双工件台扫描光刻机的Vxworks嵌入式操作系统和运动控制卡间的数据交换方法
【专利摘要】双工件台扫描光刻机的Vxworks嵌入式操作系统和运动控制卡间的数据交换方法，属于两个物理板卡或两个系统之间的数据交换【技术领域】。本发明是为了解决现有双工件台扫描光刻机的操作系统与运动控制卡在进行数据交换时，存在DSP和Vxworks同时读写同一块内存，导致数据交换效率低的问题。它采用FPGA的双口RAM的两个数据区用来交替保存向上位机发送的数据，Vxworks读板卡任务监测两个数据区的写满标志位，在写满标志位置0时，表示读数据任务完成，Vxworks的读板卡任务实时监控数据区的写满标志寄存器，发现哪一块数据区写满就读哪一块数据。本发明用于Vxworks嵌入式操作系统和运动控制卡间的数据交换。
【专利说明】双工件台扫描光刻机的Vxworks嵌入式操作系统和运动控制卡间的数据交换方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及双工件台扫描光刻机的Vxworks嵌入式操作系统和运动控制卡间的数据交换方法，属于两个物理板卡或两个系统之间的数据交换【技术领域】。
【背景技术】
[0002]双工件台扫描光刻机是对实时性要求极高的负责伺服控制系统，其要求在200us周期内完成扫描、曝光、光刻等所有的操作。Vxworks操作系统是风和公司开发的一款稳定性能、高速性极高的操作系统。其良好的可靠性能和实时性能被广泛的应用在通信、军事、航空、航天等高精尖及实时性要求极高的领域中。现有双工件台扫描光刻机的操作系统与运动控制卡在进行数据交换时，常常会发生DSP和Vxworks同时读写同一块内存的状况，而导致数据交换效率低。
【发明内容】
[0003]本发明目的是为了解决现有双工件台扫描光刻机的操作系统与运动控制卡在进行数据交换时，存在DSP和Vxworks同时读写同一块内存，导致数据交换效率低的问题，提供了一种双工件台扫描光刻机的Vxworks嵌入式操作系统和运动控制卡间的数据交换方法。
[0004]本发明所述双工件台扫描光刻机的Vxworks嵌入式操作系统和运动控制卡间的数据交换方法，所述数据交换方法在基于Vxworks操作系统的双工件台光刻机控制系统通信装置的基础上实现，该通信装置包括上位机、工控机功能模块、运动控制卡、同步控制卡和信号采集板卡，
[0005]上位机基于MFC构架编写的程序模块实现，工控机功能模块采用IC-e6_VMEa主板卡实现，工控机功能模块基于Vxworks嵌入式实时操作系统实现；
[0006]工控机功能模块包括网络通信模块、任务调度模块、参数设置模块和VME读写模块；
[0007]上位机用于接收用户的控制指令和控制参数，并按照自定义的通信协议将控制指令和控制参数打包，发送给网络通信模块；
[0008]网络通信模块将控制参数发送给参数设置模块，将控制指令和控制参数发送给任务调度模块；
[0009]参数设置模块用于对接收的控制参数进行处理，获得对光刻机控制系统中电机的控制量；
[0010]任务调度模块将接收的控制指令和控制参数压入信息接收容器中，消息解析任务单元提取信息接收容器中的数据，并按照自定义的通信协议解析控制指令和控制参数，并将解析获得的控制参数发送给参数设置模块；
[0011]VME读写模块用于接收参数设置模块发送的电机的控制量信号，并接收任务调度模块解析获得的控制指令和控制参数；
[0012]VME读写模块通过VME总线将接收到的电机的控制量、控制指令和控制参数发送给运动控制卡、同步控制卡和信号采集板卡；
[0013]当任务调度模块解析到电机控制开始指令时，运动控制卡、同步控制卡和信号采集板卡采集获得的数据通过VME总线发送给VME读写模块，VME读写模块通过任务调度模块将采集获得的数据打包，并通过网络通信模块发送给上位机，上位机按照通信协议对数据进行解析后，将数据实时显示，由此实现双工件台光刻机控制系统的通信；
[0014]所述数据交换方法为:
[0015]运动控制卡向工控机功能模块发送数据的方法:
[0016]运动控制卡包括FPGA和DSP，运动控制卡中欲发送数据采用FPGA的双口 RAM的两个数据区交替保存，两个数据区的交替读写控制通过标志寄存器实现，当DSP将第一块数据区写满数据后，标志寄存器将第一块数据区写满标志位置1，此时运动控制卡中欲发送数据继续写入第二块数据区；同时Vxworks嵌入式操作系统的读数据任务同步监测两个数据区的写满标志位，当监测到第一个数据区写满标志位置I时，通过VME总线读取第一块数据区的数据，并在读取完毕后将其写满标志位置O ;当DSP将第二块数据区写满数据后，标志寄存器将第二块数据写满标志位置1，此时运动控制卡中欲发送数据继续写入第一块数据区；VXWOrkS嵌入式操作系统的读数据任务监测到第二个数据区写满标志位置I时，通过VME总线读取第二块数据区的数据，并在读取完毕后将其写满标志位置O ;上述过程依次反复；
[0017]工控机功能模块向运动控制卡发送数据的方法:
[0018]工控机功能模块通过VME总线将欲发送数据写入双口 RAM中，运动控制卡直接由双口 RAM读取数据；
[0019]由此实现Vxworks嵌入式操作系统和运动控制卡间的数据交换。
[0020]本发明的优点:本发明中工控机功能模块作为下位机，实现了下位机与运动控制板卡间的数据交换。下位机为IC_e6_VMEa板卡,IC_e6_VMEa板卡里搭载了 Vxworks嵌入式实时操作系统，作为整个双工件台扫描光刻机通信系统的中枢，向上通过TCP网络通信协议和上位机进行数据交换，向下通过VME总线和运动控制卡、同步控制卡、信号采集卡进行数据的传输。本发明的数据交换方法同样适用于Vxworks嵌入式操作系统和同步控制卡、信号采集卡等板卡之间的数据交换。
[0021]所述数据交换方法采用FPGA的双口 RAM的两个数据区用来交替保存向上位机发送的数据，能够避免DSP和Vxworks同时读写同一块内存,Vxworks读板卡任务一直监测两个数据区的写满标志位。在数据区写满标志位置O时，表示Vxworks嵌入式操作系统的读数据任务完成。Vxworks的读板卡任务实时监控数据区的写满标志寄存器，发现哪一块数据区写满就读哪一块数据。该方法有效保障了 Vxworks嵌入式操作系统和运动控制卡间的数据交换效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明所述基于Vxworks操作系统的双工件台光刻机控制系统通信装置的原理框图；
[0023]图2是上位机与工控机功能模块网络通信的流程图；
[0024]图3是任务调度模块接收上位机数据时，基于容器的通信模式示意图；
[0025]图4是工控机功能模块中Vxworks嵌入式实时系统的多任务优先级示意图；
[0026]图5是双工件台光刻机控制系统Vxworks的应用程序整体框架。
【具体实施方式】
[0027]【具体实施方式】一:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述双工件台扫描光刻机的Vxworks嵌入式操作系统和运动控制卡间的数据交换方法，所述数据交换方法在基于Vxworks操作系统的双工件台光刻机控制系统通信装置的基础上实现，该通信装置包括上位机1、工控机功能模块2、运动控制卡3、同步控制卡4和信号采集板卡5，
[0028]上位机I基于MFC构架编写的程序模块实现，工控机功能模块2采用IC-e6_VMEa主板卡实现，工控机功能模块2基于Vxworks嵌入式实时操作系统实现；
[0029]工控机功能模块2包括网络通信模块2-1、任务调度模块2-2、参数设置模块2_3和VME读写模块2-4 ；
[0030]上位机I用于接收用户的控制指令和控制参数，并按照自定义的通信协议将控制指令和控制参数打包，发送给网络通信模块2-1 ；
[0031]网络通信模块2-1将控制参数发送给参数设置模块2-3，将控制指令和控制参数发送给任务调度模块2-2 ；
[0032]参数设置模块2-3用于对接收的控制参数进行处理，获得对光刻机控制系统中电机的控制量；
[0033]任务调度模块2-2将接收的控制指令和控制参数压入信息接收容器中，消息解析任务单元提取信息接收容器中的数据，并按照自定义的通信协议解析控制指令和控制参数，并将解析获得的控制参数发送给参数设置模块2-3 ；
[0034]VME读写模块2-4用于接收参数设置模块2_3发送的电机的控制量信号，并接收任务调度模块2-2解析获得的控制指令和控制参数；
[0035]VME读写模块2-4通过VME总线将接收到的电机的控制量、控制指令和控制参数发送给运动控制卡3、同步控制卡4和信号采集板卡5 ；
