按所述控制信号的节拍进行。

总线控制模块22从信息输出控制模块25获取当前地址和控制信号并通过信息信号线111和控制信号线112进行广播。广播时，挂载在同步数据总线上的各板卡，例如图3中的数据交换IO卡130、运动控制卡140、运动控制卡141和运动控制卡142，首先根据地址包中所包含的信息确定本板卡应向所述同步数据总线发送数据还是从所述同步数据总线接收数据，在之后的数据同步中负责发送数据的板卡向所述同步数据总线发送数据，负责接收的板卡从所述同步数据总线接收数据。具体时序请参见对图5和图6的说明。

具体的，控制信号线112上的控制信号可通过多种方式产生。例如，采用“时钟”的概念，总线控制模块22中包括一时钟计数器，所述时钟计数器的输入端与系统时钟连接，通过计数分频获得前述的控制时钟(即控制信号)。在一个具体实施例中，可以在所述控制信号的上升沿输出地址，在控制信号的下降沿输出数据，以完成一个字节的数据的交换。图4中示出的正是支持这一方式的硬件连接。又例如，采用“轮询”的概念，由信息输出控制模块25定时主动查看总线控制模块22的状态信息，所述状态信息与总线控制模块22的系统时钟相关，信息输出控制模块25根据所述状态信息的变化产生所述控制信号。再例如，采用“中断”的概念，总线控制模块22通过一时钟计数器对系统时钟计数，当计数达到预定值时，触发信息输出控制模块25进入中断模式，信息输出控制模块25在中断程序中产生所述控制信号。上述三种产生控制信号的略有不同，占用的系统资源和响应速度也略有不同，但都是基于系统时钟的控制，基本硬件构成可通用，灵活性较强。

数据接口模块23与所述信息信号线、所述握手信号线以及所述数据线连接，用于缓冲各板卡间交换的数据。数据接口模块23中例如是包括数据接口、地址译码器和地址锁存器，所述地址译码器译码所述地址包中的所述地址信息并保存在所述地址锁存器中，然后根据所述地址锁存器中的地址寻址，缓冲所述数据线111上的所述数据包。

如图5所示，其是本发明一实施例的总线时序图，图5示意性的说明了在一个数据包传输/交换的过程中，每一字节的数据是怎样在控制信号的控制下按字节进行交换的。根据图5中的示意可知，控制信号可以理解为一种时钟，按电平高低分为第一阶段S1的信号和第二阶段S2的信号，由于数据是交叉读取的，交换一字节数据需经过2个时钟。根据前述关于同步周期的描述可知，同步总线控制卡120广播包头地址后，各板卡明确了本板卡应当是输出数据还是接收数据。在接下来的地址广播的过程中，在第一阶段S1时，信息信号线110上的地址有效(该地址将持续有效到下一个时钟节拍S1的上升沿)，与此同时，数据线111上已稳定的数据(缓存于图4所示的数据接口模块23中的数据接口中)可供有需要的板卡读取；在第二阶段S2时，信息信号线110上的地址继续维持有效(即不改变地址)，此时数据线111上的数据更新为下一字节的数据(图4所示的数据接口模块23中的数据接口中的数据更新)，即，向数据线111输出数据的板卡在输出数据。紧接着进入新的一个第一阶段S1后，需读取数据的板卡可以读取新的一字节数据。具体的，在一具体的实施例中，在第一阶段S1期间，运动控制卡140、运动控制卡141和运动控制卡142分别从数据线111读取之前的第一阶段S1期间由数据交换IO卡130上传的一字节，在第二阶段S2期间，数据交换IO卡130向数据线111输出新一字节的数据。更进一步地，在数据交换IO卡130向数据线111输出新的一字节数据时，运动控制卡140、运动控制卡141和运动控制卡142由于不需要跟同步数据总线114产生联系，因此可以处理本地的数据处理或其他的控制过程。

