CN1818797B - 光强数据总线系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种光强数据总线系统，包括一总线控制器，其接收数据处理模块的数据请求信号和数据采集模块的数据准备就绪信号，并根据得到的数据传输条件和状态来控制数据采集模块输出数据及数据处理模块接收数据；一数据采集模块，根据总线控制器的控制信号将采样得到的同步数据输出至总线上；一数据处理模块，根据总线控制器的控制信号接收并处理来自总线上的数据。
Description
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数据传输总线协议，更进一步而言，涉及一种基于异步时序规划、消息传递、数据同步广播的数据传输总线协议，以及一个由总线控制器、数据采集模块、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。为使掩模上图像准确的被曝光在硅片上的指定位置，需要精确标定光刻机各部件的空间位置关系，尤其是掩模、掩模台、硅片、硅片台。精确标定通过各种标记的对准实现。步进扫描光刻机光学标记对准包含很多种情况，按精度要求可以分为粗对准、精对准等不同对准精度的对准过程；按对准对象可以分为：掩模台标记-掩模标记对准、硅片台标记-硅片标记对准、硅片标记-掩膜标记对准等不同情况。如图1所示，要实现任何一类光学标记对准过程，都涉及到如何将一个光学标记的空间像(为方便起见，称对应光学标记为投影光学标记)与另外一个光学标记(为方便起见，称对应光学标记为目标光学标记)有效重合的过程，理想情况下，当投影光学标记的像与目标光学标记完全重合时，则由位于目标光学标记下方的光学信号传感器采集到的光强信号最强，即对应于此时光学标记(包括投影光学标记、目标光学标记)的空间位置为所寻找的对准位置。实际上，为实现这一目标，需要不断的控制参与对准的投影光学标记和目标光学标记之间发生相对位移的空间位置调整运动，利用采样到的光强数据与对应两类标记的位置数据进行拟和对比，选出具有最强光强信号的空间位置作为对准位置。
由以上描述可见，要实现光学标记的有效重合，需要：
(1)多次的两类光学标记(投影光学标记、目标光学标记)之间相对位移的空间位置调整，涉及大量空间位置数据采样和处理；
(2)在每次空间位置调整的过程中，需要同步采集与每一个位置采样点相应的对准光强信号，即涉及大量对准光强数据的采样和处理；
(3)需要实时的建立同一时间点采样的位置数据和光强数据的函数关系，即需要将两类信号传输到一个处理单元进行处理，以建立期望的拟和函数关系；
(4)由于涉及到的位置数据和光强数据的数据量很大，且两类数据需要严格的时间同步，所以需要保证能够两类数据的同步采集和快速传送。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于异步时序规划、消息传递、数据同步广播的数据传输总线协议，以及一个由总线控制器、数据采集模块、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：一种光强数据总线系统，包括
一总线控制器，其接收数据处理模块的数据请求信号和数据采集模块的数据准备就绪信号，并根据得到的数据传输条件和状态来控制数据采集模块输出数据及数据处理模块接收数据；
一数据采集模块，根据总线控制器的控制信号将采样得到的同步数据输出至总线上；
一数据处理模块，根据总线控制器的控制信号接收并处理来自总线上的数据。
其中，总线控制器可触发多个数据采集模块进行同步采样。
数据处理模块的数据请求信号包括数据传输请求信号和需要的数据类型。
数据采集模块同步数据采样后，采样数据存储在先进先出存储器中。
总线控制器的采样触发信号触发数据采集模块同步数据采样。
数据处理模块发出数据传输请求和需要的数据类型。
数据处理模块根据总线控制器的数据传输完毕信息，撤销发出的数据传输请求。
本发明还公开了一种在光强数据总线上传输光强数据的方法，包括如下步骤：
(1)总线控制器完成对数据采集模块和数据处理模块的传输同步控制；
(2)当数据处理模块完成上一批光强数据的处理之后，数据处理模块发送数据请求信号，告知总线控制器，数据处理模块需要新的光强数据；
(3)总线控制器响应数据请求信号，发起一个光强数据总线传输周期，读取存放在数据处理模块中的数据请求寄存器中的所需新的光强数据源，数据处理模块等待光强数据传输过程；
(4)总线控制器发出同步触发信号给相应的数据采集模块，数据采集模块采集光强数据后启动模数转换，当光强数据模拟量转换为数字量之后，以数据包的形式存放于数据采集模块上的先进先出存储器中，同时驱动数据准备就绪信号为低电平，向总线控制器告知采样光强数据转换完成，数据可用；
(5)总线控制器收集所有由数据请求寄存器设定的数据源驱动的数据准备就绪信号，当数据源与数据请求寄存器完全相符时，总线控制器发起连续的光强数据总线数据传输周期，控制光强数据依次按照相同的总线周期从不同数据源传输到数据处理模块中，当采用多个数据处理模块时，这些数据处理模块可以同时接收这些数据；
(6)当光强数据传输完成之后，总线控制器紧接着发起一个光强数据总线传输周期，写入数据处理模块的数据处理中断寄存器，同时，总线控制器驱动数据传输完成信号为低电平；
(7)若数据采集模块的先入先出存储器中数据已被传输到数据处理模块中，而在数据传输过程中总线控制器没有触发新的模数转换，则数据采集模块应驱动数据准备就绪信号为高电平；
