基于vme總線的多路激光干涉儀數(shù)據(jù)的同步讀取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于VME總線的多路激光干涉儀數(shù)據(jù)的同步讀取方法，屬于高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的信號(hào)采集與數(shù)據(jù)通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]步進(jìn)掃描投影式光刻機(jī)作為高精度的伺服控制系統(tǒng)，近40年來(lái)，隨著光刻機(jī)新產(chǎn)品的更迭問(wèn)世，使得光刻機(jī)的特征線寬接連攻克了 2000nm、1000nm、800nm、500nm、350nm、250nm、180nm、90nm、65nm、45nm的精度要求。面對(duì)如此高的精度要求，必須采用精度更高的傳感器作為測(cè)量元件，這樣才能保證控制精度的實(shí)現(xiàn)。激光干涉儀是以激光波長(zhǎng)為已知長(zhǎng)度，利用邁克耳遜干涉系統(tǒng)測(cè)量位移的通用長(zhǎng)度測(cè)量傳感器，高精度的激光干涉儀可以達(dá)到納米級(jí)的測(cè)量精度，也只有這樣的高精度傳感器才能在光刻機(jī)系統(tǒng)中發(fā)揮最大的作用。
[0003]由于光刻機(jī)整個(gè)系統(tǒng)的工作時(shí)序繁多復(fù)雜，諸如掃描、曝光、光刻，再加上用于提高系統(tǒng)工作效率的換臺(tái)操作，各自都需要一整套的控制平臺(tái)，整個(gè)算下來(lái)需要數(shù)以十計(jì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及傳感器，這里面就包括了超過(guò)10個(gè)的激光干涉儀，這些激光干涉儀獲得的數(shù)據(jù)并不是獨(dú)立的，需要同時(shí)為所有控制子系統(tǒng)共用，所以同步讀取多路激光干涉儀的數(shù)據(jù)成為了一個(gè)關(guān)鍵的步驟。
[0004]VME總線由Versa總線的電氣標(biāo)準(zhǔn)和Eurocard標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械架構(gòu)兩部分構(gòu)成，是一種異步傳輸總線，廣泛用于工控機(jī)與各板卡的通信。使用VME總線可以實(shí)現(xiàn)多板卡的數(shù)據(jù)交互及通信，但是如果不加以區(qū)別，多路激光干涉儀數(shù)據(jù)到達(dá)采集板卡再通過(guò)VME傳到運(yùn)動(dòng)控制卡的時(shí)候會(huì)發(fā)生沖突和錯(cuò)誤，將無(wú)法協(xié)調(diào)多路激光干涉儀數(shù)據(jù)的讀取以及接下來(lái)的控制。而且，我們需要獲得的是同一時(shí)刻所有傳感器的測(cè)量值，從而才能確定該時(shí)刻被控對(duì)象的位置速度等信息，以便還原被測(cè)物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，因此數(shù)據(jù)的同步性也是需要解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是為了解決讀取多路激光干涉儀數(shù)據(jù)時(shí)，相互沖突、未加區(qū)分識(shí)別以及缺失同步性的問(wèn)題，提供了一種基于VME總線的多路激光干涉儀數(shù)據(jù)的同步讀取方法。
[0006]本發(fā)明所述基于VME總線的多路激光干涉儀數(shù)據(jù)的同步讀取方法，該方法涉及的讀取裝置包括同步卡、VME機(jī)箱內(nèi)的VME總線背板、信號(hào)卡和多個(gè)激光干涉儀；