图6是本发明另一实施例的总线时序图，本领域技术人员根据图5和图6的对比可知，两个时序的实质是相同的，差别只在于控制信号线112错开了半个周期。

为了与本发明实施例中的同步数据总线相匹配，挂载于所述同步数据总线上的板卡内应当包括包更新状态寄存器和握手方式配置寄存器。所述包更新状态寄存器中包括准备好标志位ready，所述准备好标志位用于指示所述板卡内是否已准备好接收/发送数据。所述握手方式配置寄存器包括直接握手标志位和软件握手标志位soft，两种握手方式不并存。若所述直接握手标志位有效，则所述板卡直接置位一单板握手信号，表示所述板卡已准备好接收/发送数据，若所述直接握手标志位无效且所述软件握手标志位soft有效，所述板卡先查询所述准备好标志位ready是否有效，若所述准备好标志位ready有效，再置位所述单板握手信号，否则不置位所述单板握手信号。所述准备好标志位ready在一包数据接收结束(即接收完包尾地址)时被设为无效状态。其实，该无效状态同时表示了两个信息：板卡数据已更新和板卡暂时不能接受数据。由于板卡在不与同步数据总线交换数据时，还需执行数据处理、驱动控制等任务，所以，存在与数据同步产生矛盾的可能。当板卡内程序出现冲突，准备好标志位ready不能及时被设为有效时，如通过硬件握手标志直接握手，那么可能会产生数据乱码，如通过软件握手，则可能会放弃/遗漏一包数据。

图7是本发明一实施例的流程图。图7中示出了同步数据总线端的数据交换流程。在每一个同步周期中，所述同步总线控制卡执行下列步骤，以完成一次数据同步：

S1、所述同步总线控制卡广播一包含同步指令的地址包，以使挂载于所述同步数据总线上的多个板卡进入同步工作状态；

S2、所述同步总线控制卡广播一包含读写指令的地址包，以使所述多个板卡分别进入发送或接收状态；

S3、所述同步总线控制卡广播一普通地址包，以使所述发送状态的板卡向所述同步数据总线发送数据包，所述接收状态的板卡从所述同步数据总线接收所述数据包；

S4、所述同步总线控制卡继续广播所述普通地址包，直至所有普通地址包都已广播，结束所述同步周期。

具体的，如图4所示的系统中，在步骤S2中明确了数据交换IO卡130在本同步周期中作为数据提供方向同步数据总线114发送数据，运动控制卡140、141、142作为数据接收方从同步数据总线114接收数据，那么在步骤S3中，数据交换IO卡130发送数据，运动控制卡140、141、142接收数据。到下一个同步周期再次执行步骤S1、S2时，再重新定义数据交换IO卡130和运动控制卡140、141、142的发送或接收状态。当然，图3中还可以包括其他未示出的板卡，数据的交换不仅限于图中示出的板卡。

图8所示是在一个同步周期中交换一包数据的流程图。结合图3和图4所示，在开始图8所述的流程之前，即在每一个同步周期正式开始前，即前述的步骤S1之前，所述信息输出控制模块25一次性从所述包信息模块24中读取所有包信息并将其存储在本地。同时，还删除包信息中冗余发送次数为0的包信息，之后按其中的优先级排序所述地址包的发送顺序(同一优先级的包信息不再排序，按原有顺序逐一发出即可)。进入前述的步骤S1～S4后，所述总线控制模块22按此顺序逐包广播所述地址包。

结合图3、图4与图8，所述总线控制模块22根据所述包信息中的起始地址从所述信息存储模块21中找到待广播的地址包，继而广播一包所述地址包的过程包括如下步骤：

P1、所述信息输出控制模块25从所述信息存储模块21中读取当前的地址，并根据所述信息输出控制模块25输出的控制时钟生成所述控制信号；

P2、所述信息输出控制模块25向所述总线控制模块21发送所述地址及所述控制信号；

P3、所述总线控制模块22将所述地址发往所述信息信号线110，将所述控制信号发往所述控制信号线112；

P4、所述总线控制模块22从所述握手信号线113收到所有板卡(数据交换IO卡130和运动控制卡140、141、142)的单板握手信号后等数据交换结束后，继续执行P1；

P5、所述地址包广播完毕后所述信息输出控制模块25将所述冗余发送次数减1，若所述冗余发送次数为0，则删除当前包信息；

P6、如不能收到所有板卡的握手信号则退出本包的广播，读取下一包的地址包。

具体的，总线控制模块22判断收到所有板卡的单板握手信号的一个简单方法是，定义单板握手信号是高有效的，对所有单板握手信号进行位与计算，当计算结果为高时，即可判定所有单板握手信号都是有效的。如不确定单板握手信号是高有效还是低有效的，可以对所有单板握手信号进行异或计算，当计算结果为低时，即可判定所有单板握手信号都是有效的。

