CN1818796B

CN1818796B - 光强数据总线系统及其总线控制器

Info

Publication number: CN1818796B
Application number: CN 200610024784
Authority: CN
Inventors: 韦学志; 周畅; 陈勇辉
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2026-03-16
Also published as: CN1818796A

Abstract

一种光强数据总线系统，包括一总线控制器，总线控制器具有一个存放数据类型指针的数据类型指针队列管理模块，数据类型指针队列管理模块包括数据类型地址队列指针，指向对应数据采集模块采样数据的数据地址队列；数据请求者数据类型寄存器地址，读取当前数据处理模块所需数据类型；数据请求者写中断地址，告知数据处理模块数据传输完成，触发数据处理中断；一具有光强数据总线接口模块的数据采集模块；一具有光强数据总线接口模块的数据处理模块。

Description

光强数据总线系统及其总线控制器

技术领域

本发明涉及一种步进扫描投影光刻机并行控制系统的光强数据传输总线(IDB)的总线控制器及其该总线系统，更进一步而言，涉及一种基于异步握手触发、消息处理、地址指针队列机制的总线控制器，以及一个由该总线控制器、包含IDB接口的数据采集模块、包含IDB接口的数据处理模块组成的、按照该数据传输总线协议并行协调工作的总线系统。

背景技术

步进扫描投影光刻机的主要任务之一是实现高精度光学标记对准过程。在对准过程中需要在数据采集模块和数据处理模块之间有大量实时数据传输，所以我们提出了光强数据总线(IDB)协议及总线平台架构，如图1所示，数据传输总线其中包括控制信号线、地址信号线和数据信号线。