[0007]同步卡以DSP模塊為算法處理模塊，以FPGA模塊為主要的信號(hào)處理模塊，CPLD芯片為電平轉(zhuǎn)換模塊，并基于VME總線通信協(xié)議，通過(guò)VME接口與信號(hào)卡3通信，DSP模塊通過(guò)EMIF接口與FPGA模塊進(jìn)行通信，F(xiàn)PGA模塊中設(shè)計(jì)了一個(gè)雙口 RAM的數(shù)據(jù)緩存區(qū)，以及通過(guò)VME接口與信號(hào)卡通信的模塊，同步卡通過(guò)VME接口向信號(hào)卡發(fā)送讀取控制信號(hào)，從信號(hào)卡獲取數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到雙口 RAM里，然后DSP模塊通過(guò)EMIF接口從雙口 RAM里讀取，從而用于控制；
[0008]VME機(jī)箱內(nèi)的VME總線背板的P2接口總線具有兩根地址線，該地址線掛接同步卡和多個(gè)信號(hào)卡，信號(hào)卡負(fù)責(zé)從激光干涉儀上獲取信號(hào)并且進(jìn)行存儲(chǔ)和處理；激光干涉儀信號(hào)通過(guò)Iemo連接器傳輸?shù)叫盘?hào)卡上，該信號(hào)在同步卡中經(jīng)由電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理存儲(chǔ)到同步卡的雙口 RAM中，每個(gè)信號(hào)卡最多獲取四路激光干涉儀的信號(hào)；
[0009]該方法為:同步卡提供同步時(shí)鐘10MHz，并且根據(jù)規(guī)定好的時(shí)序協(xié)議生成數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)、信號(hào)讀取和地址三個(gè)信號(hào)置于VME自定義總線，與信號(hào)卡相連，信號(hào)卡根據(jù)同步時(shí)鐘1MHz不斷更新數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)為高電平時(shí)，信號(hào)卡數(shù)據(jù)鎖存不再更新，此時(shí)同步卡會(huì)發(fā)出地址請(qǐng)求，當(dāng)?shù)刂贩€(wěn)定后隨即發(fā)出讀請(qǐng)求，接收到地址信號(hào)和讀信號(hào)的信號(hào)卡將對(duì)應(yīng)地址上的數(shù)據(jù)放到VME總線定義的數(shù)據(jù)總線上，等待同步卡讀取，讀取成功關(guān)掉讀使能，變換下一個(gè)地址信號(hào)，如此循環(huán)，直到四路數(shù)據(jù)依次全部讀取完成，最后將數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)拉低，繼續(xù)更新采集數(shù)據(jù)等待下一次讀取指令。至此完成了一次完整的四路激光干涉儀數(shù)據(jù)的同步讀取。
[0010]由于信號(hào)卡體積尺寸有限，只能采集四路激光干涉儀數(shù)據(jù)，然而實(shí)際上用到的激光干涉儀不止四個(gè)，那么就需要采用多塊信號(hào)卡來(lái)采集數(shù)據(jù)，如果簡(jiǎn)單的把多塊信號(hào)卡做同樣的處理然后插到VME機(jī)箱中使用，會(huì)出現(xiàn)地址沖突的現(xiàn)象，因此必須在多塊信號(hào)卡之間再次做地址分配，另外設(shè)置一個(gè)寄存器會(huì)使程序變得復(fù)雜，本發(fā)明里采用在原有的信號(hào)卡RAM上添加高位地址線的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)支持多信號(hào)卡的目標(biāo)，這里我們以四塊信號(hào)卡為例，我們就需要再添加兩根高位地址線，將原來(lái)的兩根地址線擴(kuò)展成四根，高兩位用來(lái)進(jìn)行信號(hào)卡編號(hào)，低兩位依舊用來(lái)區(qū)分存放各自的四路激光干涉儀信號(hào)。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明應(yīng)用VME總線通信機(jī)制，設(shè)計(jì)同步傳輸-存儲(chǔ)卡產(chǎn)生同步時(shí)鐘、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)信號(hào)、地址信號(hào)以及讀使能信號(hào)，完成單塊干涉信號(hào)處理卡到同步傳輸-存儲(chǔ)卡的信號(hào)交互，用來(lái)實(shí)現(xiàn)最多四路激光干涉儀數(shù)據(jù)的同步讀取，然后擴(kuò)展到多塊干涉信號(hào)處理卡，通過(guò)添加高位地址線的方法來(lái)區(qū)分干涉信號(hào)處理卡，從而解決了讀取不同卡時(shí)地址沖突的問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)了任意路激光干涉儀數(shù)據(jù)的同步讀取。