数据包是否交换结束，可以以遍历一遍包信息为标志，即，按照包信息的排列顺序每个地址包发送一遍即视为所有数据包已交换完毕，可以退出本同步周期。

考虑到握手不成功的情况下，会损失一包数据的交换，本发明实施例在包信息模块中设置了冗余发送次数。其目的在于使每一包数据得到2次以上的交换机会，以弥补可能出现的握手失败的缺陷。因此，在另一个实施例中，数据包结束的判断依据还可以是冗余发送次数全部为0。更进一步的，由于在步骤P5中，信息输出控制模块25删除了本地存储的冗发送次数为0的包信息，其判断依据则是包信息为空。

相呼应的，图9所示为所述板卡发送或接收一包所述数据包的过程，包括如下步骤：

D1、所述板卡从所述信息信号线接收所述数据包的包头地址，并根据该包头地址所含信息，确定接收或发送本数据包；

D2、所述板卡根据本地的握手标志位向所述握手信号线给出单板握手信号；

D3、所述板卡从所述信息信号线接收地址，根据D1的结果从所述数据线接收或发送数据，直至所述数据包发送或接收完毕。

结合前文可知，所述的包头地址所含的信息至少应包括同步信息、读写信息。由于所述同步信息、读写信息的占位一般都很少，在字节位数足够的情况下，所述同步信息、读写信息可以在一个字节中一次性发送，当然也可以一个字节发送一个信息。

图10所示是步骤D2中，各板卡给出有效握手信号的流程图。所述板卡包括准备好标志位和直接握手标志位、软件握手标志位，在步骤D2中具体包括如下判断过程：

D21、若所述直接握手标志位有效，则所述板卡直接置位所述单板握手信号，否则执行D25；

D22、若所述直接握手标志位无效，则判定所述软件握手标志位；

D23、若所述软件握手标志位有效，则查询所述准备好标志位是否有效，否则执行D25；

D24、若所述准备好标志位有效，则所述板卡置位所述单板握手信号，否则执行D25；

D25、不置位所述单板握手信号。

需特别说明的是，步骤D21中，置位意味着有效，本领域人员可知，在高电平有效的系统中，此处为置1，在低电平有效的系统中，此处为置0。

图11所示为优先级的说明示意。当系统中设定有A、B、C三个依次降低的优先级时，发送数据包的顺序是：先把优先级为A的数据包全部发送完毕后，再发送优先级为B的所有数据包，最后发送优先级为C的数据包，直至所有数据包都发送完毕。此处以具有三种优先级的情况来举例说明原则，本领域技术人员可知，当优先级只有2个或有4个、5个时可依此原则推广。

请回看图3，图3中还包括了一通讯总线160。单独的同步数据总线114只具备传输数据的功能，为了与上一级的控制中心(或者说控制计算机)取得联系，当同步数据总线114和通讯总线160、通讯总线控制卡150结合在一起时，构成了一种能够接收上位机控制的同步总线结构。包括通讯总线、同步数据总线和若干板卡，所述通讯总线包括标准通讯总线和与其相适应的总线控制卡，用于对所述板卡进行初始化配置和状态监控；所述同步数据总线用于在所述板卡之间同步传输数据；若干所述板卡在所述同步总线控制卡控制下相互交换数据(即同步数据)，并向所述通讯总线反馈当前运行状态。

所述的标准通讯总线可以PCI、VME、Compact PCI、VXI、PXI、PCIe、SRIO或以太网标准总线等总线协议形式。

所述的状态监控主要是指监控系统中是否有状态不当改变，是否有警报信息等。

本发明将前述的同步总线结构应用到实例中，还公开了一种适用于工件台和掩模台同步控制的数据传输系统。具体包括：

通讯总线，包括标准通讯总线和与其相适应的总线控制卡；

前述的同步数据总线；

含有六自由度位置传感器和六自由度运动驱动器的工件台；

含有六自由度位置传感器和六自由度运动驱动器的掩模台；

接收所述工件台的六自由度位置传感器和所述掩模台的六自由度位置传感器的数据的IO卡，所述IO卡与所述通讯总线和所述同步数据总线分别连接并交换数据；以及

控制所述工件台的六自由度运动驱动器和所述掩模台的六自由度运动驱动器的运动控制卡，所述运动控制卡与所述通讯总线和所述同步数据总线分别连接并交换数据。

具体的，所述运动控制卡至少有三个，分别为控制工件台和掩模台Y方向运动的第一运动控制卡、控制工件台和掩模台Y方向运动的第二运动控制卡和控制工件台和掩模台Z方向运动的第三运动控制卡。