(8)数据处理模块可以利用总线控制器写入数据处理中断寄存器触发数据处理模块的中断处理，或在等待数据传输的时候不断轮询数据传输完成信号，来确定数据处理模块所需数据是否已经全部传输完成，并在数据处理模块确认数据传输完成后，驱动数据请求信号为高电平，然后进行数据处理；
(9)总线控制器检测到数据请求信号为高电平之后，相应驱动数据传输完成信号为高电平，结束本次光强数据传输过程；
(10)完成本次数据传输之后，总线控制器、数据处理模块和数据采集模块进入等待状态，等待下一次数据传输任务。
其中，总线控制器发出同步触发信号可触发多个数据采集模块。
本发明所提出的基于异步时序规划、消息传递、数据同步广播机制的总线协议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：
(1)实现多通道光强数据根据工作模式高速传输数据到数据处理模块；
(2)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是光刻机对准的基本原理示意图；
图2是光强数据总线系统图；
图3是光强数据总线系统中数据传输控制流程图；
图4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时序规划、消息传递、数据同步广播的数据传输总线协议及其总线系统。该总线协议通过由总线控制器、数据采集模块、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架构来实现。为了便于说明，下文将统称该数据传输总线为光强数据总线(IDB-Intensity Data Bus)。
实现该总线协议的总线系统如图2所示。其中的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)总线基本架构包括总线控制器、包含总线接口的数据采集模块和包含总线接口的数据处理模块三种功能单元；
(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。
在光强数据总线架构中，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。
在光强数据总线架构中，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，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。
如图3所示，图3是光强数据总线系统中数据传输控制流程图。
其对应说明如下：数据处理模块是数据需求方，数据目的地；数据采集模块是数据提供方，数据源；总线控制器是数据传输控制方，完成传输同步控制。
光强数据总线系统中数据传输方法主要包括如下步骤：
(1)总线控制器完成对数据采集模块和数据处理模块的传输同步控制；
(2)当数据处理模块完成上一批光强数据的处理之后，数据处理模块发送数据请求信号，告知总线控制器，数据处理模块需要新的光强数据；
(3)总线控制器响应数据请求信号，发起一个光强数据总线传输周期，读取存放在数据处理模块中的数据请求寄存器中的所需新的光强数据源，数据处理模块等待光强数据传输过程；
(4)总线控制器发出同步触发信号给相应的数据采集模块，启动模数转换，当模拟量转换为数字量之后，以数据包的形式存放于数据采集模块上的先进先出存储器中，同时驱动数据准备就绪信号为低电平，向总线控制器告知采样光强数据转换完成，数据可用；
(5)总线控制器收集所有由数据请求寄存器设定的数据源驱动的数据准备就绪信号，当数据源与数据请求寄存器完全相符时，总线控制器发起连续的光强数据总线数据传输周期，控制光强数据依次按照相同的总线周期从不同数据源传输到数据处理模块中，如果是多个数据处理模块，可以同时接收这些数据；
(6)当光强数据传输完成之后，总线控制器紧接着发起一个光强数据总线传输周期，写入数据处理模块的数据处理中断寄存器，同时，总线控制器驱动数据传输完成信号为低电平；
(7)若数据采集模块的先入先出存储器中数据已被传输到数据处理模块中，而在数据传输过程中总线控制器没有触发新的模数转换，则数据采集模块应驱动数据准备就绪信号为高电平；
(8)数据处理模块可以利用总线控制器写入数据处理中断寄存器触发数据处理模块的中断处理，或在等待数据传输的时候不断轮询数据传输完成信号，来确定数据处理模块所需数据是否已经全部传输完成，并在数据处理模块确认数据传输完成后，驱动数据请求信号为高电平，然后进行数据处理；
(9)总线控制器检测到数据请求信号为高电平之后，相应驱动数据传输完成信号为高电平，结束本次光强数据传输过程；
(10)完成本次数据传输之后，总线控制器、数据处理模块和数据采集模块进入等待状态，等待下一次数据传输任务。
从上面的描述(步骤(1)→步骤(10))可以得出：
(1)上述描述中涉及的数据请求信号、数据准备就绪信号、数据传输完成信号等电气信号是用来完成一定的握手功能，通过这些握手信号来触发总线协议的状态转换，这就是异步时序规划机制。
(2)上述描述中涉及的数据请求寄存器、数据处理中断寄存器等包含了状态约束信息，一方面可以用来控制总线协议状态转换触发的条件，一方面可以实现灵活的设置，满足不同类型数据采集的需要，这就是消息传递机制。