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明所述基于VME總線的多路激光干涉儀數(shù)據(jù)的同步讀取方法的主要硬件模塊及通信原理示意圖；
[0013]圖2是該方法中同步卡與信號(hào)卡配合工作流程圖；
[0014]圖3是該方法中P2總線接口同步讀取的工作時(shí)序圖；
[0015]圖4是該方法中使用多塊信號(hào)卡讀取數(shù)據(jù)時(shí)實(shí)現(xiàn)地址分配的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1至圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述基于VME總線的多路激光干涉儀數(shù)據(jù)的同步讀取方法，該方法涉及的讀取裝置包括同步卡1、VME機(jī)箱內(nèi)的VME總線背板2、信號(hào)卡3和多個(gè)激光干涉儀4 ;
[0017]同步卡I以DSP模塊1-1為算法處理模塊，以FPGA模塊1_2為主要的信號(hào)處理模塊，CPLD芯片1-3為電平轉(zhuǎn)換模塊，并基于VME總線通信協(xié)議，通過(guò)VME接口 1_4與信號(hào)卡3通信，DSP模塊1-1通過(guò)EMIF接口 1_5與FPGA模塊1_2進(jìn)行通信，F(xiàn)PGA模塊1_2中設(shè)計(jì)了一個(gè)雙口 RAM的數(shù)據(jù)緩存區(qū)，以及通過(guò)VME接口 1-4與信號(hào)卡3通信的模塊，同步卡I通過(guò)VME接口 1-4向信號(hào)卡3發(fā)送讀取控制信號(hào)，從信號(hào)卡3獲取數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到雙口 RAM里，然后DSP模塊1-1通過(guò)EMIF接口 1-5從雙口 RAM里讀取，從而用于控制；
[0018]VME機(jī)箱內(nèi)的VME總線背板2的P2接口總線具有兩根地址線，該地址線掛接同步卡I和多個(gè)信號(hào)卡3，信號(hào)卡3負(fù)責(zé)從激光干涉儀4上獲取信號(hào)并且進(jìn)行存儲(chǔ)和處理；激光干涉儀4信號(hào)通過(guò)Iemo連接器傳輸?shù)叫盘?hào)卡3上，該信號(hào)在同步卡I中經(jīng)由電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理存儲(chǔ)到同步卡I的雙口 RAM中，每個(gè)信號(hào)卡3最多獲取四路激光干涉儀4的信號(hào)；
[0019]該方法為:同步卡I提供同步時(shí)鐘10MHz，并且根據(jù)規(guī)定好的時(shí)序協(xié)議生成數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)、信號(hào)讀取和地址三個(gè)信號(hào)置于VME自定義總線，與信號(hào)卡3相連，信號(hào)卡3根據(jù)同步時(shí)鐘1MHz不斷更新數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)為高電平時(shí)，信號(hào)卡數(shù)據(jù)鎖存不再更新，此時(shí)同步卡I會(huì)發(fā)出地址請(qǐng)求，當(dāng)?shù)刂贩€(wěn)定后隨即發(fā)出讀請(qǐng)求，接收到地址信號(hào)和讀信號(hào)的信號(hào)卡3將對(duì)應(yīng)地址上的數(shù)據(jù)放到VME總線定義的數(shù)據(jù)總線上，等待同步卡I讀取，讀取成功關(guān)掉讀使能，變換下一個(gè)地址信號(hào)，如此循環(huán)，直到四路數(shù)據(jù)依次全部讀取完成，最后將數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)拉低，繼續(xù)更新采集數(shù)據(jù)等待下一次讀取指令。至此完成了一次完整的四路激光干涉儀數(shù)據(jù)的同步讀取。