具体的，所述运动控制卡通过所述同步数据总线接收所述IO卡发送的所述工件台和所述掩模台的位置数据，并计算所述工件台和所述掩模台位置的调整量，所述调整量通过所述同步数据总线发送给所述运动驱动器。

一种同步控制工件台和掩模台的方法，包括前所述的适用于工件台和掩模台同步控制的数据传输系统，在同步周期前，所述IO卡接收来自所述位置传感器的当前位置数据，在一个同步周期中所述IO卡与所述运动控制卡交换所述当前位置数据，在同步周期后，所述运动控制卡计算所述工件台和所述掩模台的位置的调整量，并发送给所述运动驱动器。

一个同步周期中包括如下操作：

所述IO卡、所述运动控制卡和所述运动驱动器收到所述同步数据总线广播的含有同步信息的地址包后结束其他工作，进入数据同步过程；

所述IO卡、所述运动控制卡和所述运动驱动器收到所述同步数据总线广播的含有读写控制信息的地址包，确认本卡在本同步周期中处于接收数据还是发送数据的状态；

所述同步数据总线按地址包的优先级顺序广播所有地址包，所述IO卡、所述运动控制卡和所述运动驱动器根据所述地址包中的地址与所述同步数据总线交换数据。。

其中的传输细节，可参看对图3-11的说明。

本发明还公开了一种光刻设备，包括前述的适用于工件台和掩模台同步控制的数据传输系统。

综上所述，本发明通过简化同步数据总线的硬件结构，提高了传输速度；通过增加优先级控制保证数据有序传输；通过握手确认避免了数据堵塞，提高了数据有效性。进而，在这一同步数据总线的基础上设计的同步控制工件台和掩模台的光刻设备可以高速高精度的同步工件台和掩模台的位置，为提高光刻水平提供了硬件基础。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (24)

1.一种同步数据总线，用于供多个板卡挂载，并在所述多个板卡之间同步传输数据，其特征在于，包括：

信息信号线，用于传输地址包，所述地址包包含所述多个板卡之间交换数据包所必须的信息，所述信息至少包括地址信息和指令信息；

数据线，用于传输所述多个板卡之间需交换的所述数据包，所述数据包的存储位置由所述地址包指定；

控制信号线，用于管理所述数据包的传输时序；

握手信号线，用于管理所述板卡反馈的情况，当所述多个板卡都已准备好交换数据，则所述握手信号线有效；

同步总线控制卡，用于控制所述信息信号线、所述数据线、所述控制信号线和所述握手信号线之间的时序关系；所述同步总线控制卡在所述握手信号线有效后，根据预存的地址包优先级从所述信息信号线依次广播所有地址包，所述多个板卡在所述控制信号线的传输时序控制下，通过所述数据线交换所述地址包指向的所述数据包。

2.如权利要求1所述的同步数据总线，其特征在于，所述同步总线控制卡包括：

信息存储模块，存储多个包含所述地址信息和所述指令信息的地址包；

包信息模块，与所述信息存储模块信号连接，保存所述地址包在所述信息存储模块中的起始地址、地址包的长度、地址包的优先级和冗余发送次数；

信息输出控制模块，与所述信息存储模块和所述包信息模块信号连接，根据所述包信息模块中的包信息从所述信息存储模块中获取相应的地址包，同时还结合一控制时钟生成一控制信号；

总线控制模块，与所述信息输出控制模块信号连接，获取所述地址包和所述控制信号，并将所述地址包输出至所述信息信号线，将所述控制信号输出至所述控制信号线。

3.如权利要求2所述的同步数据总线，其特征在于，所述同步总线控制卡还包括一数据接口模块，所述数据接口模块与所述信息信号线、所述握手信号线以及所述数据线信号连接，所述数据接口模块包括数据接口、地址译码器和地址锁存器，所述地址译码器译码所述地址包中的所述地址信息并保存在所述地址锁存器中，然后根据所述地址锁存器中的地址寻址，经所述数据线交换所述数据包。