[0036]当任务调度模块2-2解析到电机控制开始指令时，运动控制卡3、同步控制卡4和信号采集板卡5采集获得的数据通过VME总线发送给VME读写模块2-4，VME读写模块2_4通过任务调度模块2-2将采集获得的数据打包，并通过网络通信模块2-1发送给上位机1，上位机I按照通信协议对数据进行解析后，将数据实时显示，由此实现双工件台光刻机控制系统的通信；
[0037]所述数据交换方法为:
[0038]运动控制卡3向工控机功能模块2发送数据的方法:
[0039]运动控制卡3包括FPGA和DSP，运动控制卡3中欲发送数据采用FPGA的双口 RAM的两个数据区交替保存，两个数据区的交替读写控制通过标志寄存器实现，当DSP将第一块数据区写满数据后，标志寄存器将第一块数据区写满标志位置1，此时运动控制卡3中欲发送数据继续写入第二块数据区；同时Vxworks嵌入式操作系统的读数据任务同步监测两个数据区的写满标志位，当监测到第一个数据区写满标志位置I时，通过VME总线读取第一块数据区的数据，并在读取完毕后将其写满标志位置O ;当DSP将第二块数据区写满数据后，标志寄存器将第二块数据写满标志位置1，此时运动控制卡3中欲发送数据继续写入第一块数据区；VXWOrkS嵌入式操作系统的读数据任务监测到第二个数据区写满标志位置I时，通过VME总线读取第二块数据区的数据，并在读取完毕后将其写满标志位置O ;上述过程依次反复；
[0040]工控机功能模块2向运动控制卡3发送数据的方法:
[0041]工控机功能模块2通过VME总线将欲发送数据写入双口 RAM中，运动控制卡3直接由双口 RAM读取数据；
[0042]由此实现Vxworks嵌入式操作系统和运动控制卡间的数据交换。
[0043]本实施方式中，工控机功能模块2插拔在VME工控机箱里，运行Vxworks嵌入式实时操作系统。运动控制卡3、同步控制卡4和信号采集板卡5也插在VME工控机箱里。IC-e6-VMEa主板卡作为整个光刻机控制系统的枢纽，里面搭载Vxworks嵌入式实时操作系统，需要和运动控制卡、同步控制卡、信号采集卡进行大量的数据交换。
[0044]本实施方式包括上位机和下位机的通信，下位机和运动控制卡、同步控制卡、信号采集卡的通信。上位机和下位机通过网络通信进行数据传输。下位机和运动控制卡、同步控制卡、信号采集卡通过VME总线读写进行数据传输。运动控制卡3可以等效为同步控制卡4和信号采集板卡5。运动控制卡3、同步控制卡4和信号采集板卡5都有自己的唯一的识别号，其地址是确定的，通过VME总线可以对任何一个板卡读写数据，其他板卡不受到影响。
[0045]运动控制卡3通过双口 RAM存储数据，当下位机需要通过VME总线向运动控制卡里写数据时，通过VME总线写入双口 RAM里，运动控制卡直接从双口 RAM里读；当下位机需要通过VME总线读取运动控制板卡里的数据时，运动控制卡直接将数据写入双口 RAM，下位机通过VME总线读取双口 RAM里的数据。
[0046]其中工控机功能模块2向运动控制卡3发送数据的方法与运动控制卡3向工控机功能模块2发送数据的方法相类同。
[0047]工控机功能模块2是数据传递的枢纽和VME总线的主模块，主要任务是根据网络通信协议接收、解析、执行上位机的指令。通过VME总线将相应命令写入运动控制卡的相关存储区，通过VME总线检测运动控制卡的数据采集标志，读取精密运动控制平台的位置数据，并通过网络通信协议打包、封装、发送给上位机。Vxworks的读板卡任务实时监控数据区的写满标志寄存器，发现哪一块数据区写满就读哪一块数据。
[0048]【具体实施方式】二:下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，上位机I与工控机功能模块2通过TCP网络通信协议进行数据交换，以套接字的形式进行数据传输，其进行数据传输时，采用的自定义的通信协议具体如下:
[0049]
【权利要求】