(3).从步骤(5)的描述可知，当满足数据传输条件之后，BCB会按照等时的总线周期连续的将数据从DSB传输到DPB，该过程基于同步广播机制，即在每一个IDB数据总线周期内，由BCB发布该数据对应的总线地址，该地址对于DSB来讲是板载FIFO存放待读数据的地址，对于DPB而言是待写入数据的存储地址，所以在一个IDB数据总线周期内可以同时实现DSB的读出数据直接写入DPB的预定存储单元，而且，对于多个DPB而言，可以同时写入这些DPB的预定存储单元，只是这些存储单元必须对应相同的IDB总线地址。
总之，在光强数据传输过程中，存在有关但又相互独立的两个握手过程：
——DPB与BCB的握手过程；
——DSB与BCB的握手过程；
这两个过程即具有逻辑上的相互独立性，又通过BCB在采样触发和数据请求处理上同步控制而彼此相关。
从上面的描述的光强数据总线控制机制可见，应用异步时序规划、消息传递、数据同步广播机制，可以实现在光刻机对准控制过程中光强数据从数据采集模块向数据处理模块的高速、协调的传输。
为更好的理解本发明，应用本发明提出的光强数据总线协议及总线架构，本发明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4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，主要是完成大量光强数据按照系统同步传输控制要求严格实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(DPB)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(DSB)用于对光强数据进行采样、模数转换；总线控制器(BCB)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，基于光强数据总线协议及总线架构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 (9)
1.一种光强数据总线系统，其特征在于：包括
一总线控制器，其接收数据处理模块的数据请求信号和数据采集模块的数据准备就绪信号，并根据得到的数据传输条件和状态来控制数据采集模块输出数据及数据处理模块接收数据；
一数据采集模块，根据总线控制器的控制信号将采样得到的同步数据输出至总线上；
一数据处理模块，根据总线控制器的控制信号接收并处理来自总线上的数据。
2.根据权利要求1所述的光强数据总线系统，其特征在于：总线控制器可触发多个数据采集模块进行同步采样。
3.根据权利要求2所述的光强数据总线系统，其特征在于：数据处理模块的数据请求信号包括数据传输请求信号和需要的数据类型。
4.根据权利要求1所述的光强数据总线系统，其特征在于：数据采集模块同步数据采样后，采样数据存储在先进先出存储器中。
5.根据权利要求4所述的光强数据总线系统，其特征在于：总线控制器的采样触发信号触发数据采集模块同步数据采样。
6.根据权利要求1所述的光强数据总线系统，其特征在于：数据处理模块发出数据传输请求和需要的数据类型。
7.根据权利要求6所述的光强数据总线系统，其特征在于：数据处理模块根据总线控制器的数据传输完毕信息，撤销发出的数据传输请求。
8.一种在光强数据总线上传输光强数据的方法，其特征在于：包括如下步骤
(1)总线控制器完成对数据采集模块和数据处理模块的传输同步控制；
(2)当数据处理模块完成上一批光强数据的处理之后，数据处理模块发送数据请求信号，告知总线控制器，数据处理模块需要新的光强数据；
(3)总线控制器响应数据请求信号，发起一个光强数据总线传输周期，读取存放在数据处理模块中的数据请求寄存器中的所需新的光强数据源，数据处理模块等待光强数据传输过程；
(4)总线控制器发出同步触发信号给相应的数据采集模块，数据采集模块采集光强数据后启动模数转换，当光强数据模拟量转换为数字量之后，以数据包的形式存放于数据采集模块上的先进先出存储器中，同时驱动数据准备就绪信号为低电平，向总线控制器告知采样光强数据转换完成，数据可用；
(5)总线控制器收集所有由数据请求寄存器设定的数据源驱动的数据准备就绪信号，当数据源与数据请求寄存器完全相符时，总线控制器发起连续的光强数据总线数据传输周期，控制光强数据依次按照相同的总线周期从不同数据源传输到数据处理模块中，当采用多个数据处理模块时，数据处理模块同时接收数据；
(6)当光强数据传输完成之后，总线控制器紧接着发起一个光强数据总线传输周期，写入数据处理模块的数据处理中断寄存器，同时，总线控制器驱动数据传输完成信号为低电平；
(7)若数据采集模块的先入先出存储器中数据已被传输到数据处理模块中，而在数据传输过程中总线控制器没有触发新的模数转换，则数据采集模块应驱动数据准备就绪信号为高电平；
(8)数据处理模块利用总线控制器写入数据处理中断寄存器触发数据处理模块的中断处理，或在等待数据传输的时候不断轮询数据传输完成信号，来确定数据处理模块所需数据是否已经全部传输完成，并在数据处理模块确认数据传输完成后，驱动数据请求信号为高电平，然后进行数据处理；
(9)总线控制器检测到数据请求信号为高电平之后，相应驱动数据传输完成信号为高电平，结束本次光强数据传输过程；
(10)完成本次数据传输之后，总线控制器、数据处理模块和数据采集模块进入等待状态，等待下一次数据传输任务。
9.根据权利要求8所述的在光强数据总线上传输光强数据的方法，其特征在于：总线控制器发出同步触发信号可触发多个数据采集模块。
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