4.如权利要求1所述的同步数据总线，其特征在于，所述指令信息至少包括同步信息、读写信息和中断信息之一。

5.如权利要求2所述的同步数据总线，其特征在于，所述信息存储模块和所述包信息模块中的内容在系统初始化时配置。

6.如权利要求1-5任一项所述的同步数据总线，其特征在于，所述地址包包括成对的包头地址和包尾地址，所述包头地址和包尾地址包含用于指示所述多个板卡发送数据或接收数据的所述指令信息。

7.如权利要求3所述的同步数据总线，其特征在于，所述总线控制模块根据系统时钟生成所述控制时钟，在一个控制时钟节拍内，完成下列操作：

所述信息输出控制模块向所述总线控制模块输出上一控制时钟节拍解析得到的地址包和所述控制信号；

所述总线控制器将所述地址包发送到所述信息信号线，将所述控制信号发送到所述控制信号线；以及

所述数据接口译码所述地址包中的地址信息，从所述数据线接收/发送数据。

8.如权利要求2所述的同步数据总线，其特征在于，所述板卡包括：

包更新状态寄存器，包括一准备好标志位，所述准备好标志位用于指示所述板卡是否准备好交换数据；以及

握手方式配置寄存器，包括直接握手标志位和软件握手标志位；若所述直接握手标志位有效，则所述板卡直接置位一单板握手信号，表示所述板卡已准备好交换数据；若所述直接握手标志位无效且所述软件握手标志位有效，则所述板卡先确认所述准备好标志位有效，再置位所述单板握手信号，否则不置位所述单板握手信号。

9.如权利要求8所述的同步数据总线，其特征在于，所述包更新状态寄存器在接收所述地址包最后一字节时，无效所述准备好标志位，表示所述数据包已更新。

10.如权利要求8-9任一项所述的同步数据总线，其特征在于，所述板卡在与同步总线交换数据的空闲时间内处理数据。

11.一种同步数据总线控制方法，所述同步数据总线包括一同步总线控制卡，其特征在于，在每一个同步周期中，所述同步总线控制卡执行下列步骤，以完成一次数据同步：

S1、所述同步总线控制卡广播一包含同步指令的地址包，以使挂载于所述同步数据总线上的多个板卡进入同步工作状态；

S2、所述同步总线控制卡广播一包含读写指令的地址包，以使所述多个板卡分别进入发送或接收状态；

S3、所述同步总线控制卡广播一普通地址包，以使所述发送状态的板卡向所述同步数据总线发送数据包，所述接收状态的板卡从所述同步数据总线接收所述数据包；

S4、所述同步总线控制卡继续广播所述普通地址包，直至所有普通地址包都已广播，结束所述同步周期。

12.如权利要求11所述的同步数据总线控制方法，其特征在于，所有所述地址包在初始化时配置于所述同步总线控制卡中。

13.如权利要求11所述的同步数据总线控制方法，其特征在于，所述同步总线控制卡包括一控制地址包输出的信息输出控制模块及一保存所述地址包信息的包信息模块，所述信息输出控制模块从所述包信息模块中读取所有包信息并存储在本地，还删除所述包信息中冗余发送次数为0的包信息，并按所述包信息中的优先级排序所述地址包的发送顺序，所述同步总线控制卡按此顺序逐包广播所述地址包。

14.如权利要求13所述的同步数据总线控制方法，其特征在于，所述同步总线控制卡还包括一保存所有地址包的信息存储模块和一控制总线数据的总线控制模块，根据所述包信息模块中的起始地址从所述信息存储模块中找到待广播的地址包，继而广播一包所述地址包的过程包括如下步骤：