1.一种双工件台扫描光刻机的Vxworks嵌入式操作系统和运动控制卡间的数据交换方法，其特征在于，所述数据交换方法在基于Vxworks操作系统的双工件台光刻机控制系统通信装置的基础上实现，该通信装置包括上位机(I)、工控机功能模块(2)、运动控制卡(3)、同步控制卡(4)和信号采集板卡(5)， 上位机⑴基于MFC构架编写的程序模块实现，工控机功能模块⑵采用IC-e6-VMEa主板卡实现，工控机功能模块(2)基于Vxworks嵌入式实时操作系统实现； 工控机功能模块(2)包括网络通信模块(2-1)、任务调度模块(2-2)、参数设置模块(2-3)和VME读写模块(2-4)； 上位机(I)用于接收用户的控制指令和控制参数，并按照自定义的通信协议将控制指令和控制参数打包，发送给网络通信模块(2-1)； 网络通信模块(2-1)将控制参数发送给参数设置模块(2-3)，将控制指令和控制参数发送给任务调度模块(2-2)； 参数设置模块(2-3)用于对接收的控制参数进行处理，获得对光刻机控制系统中电机的控制量； 任务调度模块(2-2)将接收的控制指令和控制参数压入信息接收容器中，消息解析任务单元提取信息接收容器中的数据，并按照自定义的通信协议解析控制指令和控制参数，并将解析获得的控制参数发送给参数设置模块(2-3)； VME读写模块(2-4)用于接收参数设置模块(2-3)发送的电机的控制量信号，并接收任务调度模块(2-2)解析获得的控制指令和控制参数； VME读写模块(2-4)通过VME总线将接收到的电机的控制量、控制指令和控制参数发送给运动控制卡(3)、同步控制卡(4)和信号采集板卡(5)； 当任务调度模块(2-2)解析到电机控制开始指令时，运动控制卡(3)、同步控制卡(4)和信号采集板卡(5)采集获得的数据通过VME总线发送给VME读写模块(2-4)，VME读写模块(2-4)通过任务调度模块(2-2)将采集获得的数据打包，并通过网络通信模块(2-1)发送给上位机(1)，上位机(I)按照通信协议对数据进行解析后，将数据实时显示，由此实现双工件台光刻机控制系统的通信； 所述数据交换方法为: 运动控制卡(3)向工控机功能模块(2)发送数据的方法: 运动控制卡(3)包括FPGA和DSP，运动控制卡(3)中欲发送数据采用FPGA的双口 RAM的两个数据区交替保存，两个数据区的交替读写控制通过标志寄存器实现，当DSP将第一块数据区写满数据后，标志寄存器将第一块数据区写满标志位置1，此时运动控制卡(3)中欲发送数据继续写入第二块数据区；同时Vxworks嵌入式操作系统的读数据任务同步监测两个数据区的写满标志位，当监测到第一个数据区写满标志位置I时，通过VME总线读取第一块数据区的数据，并在读取完毕后将其写满标志位置O ;当DSP将第二块数据区写满数据后，标志寄存器将第二块数据写满标志位置1，此时运动控制卡(3)中欲发送数据继续写入第一块数据区；VXWOrkS嵌入式操作系统的读数据任务监测到第二个数据区写满标志位置I时，通过VME总线读取第二块数据区的数据，并在读取完毕后将其写满标志位置O ;上述过程依次反复； 工控机功能模块(2)向运动控制卡(3)发送数据的方法:工控机功能模块(2)通过VME总线将欲发送数据写入双口 RAM中，运动控制卡(3)直接由双口 RAM读取数据； 由此实现Vxworks嵌入式操作系统和运动控制卡间的数据交换。
2.根据权利要求1所述的双工件台扫描光刻机的Vxworks嵌入式操作系统和运动控制卡间的数据交换方法，其特征在于，上位机(I)与工控机功能模块(2)通过TCP网络通信协议进行数据交换，以套接字的形式进行数据传输，其进行数据传输时，采用的自定义的通信协议具体如下:
3.根据权利要求1或2所述的双工件台扫描光刻机的Vxworks嵌入式操作系统和运动控制卡间的数据交换方法，其特征在于，VME读写模块(2-4)根据VME64X协议，采用FPGA可编程逻辑控制器件实现。
4.根据权利要求1或2所述的双工件台扫描光刻机的Vxworks嵌入式操作系统和运动控制卡间的数据交换方法，其特征在于，运动控制卡(3)、同步控制卡(4)和信号采集板卡(5)采集获得的数据包括光栅尺、激光干涉仪及电感传感器采集到的电机位置参数，或者经过运动控制卡(3)、同步控制卡(4)或者信号采集板卡(5)处理获得的速度或加速度数据，或者是运动控制卡(3)、同步控制卡(4)或者信号采集板卡(5)需要向上位机传送显示的数据。
【文档编号】G03F7/20GK104133802SQ201410400093
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】陈兴林, 宋法质, 徐加彦, 刘杨, 耿光晓, 魏凯 申请人:哈尔滨工业大学