[0020]DSP 模塊 1-1 采用 TMS320C6414 來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0021]FPGA 模塊 1-2 采用 EP2S60F102014N 來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0022]CPLD芯片1-3采用EPM3512的CPLD作為電平轉(zhuǎn)換模塊。
[0023]將主要分為同步傳輸-存儲(chǔ)卡(以下簡(jiǎn)稱(chēng)同步卡I)與單塊干涉信號(hào)處理卡(以下簡(jiǎn)稱(chēng)信號(hào)卡3)相配合實(shí)現(xiàn)多路干涉儀信號(hào)同步讀取以及多塊干涉信號(hào)處理卡的地址分配兩部分進(jìn)行敘述。本實(shí)施方式方法的實(shí)現(xiàn)需要以下軟硬件部分的支持，硬件上包括同步卡1、VME機(jī)箱內(nèi)的總線背板2、信號(hào)卡3、激光干涉儀4、計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的信號(hào)傳輸線，軟件上包括基于DSP開(kāi)發(fā)的軟件CCStud1以及基于FPGA開(kāi)發(fā)的軟件Quartus II。
[0024]VME機(jī)箱內(nèi)的總線背板2上不同卡槽相對(duì)應(yīng)的引腳相連，用于不同卡之間的通信；
[0025]同步卡I以DSP芯片為算法處理模塊，以FPGA為主要的信號(hào)處理模塊，CPLD為電平轉(zhuǎn)換模塊，并基于VME總線通信協(xié)議，設(shè)置了相應(yīng)的外圍模塊，DSP模塊1-1通過(guò)自帶的外部存儲(chǔ)擴(kuò)展接口 EMIF接口 1-5與FPGA模塊1_2進(jìn)行通信，F(xiàn)PGA模塊1_2中設(shè)計(jì)了一個(gè)雙口 RAM的數(shù)據(jù)緩存區(qū)，以及通過(guò)VME接口 1-4與信號(hào)卡通信的模塊，整體實(shí)現(xiàn)通過(guò)VME接口 1-4向信號(hào)卡3發(fā)送讀取控制信號(hào)，從信號(hào)卡3獲取數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到雙口 RAM里，然后DSP模塊1-1通過(guò)EMIF接口 1-5從雙口 RAM里讀取，從而用于控制；
[0026]VME機(jī)箱提供適用6U VME卡的21槽背板的機(jī)箱，可容納21塊具有VME接口的板卡插接，其中除了第一個(gè)之外的各個(gè)槽所對(duì)應(yīng)的VME引腳相互連接，用于各卡之間VME總線的相互通信；
[0027]VME總線P2接口的外部列(A列、C列)為用戶(hù)自定義區(qū)，可自行定義其功能，而且P2總線接口不占用VME總線的數(shù)據(jù)傳輸(DTB)總線即無(wú)需受到VME總線傳輸協(xié)議的約束，而是采用硬件直接傳輸?shù)姆绞?，從而可以大幅提高?shù)據(jù)傳輸速度。本實(shí)施方式用到的就是VME接口中P2 口的自定義部分；
[0028]VME總線信號(hào)是5V的TTL電平，而FPGA模塊1-2的I/O引腳信號(hào)是3.3V的LVTTL電平，因此二者之間需要電平轉(zhuǎn)換電路，本實(shí)施方式選取的是型號(hào)為EPM3512的CPLD作為電平轉(zhuǎn)換模塊；
[0029]信號(hào)卡3主要負(fù)責(zé)從激光干涉儀上獲取信號(hào)并且進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，所以只用到了FPGA等信號(hào)處理相關(guān)的模塊電路，沒(méi)有涉及到DSP ;激光干涉儀信號(hào)通過(guò)Iemo連接器傳輸?shù)叫盘?hào)卡3上，經(jīng)由一系列電平轉(zhuǎn)換和信