其基本特点是：

(1)该总线传输平台由总线控制器、数据采集模块和数据处理模块组成；

(2)通过上述三者之间的异步握手信号(电气触发信号)和相应握手消息(读写特定寄存器)来建立总线数据传输启动或停止的条件；

(3)由数据处理模块向总线控制器发出数据传输请求；

(4)由总线控制器发出采样触发信号启动数据采集模块的信号采样转换；

(5)由数据采集模块在完成采样信号数据转换后告知总线控制器数据准备好；

(6)当满足当前总线数据传输启动条件后，总线控制器根据数据处理模块请求数据类型，选择合适的总线地址在总线上广播；

(7)当总线控制器在总线上进行地址广播的同时，在总线控制器控制信号的控制下，数据采集模块将驱动并输出数据，数据处理模块将接收并存储数据；

(8)当完成当前请求数据的传输工作后，总线控制器告知数据处理模块数据传输完成，可以复位，为下一次数据传输做准备。

在光强数据总线平台中，总线控制器(bus controller board，缩写BCB)负责：

(1)触发多个数据采集模块同步采样；

(2)接收数据处理模块的数据传输请求和需要的数据类型；

(3)接收数据采集模块的数据准备好信号；

(4)判断数据传输条件是否具备，具备则控制数据采集模块依次输出数据，数据处理模块依次接收数据；

(5)判断数据传输是否结束，结束则告知数据处理模块，所请求数据已经传输完毕；

在光强数据总线平台中，数据采集模块(data sampler board，缩写DSB)负责：

(1)接收总线控制器的采样触发信号；

(2)进行同步数据采样，并将采样数据放入存储FIFO中；

(3)完成一次数据采样，发送数据准备好信号给总线控制器；

(4)等待数据读取，在总线控制器的控制下输出数据到总线上；

(5)当完成数据输出任务后，清除数据准备好信号，等待进行下一次触发采样；

数据处理模块(data processor board，缩写DPB)负责：

(1)发出数据传输请求和需要的数据类型；

(2)等待数据传输开始，并在总线控制器的控制下接收来自总线上的数据；

(3)接收来自总线控制器的数据传输完毕信息，撤销此次数据传输请求；

(4)接收来自总线控制器的数据传输完毕信息后，开始进行数据处理；

(5)准备下一次数据传输请求；

根据上述IDB总线协议的规范要求和功能设计要求，本发明专利提出了一种基于异步握手触发、消息处理、地址指针队列机制的总线控制器设计技术，以及一个由该总线控制器、包含IDB接口的数据采集模块、包含IDB接口的数据处理模块组成的、按照该数据传输总线协议并行协调工作的总线系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于异步握手触发、消息处理、地址指针队列机制的总线控制器设计技术，以及一个由该总线控制器、包含IDB接口的数据采集模块、包含IDB接口的数据处理模块组成的、按照该数据传输总线协议并行协调工作的总线系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种总线控制器，该总线控制器具有一个存放数据类型指针的数据类型指针队列管理模块，数据类型指针队列管理模块包括数据类型地址队列指针，指向对应数据采集模块采样数据的数据地址队列；数据请求者数据类型寄存器地址，读取当前数据处理模块所需数据类型；数据请求者写中断地址，告知数据处理模块数据传输完成，触发数据处理中断。

其中，总线控制器还包括一个当前允许数据请求者寄存器，总线控制器收到由数据处理模块向总线控制器发送的数据请求者请求信号后，根据当前允许数据请求者寄存器的允许设置，将对应数据请求者数据类型寄存器地址广播到光强数据总线上。

总线控制器还包括一个数据请求者数据类型寄存器，存放对应数据处理模块的请求数据类型寄存器中的数据。

总线控制器还包括一个数据采样触发控制寄存器，向选定的若干个数据采集模块发送同步触发信号，使得数据采集模块开始同步数据转换。

总线控制器还包括一个数据就绪状态寄存器，接收数据处理模块发出的数据类型就绪信号。

数据就绪状态寄存器实时地与选定的数据请求者数据类型寄存器的内容进行比较，当两寄存器内容相同时，则启动选定的数据类型地址队列指针对应的数据类型地址队列的光强数据总线的地址广播和时序控制。在完成所有采样数据的读取后，数据就绪状态寄存器的有效位均为清除状态。

总线控制器在完成对应当前允许的数据处理模块的所有请求数据的传输之后，发送数据请求者数据传输完成信号给该数据处理模块，使得数据处理模块撤销数据请求者请求信号。

总线控制器利用一个光强数据总线周期，广播数据请求者写中断地址，触发数据处理模块的一个特殊的处理器中断，来完成当前已传输数据的处理工作。

此外，本发明还公开了一种光强数据总线系统，包括

一总线控制器，总线控制器具有一个存放数据类型指针的数据类型指针队列管理模块，数据类型指针队列管理模块包括数据类型地址队列指针，指向对应数据采集模块采样数据的数据地址队列；数据请求者数据类型寄存器地址，读取当前数据处理模块所需数据类型；数据请求者写中断地址，告知数据处理模块数据传输完成，触发数据处理中断；

一具有光强数据总线接口模块的数据采集模块；

一具有光强数据总线接口模块的数据处理模块。

数据采集模块得到总线控制器的采样触发信号后，按照选定的采样频率把外部传感器信号转换为数字信号，并存入先入先出存储器队列中。

完成所有通道数据转换后，数据采集模块通过光强数据总线接口模块向总线控制器发送数据类型就绪信号，告知总线控制器当前采样已完成，等待总线控制器读取数据。

当总线控制器完成对该数据采集模块所有通道的读操作之后，该数据采集模块的光强数据总线接口模块自动清除数据类型就绪信号。

处理处理模块利用数据请求信号触发光强数据总线接口模块发送数据请求者请求信号。

数据处理模块包含数据请求类型寄存器，总线控制器从该数据请求类型寄存器内读出当前所需传输的数据类型，并存储到总线控制器上对应当前允许数据处理模块的数据请求者数据类型寄存器中。

