在高端光刻機(jī)中,光柵尺掩模臺(tái)位移測(cè)量系統(tǒng)擁有較復(fù)雜的運(yùn)算模型,而且要求測(cè)量系統(tǒng)硬件架構(gòu)能滿足20 kHz高采樣頻率的需求。通過對(duì)國內(nèi)運(yùn)動(dòng)臺(tái)位移測(cè)量系統(tǒng)硬件架構(gòu)進(jìn)行對(duì)比研究,提出一種兼容以往軟件架構(gòu)的基于多核DSP運(yùn)算板卡的光柵尺掩模臺(tái)位移測(cè)量系統(tǒng)硬件架構(gòu),使用多核DSP內(nèi)核間共享內(nèi)存通信的機(jī)制,取代運(yùn)算板卡間數(shù)據(jù)總線通信的機(jī)制,同時(shí)由板內(nèi)PCIe總線互聯(lián)片上多核DSP與FPGA。搭建硬件在環(huán)仿真平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,系統(tǒng)獲取原始數(shù)據(jù)、進(jìn)行模型運(yùn)算以及發(fā)送位置數(shù)據(jù)的總體性能提升百分比約為136%,保證模型運(yùn)算精度的同時(shí),滿足20 kHz采樣頻率的要求。 

【文章來源】：現(xiàn)代電子技術(shù). 2020,43(22)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

掩模臺(tái)位移測(cè)量系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖

由于位移模型復(fù)雜，在指定采樣周期內(nèi)通常需要多塊運(yùn)算板卡來協(xié)同完成運(yùn)算，所以板卡間存在一定的數(shù)據(jù)交互。如圖2所示，數(shù)據(jù)交互的過程由3個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，以圖中MCB1向MCB2傳輸數(shù)據(jù)為例，首先通過MCB1內(nèi)部總線將數(shù)據(jù)由CPU傳輸至FPGA，然后通過背板總線將數(shù)據(jù)傳輸至MCB2，最后通過MCB2內(nèi)部總線將數(shù)據(jù)傳輸至CPU，完成數(shù)據(jù)的交互。其中，內(nèi)部總線為CPU和FPGA之間的數(shù)據(jù)傳輸總線。背板總線為VME總線，技術(shù)十分成熟，以其為基礎(chǔ)進(jìn)行二次開發(fā)覆蓋了工業(yè)控制、軍用系統(tǒng)、航空航天、交通運(yùn)輸和醫(yī)療等領(lǐng)域[6]，在運(yùn)動(dòng)臺(tái)位移測(cè)量系統(tǒng)中也得到了廣泛應(yīng)用�；赩ME總線技術(shù)，華中科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)一種雙硅片臺(tái)超精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)65 nm光刻機(jī)雙硅片運(yùn)動(dòng)臺(tái)位移的測(cè)量和運(yùn)動(dòng)的控制[7]，并在雙硅片臺(tái)樣機(jī)中成功試用。哈爾濱工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)一種基于宏微驅(qū)動(dòng)的光刻機(jī)掩模臺(tái)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)5 k Hz采樣頻率下X,Y,RX,RZ四自由度的百納米誤差控制[8]。SMEE團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)一種運(yùn)動(dòng)臺(tái)位移測(cè)量系統(tǒng)，采樣頻率達(dá)到5 k Hz，并在其90 nm光刻機(jī)中成功應(yīng)用。桂林電子科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)也設(shè)計(jì)基于二維光柵的運(yùn)動(dòng)臺(tái)高精度位移測(cè)量系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)，在20 k Hz采樣頻率下，測(cè)量精度[9]優(yōu)于0.79 nm。

本文提出的基于多核運(yùn)算板卡的光柵尺掩模臺(tái)位移測(cè)量系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖3所示，在兼容以往背板總線架構(gòu)和軟件架構(gòu)的基礎(chǔ)上，由1塊多核運(yùn)算板卡替代圖1中的多塊單核運(yùn)算板卡，將單核運(yùn)算板卡間的數(shù)據(jù)交互變?yōu)槎嗪薉SP中內(nèi)核間的數(shù)據(jù)交互。TMS320C6678核間數(shù)據(jù)交互的方式主要有3種：共享內(nèi)存（MSMC）、QMSS/CPPI和EDMA數(shù)據(jù)搬移。4 MB大容量的MSMC可以供所有內(nèi)核訪問，且自帶仲載機(jī)制，讀寫簡(jiǎn)便，方便定義傳輸協(xié)議。QMSS/CPPI能夠滿足多樣化的數(shù)據(jù)交互需求，但是需要遵循固有的通信機(jī)制，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間開銷不可控。EDMA數(shù)據(jù)搬移適合大批量數(shù)據(jù)交互，小批量數(shù)據(jù)交互的時(shí)間開銷并不理想。模型運(yùn)算時(shí)，核間數(shù)據(jù)交互量不大，為了減少時(shí)間開銷，選擇MSMC實(shí)現(xiàn)核間數(shù)據(jù)交互最為合適。如圖4所示，基于共享內(nèi)存的核間數(shù)據(jù)交互流程較為簡(jiǎn)潔，沒有通過FPGA和背板總線傳輸數(shù)據(jù)的環(huán)節(jié)，由多內(nèi)核直接讀寫片內(nèi)共享內(nèi)存數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)，將芯片外部總線傳輸變?yōu)樾酒瑑?nèi)部總線傳輸，降低時(shí)間開銷。為了避免通過MSMC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)導(dǎo)致數(shù)據(jù)一致性問題，本文設(shè)計(jì)如圖5所示的共享內(nèi)存數(shù)據(jù)一致性讀寫機(jī)制，通過寫共享內(nèi)存后的回寫（Write Back）操作和讀共享內(nèi)存前的無效（Read Invalid）操作保證交互數(shù)據(jù)的一致性。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3488186