P1、所述信息输出控制模块从所述信息存储模块中读取当前的地址，并根据所述信息输出控制模块输出的控制时钟生成所述控制信号；

P2、所述信息输出控制模块向所述总线控制模块发送所述地址及所述控制信号；

P3、所述总线控制模块将所述地址发往所述信息信号线，将所述控制信号发往所述控制信号线；

P4、所述总线控制模块从所述握手信号线收到所有板卡的单板握手信号后执行P1，直至所述地址包广播完毕；如不能收到所有板卡的握手信号则执行P6；

P5、所述信息输出控制模块将所述冗余发送次数减1，若所述冗余发送次数为0，则删除当前包信息；

P6、退出本包的广播，读取下一包的地址包。

15.如权利要求13或14所述的同步数据总线控制方法，其特征在于，一个同步周期结束的标志为所述包信息中的冗余发送次数全都为0。

16.如权利要求14所述的同步数据总线控制方法，其特征在于，所述板卡发送或接收一包所述数据包的过程包括如下步骤：

D1、所述板卡从所述信息信号线接收所述数据包的包头地址，并根据该包头地址所含信息，确定接收或发送本数据包；

D2、所述板卡根据本地的握手标志位向所述握手信号线给出单板握手信号；

D3、所述板卡从所述信息信号线接收地址，根据D1的结果从所述数据线接收或发送数据，直至所述数据包发送或接收完毕。

17.如权利要求16所述的同步数据总线控制方法，其特征在于，所述板卡包括准备好标志位和直接握手标志位、软件握手标志位，在步骤D2中具体包括如下判断过程：

D21、若所述直接握手标志位有效，则所述板卡直接置位所述单板握手信号，否则执行D25；

D22、若所述直接握手标志位无效，则判定所述软件握手标志位；

D23、若所述软件握手标志位有效，则查询所述准备好标志位是否有效，否则执行D25；

D24、若所述准备好标志位有效，则所述板卡置位所述单板握手信号，否则执行D25；

D25、不置位所述单板握手信号。

18.一种同步总线结构，其特征在于，包括通讯总线、如权利要求1-10任一项所述的同步数据总线和若干板卡；

所述通讯总线包括标准通讯总线和与其相适应的总线控制卡，用于对所述板卡进行初始化配置和状态监控；

所述同步数据总线用于在所述板卡之间同步传输数据；

若干所述板卡在所述同步总线控制卡控制下相互交换数据，并向所述通讯总线反馈当前运行状态。

19.一种适用于工件台和掩模台同步控制的数据传输系统，其特征在于，包括：

通讯总线，包括标准通讯总线和与其相适应的总线控制卡；

如权利要求1-10中任一项所述的同步数据总线；

含有六自由度位置传感器和六自由度运动驱动器的工件台；

含有六自由度位置传感器和六自由度运动驱动器的掩模台；

接收所述工件台的六自由度位置传感器和所述掩模台的六自由度位置传感器的数据的IO卡，所述IO卡与所述通讯总线和所述同步数据总线分别连接并交换数据；以及

控制所述工件台的六自由度运动驱动器和所述掩模台的六自由度运动驱动器的运动控制卡，所述运动控制卡与所述通讯总线和所述同步数据总线分别连接并交换数据。

20.如权利要求19所述的适用于工件台和掩模台同步控制的数据传输系统，其特征在于，所述运动控制卡至少有三个，分别为控制工件台和掩模台Y方向运动的第一运动控制卡、控制工件台和掩模台Y方向运动的第二运动控制卡和控制工件台和掩模台Z方向运动的第三运动控制卡。

21.如权利要求19或20所述的适用于工件台和掩模台同步控制的数据传输系统，其特征在于，所述运动控制卡通过所述同步数据总线接收所述IO卡发送的所述工件台和所述掩模台的位置数据，并计算所述工件台和所述掩模台位置的调整量，所述调整量通过所述同步数据总线发送给所述运动驱动器。

22.一种同步控制工件台和掩模台的方法，其特征在于，包括如权利要求21所述的适用于工件台和掩模台同步控制的数据传输系统，在同步周期前，所述IO卡接收来自所述位置传感器的当前位置数据，在一个同步周期中所述IO卡与所述运动控制卡交换所述当前位置数据，在同步周期后，所述运动控制卡计算所述工件台和所述掩模台的位置的调整量，并发送给所述运动驱动器；

一个同步周期中包括如下操作：

所述IO卡和所述运动控制卡收到所述同步数据总线广播的含有同步信息的地址包后结束其他工作，进入数据同步过程；

所述IO卡和所述运动控制卡收到所述同步数据总线广播的含有读写控制信息的地址包，确认本卡在本同步周期中处于接收数据还是发送数据的状态；

所述同步数据总线按地址包的优先级顺序广播所有地址包，所述IO卡和所述运动控制卡根据所述地址包中的地址与所述同步数据总线交换数据。

23.如权利要求22所述的同步控制工件台和掩模台的方法，其特征在于，所述同步数据总线广播每一个所述地址包中具体包括：

广播所述地址包的包头；

收到所述IO卡和所述运动控制卡反馈的握手信号后继续发送所述地址包；

若没有收到所有握手信号，则广播本地址包。

24.一种光刻设备，其特征在于，包括如权利要求19-21中任一项所述的数据传输系统。

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