总线控制器完成采样数据传输后，通过数据请求者数据传输完成信号告知数据处理模块撤销当前数据请求者请求信号。

总线控制器完成采样数据传输后，通过光强数据总线写一次“数据传输完成触发地址”，在数据处理模块上触发一次处理器中断，以启动数据处理过程。

本发明所提出的基于异步握手触发、消息处理、地址指针队列机制的总线控制器以及相应的总线系统，可以在步进扫描光刻机中获得如下效果：

实现多通道光强数据的同步采样；

实现满足握手条件时从数据采集模块高速同步传输数据到数据处理模块；

实现对准工艺所需位置数据与光强数据同步采集和拟和处理的需要。

附图说明

图1是光强数据总线系统图；

图2是总线控制器的控制逻辑示意图；

图3是数据采集模块的控制逻辑示意图；

图4是数据处理模块的控制逻辑示意图；

图5是对准系统控制结构图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于异步握手触发、消息处理、地址指针队列机制的总线控制器设计技术，以及一个由该总线控制器、包含IDB接口的数据采集模块、包含IDB接口的数据处理模块组成的、按照该数据传输总线协议并行协调工作的总线系统。

总线控制器的设计是实现IDB总线技术的核心。其主要实现基于异步握手触发、消息处理、地址指针队列机制。图2是总线控制器的控制逻辑示意图。

首先说明地址指针队列机制，从图2中可见，IDB数据类型指针队列管理模块里存放了：

(1)数据类型地址队列指针。每一个指针指向一块数据采集模块采样数据的数据地址队列(每一块数据采集模块的数据的集合称为一种“数据类型”)，每一个数据类型地址队列包含多个信号处理通道的数据地址；

(2)数据请求者数据类型寄存器地址。用于总线控制器读取当前数据处理模块所需数据类型；

(3)数据请求者写中断地址。用于总线控制器告知数据处理模块数据传输完成，触发数据处理中断；

通过操作以上3种数据类型指针，可以完成光强数据总线上的握手信息交换、数据读写、状态反馈等控制功能。比如，总线控制器选定特定“数据类型地址队列指针”，依次把与该指针对应的每通道信号采样数据存放地址广播到光强数据总线上，就可以实现从数据采集模块读数的同时，将数据同步存储到数据处理模块，这就是实现数据同步广播功能的地址指针队列机制。

由于异步握手触发和消息处理两种机制彼此相关，所以一起说明如下：

在数据处理模块请求数据传输的时候，首先由数据处理模块向总线控制器发送“数据请求者x(x＝1，2，...，q)请求信号”，总线控制器收到该类请求信号后可以根据“当前允许数据请求者寄存器”的允许设置，将对应“数据请求者x数据类型寄存器地址”广播到光强数据总线上，从而将对应数据处理模块“请求数据类型寄存器”的内容读到总线控制器内相应的“数据请求者x数据类型寄存器”。这样可以建立数据处理模块与总线控制器之间的总线传输启动握手信号。

此外，当总线控制器利用“数据采样触发控制寄存器”的设置发给选定的若干个数据采集模块同步触发信号后，数据采集模块开始同步数据转换，当完成模拟信号到数字信号的转换之后，数据处理模块则发出“数据类型y(y＝1，2，...，n)就绪信号”给总线控制器，总线控制器利用“数据就绪状态寄存器”来收集数据就绪情况，并实时与选定的“数据请求者x数据类型寄存器”的内容进行比较，当两寄存器内容相同时，则启动选定的“数据类型地址队列指针”对应的“数据类型地址队列”的光强数据总线的地址广播和时序控制，这样可以准确的确定光强数据总线采样数据传输的开始，也是数据采集模块与总线控制器之间建立总线传输启动握手信号及向总线控制器进行状态反馈的过程。

当每一块数据采集模块对应当前允许数据处理模块的请求数据读取完毕，该数据采集模块会撤销与此次相应的“数据类型y(y＝1，2，...，n)就绪信号”，等完成所有采样数据的读取，对应于总线控制器内的“数据就绪状态寄存器”有效位均为清除状态，为下次采样数据传输做好准备。而相应的，总线控制器会在完成对应当前允许的数据处理模块的所有请求数据的传输之后，发送给该数据处理模块“数据请求者x数据传输完成信号”，这样，数据处理模块可以随后撤销当前“数据请求者x(x＝1，2，...，q)请求信号”，为下一次数据请求做准备。并还可以利用一个光强数据总线周期，广播“数据请求者x写中断地址”，触发数据处理模块的一个特殊的处理器中断，来完成当前已传输数据的处理工作。

通过以上分析，可以看出，存在两类异步握手触发可以建立三类板卡的握手过程，其一是总线控制器与数据处理模块的握手过程，另一个是总线控制器与数据采集模块的握手过程，正是通过总线控制器把这两个握手过程关联起来；另外，总线控制器和数据处理模块对于寄存器消息的处理不仅可以灵活的改变数据传输类型，实现不同应用场合更多数据类型的处理功能，而且还可以为数据处理提供一种可选的触发方式，此外，还可以通过提供更多的消息格式和处理机制，实现更复杂的系统功能和精细控制。

采用IDB总线接口的数据采集模块是IDB总线平台的一个基本功能部分。如图3是数据采集模块的控制逻辑示意图。

数据采集模块的同步控制结构比较简单，得到总线控制器的采样触发信号后，数据采集模块开始按照选定的采样频率(由采样时钟控制)把外部传感器信号转换为数字信号，并存入先入先出存储器(FIFO)队列。当完成所有通道数据转换后，数据采集模块的光强数据总线接口模块会利用“数据类型y(y＝1，2，...，n)就绪信号”告知总线控制器当前采样已完成，等待总线控制器读取数据；当总线控制器完成对该数据采集模块的所有通道的读操作之后，该数据采集模块的光强数据总线接口模块自动清除“数据类型y(y＝1，2，...，n)就绪信号”，为下次数据传输做好准备。

采用IDB总线接口的数据处理模块是构成IDB总线平台仅次与总线控制器的又一重要功能部分。如图4是数据处理模块的控制逻辑示意图。

在光强数据总线平台中，由数据处理模块发起数据传输请求(该数据处理模块每收到一个位置数据就会发起一次光强数据的传输请求)，即数据处理模块利用“数据请求信号(内部)”触发“IDB总线接口”模块发送“数据请求者x(x＝1，2，...，q)请求信号”，开始与总线控制器建立握手信号；接着总线控制器会从“数据请求类型寄存器”内读出当前所需传输的数据类型并存储到总线控制器上对应当前允许数据处理模块的“数据请求者x数据类型寄存器”，为此后为总线控制器与数据采集模块建立握手过程做准备；当总线控制器完成采样数据的传输之后，一方面通过“数据请求者x数据传输完成信号”告知数据处理板撤销当前“数据请求者x(x＝1，2，...，q)请求信号”；另一方面，会通过光强数据总线写一次“数据传输完成触发地址”，在数据处理板上触发一次处理器中断，以启动数据处理过程。

从上面的描述的光强总线控制器的实现机制及其与包含IDB接口的数据采集模块、包含IDB接口的数据处理模块组成的光强数据总线平台的实现方案可见，应用异步握手触发、消息处理、地址指针队列机制，可以实现光刻机对准控制过程中利用光强数据总线协议高速实时传输采样数据的要求。

本发明所提出的基于异步握手触发、消息处理、地址指针队列机制的总线控制器以及相应的总线实现平台，可以在步进扫描光刻机中获得如下效果：

实现多通道光强数据的同步采样；

为更好的理解本发明，应用本发明提出的总线控制器及总线平台，我们提出了一个具体实施例，以实现光刻机对准工艺中光强数据与位置数据拟和的需要。如图5所示，作为一个最佳实施例，对准控制系统内有两类总线类型，一种是实时性要求较低的总线，可以采用通用的总线标准，比如VME64/CPCI等常用工控总线协议，主要是完成对系统内工作板卡的一些初始化和任务调度等上层操作；另一类就是光强数据总线，主要是完成实时性要求苛刻的大量光强数据按照系统同步传输控制要求准时的传输到数据处理卡，与位置数据进行拟和算法处理。该系统内包含4大类控制类板卡，一种是通讯总线控制卡，完成通讯总线控制、其余板卡的初始化和参数设置、任务调度等任务；数据处理卡用于收集位置数据和光强数据并对这些数据进行拟和处理；数据采集卡用于对光强数据进行采样、模数转换；总线控制器负责控制控制数据采集卡实时同步采样、光强数据总线数据传输、启动数据处理等任务。

实际工作中，上述板卡均集成到一个机箱的同一块背板上，四类板卡均通过通讯总线进行互连，而数据处理卡、总线控制器、数据采集卡又通过本发明所提出的光强数据总线互连，以完成实时光强数据的传输和处理。总线控制器核心控制逻辑可采用FPGA/CPLD实现；数据处理卡可以采用数字信号处理器、FPGA、Flash ROM、DPRAM、SRAM等来实现；数据采集卡则可以利用光电转换器件、AD转换芯片、滤波电路和FPGA来实现。

具体工作过程说明如下：

第一步，利用通讯总线控制卡对整个控制系统进行初始化和参数设置；

第二步，完成初始设置以后，由通讯总线控制卡启动“IDB控制寄存器”，允许光强数据总线的总线控制器进行数据传输控制；

第三步，当数据处理卡提出数据传输请求时，总线控制器利用一个总线周期读取该处理卡的数据类型寄存器，确定其所需要的光强数据的类型；同时，总线控制器也收集上一次相应与位置采样同步触发采样的光强数据的就绪信号；

第四步，等数据处理卡所需光强数据均就绪之后，总线控制器利用数据类型地址队列指针依次在光强数据总线上广播对应光强数据的地址，将所需光强数据依次存入数据处理卡的DPRAM(双端口RAM)内；

第五步，完成一次采样所有数据的传输后，对应数据采集卡、总线控制器和数据处理卡都会做一些部分复位工作，以做好下一次数据传输的准备。

第六步，依次进行，可以完成多个位置点的光强数据采样，进而完成光强数据与位置数据的同步采集工作。

第七步，完成所有的采样工作后，由数据处理卡对位置数据和光强数据进行拟和处理，完成系统设计任务。

综上所述，基于光强数据总线控制器及总线平台的对准控制系统可以实现多通道光强数据的实时传输、处理和算法执行，进而满足光刻机对准工艺中对大量光强信号采样的需要。

Claims

1.一种总线控制器，其特征在于：总线控制器具有一个存放数据类型指针的数据类型指针队列管理模块，数据类型指针队列管理模块包括

数据类型地址队列指针，指向对应数据采集模块采样数据的数据地址队列；

数据请求者数据类型寄存器地址，读取当前数据处理模块所需数据类型；

数据请求者写中断地址，告知数据处理模块数据传输完成，触发数据处理中断。

2.根据权利要求1所述的总线控制器，其特征在于：总线控制器还包括一个当前允许数据请求者寄存器，总线控制器收到由数据处理模块向总线控制器发送的数据请求者请求信号后，根据当前允许数据请求者寄存器的允许设置，将对应数据请求者数据类型寄存器地址广播到光强数据总线上。

3.根据权利要求2所述的总线控制器，其特征在于：总线控制器还包括一个数据请求者数据类型寄存器，存放对应数据处理模块的请求数据类型寄存器中的数据。

4.根据权利要求2所述的总线控制器，其特征在于：总线控制器还包括一个数据采样触发控制寄存器，向选定的若干个数据采集模块发送同步触发信号，使得数据采集模块开始同步数据转换。

5.根据权利要求2所述的总线控制器，其特征在于：总线控制器还包括一个数据就绪状态寄存器，接收数据处理模块发出的数据类型就绪信号。

6.根据权利要求5所述的总线控制器，其特征在于：数据就绪状态寄存器实时地与选定的数据请求者数据类型寄存器的内容进行比较，当两寄存器内容相同时，则启动选定的数据类型地址队列指针对应的数据类型地址队列的光强数据总线的地址广播和时序控制。

7.根据权利要求2所述的总线控制器，其特征在于：总线控制器还包括一个数据就绪状态寄存器，在完成所有采样数据的读取后，数据就绪状态寄存器的有效位均为清除状态。

8.根据权利要求2所述的总线控制器，其特征在于：总线控制器在完成对应当前允许的数据处理模块的所有请求数据的传输之后，发送数据请求者数据传输完成信号给该数据处理模块，使得数据处理模块撤销数据请求者请求信号。

9.根据权利要求8所述的总线控制器，其特征在于：总线控制器利用一个光强数据总线周期，广播数据请求者写中断地址，触发数据处理模块的一个特殊的处理器中断，来完成当前已传输数据的处理工作。

10.一种光强数据总线系统，其特征在于：包括

一具有光强数据总线接口模块的数据采集模块；

一具有光强数据总线接口模块的数据处理模块。

11.根据权利要求10所述的光强数据总线系统，其特征在于：总线控制器还包括一个当前允许数据请求者寄存器，总线控制器收到由数据处理模块向总线控制器发送的数据请求者请求信号后，根据当前允许数据请求者寄存器的允许设置，将对应数据请求者数据类型寄存器地址广播到光强数据总线上。

12.根据权利要求11所述的光强数据总线系统，其特征在于：总线控制器还包括一个数据请求者数据类型寄存器，存放对应数据处理模块的请求数据类型寄存器中的数据。

13.根据权利要求11所述的光强数据总线系统，其特征在于：总线控制器还包括一个数据采样触发控制寄存器，向选定的若干个数据采集模块发送同步触发信号，使得数据采集模块开始同步数据转换。

14.根据权利要求11所述的光强数据总线系统，其特征在于：总线控制器还包括一个数据就绪状态寄存器，接收数据处理模块发出的数据类型就绪信号。

15.根据权利要求14所述的光强数据总线系统，其特征在于：数据就绪状态寄存器实时地与选定的数据请求者数据类型寄存器的内容进行比较，当两寄存器内容相同时，则启动选定的数据类型地址队列指针对应的数据类型地址队列的光强数据总线的地址广播和时序控制。

16.根据权利要求11所述的光强数据总线系统，其特征在于：总线控制器还包括一个数据就绪状态寄存器，在完成所有采样数据的读取后，数据就绪状态寄存器的有效位均为清除状态。

17.根据权利要求11所述的光强数据总线系统，其特征在于：总线控制器在完成对应当前允许的数据处理模块的所有请求数据的传输之后，发送数据请求者数据传输完成信号给该数据处理模块，使得数据处理模块撤销数据请求者请求信号。

18.根据权利要求17所述的光强数据总线系统，其特征在于：总线控制器利用一个光强数据总线周期，广播数据请求者写中断地址，触发数据处理模块的一个特殊的处理器中断，来完成当前已传输数据的处理工作。

19.根据权利要求10所述的光强数据总线系统，其特征在于：数据采集模块得到总线控制器的采样触发信号后，按照选定的采样频率把外部传感器信号转换为数字信号，并存入先入先出存储器队列中。

20.根据权利要求19所述的光强数据总线系统，其特征在于：完成所有通道数据转换后，数据采集模块通过光强数据总线接口模块向总线控制器发送数据类型就绪信号，告知总线控制器当前采样已完成，等待总线控制器读取数据。

21.根据权利要求20所述的光强数据总线系统，其特征在于：当总线控制器完成对该数据采集模块所有通道的读操作之后，该数据采集模块的光强数据总线接口模块自动清除数据类型就绪信号。

22.根据权利要求10所述的光强数据总线系统，其特征在于：数据处理模块利用数据请求信号触发光强数据总线接口模块发送数据请求者请求信号。

23.根据权利要求22所述的光强数据总线系统，其特征在于：所述数据处理模块包含数据请求类型寄存器，总线控制器从所述数据请求类型寄存器读出当前所需传输的数据类型，并存储到总线控制器上对应当前允许数据处理模块的数据请求者数据类型寄存器中。

24.根据权利要求23所述的光强数据总线系统，其特征在于：总线控制器完成采样数据传输后，通过数据请求者数据传输完成信号告知数据处理模块撤销当前数据请求者请求信号。

25.根据权利要求24所述的光强数据总线系统，其特征在于：总线控制器完成采样数据传输后，通过光强数据总线写一次“数据传输完成触发地址”，在数据处理模块上触发一次处理器中断，以启动数据处理过程。