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基于VPX总线的工件台运动控制系统研究与开发

基于VPX总线的工件台运动控制系统研究与开发

引用

作者：廖晨翔电子科技大学

学位级别：硕士

工件台系统是光刻机的关键子系统之一,工件台运动控制系统对实现光刻机性能指标具有至关重要的作用,因此研发工件台运动控制系统具有极其重要的工程应用价值。论文根据工件台控制系统必须具备的并行性、同步性和实时性等技术需求,建立... 详细信息

工件台系统是光刻机的关键子系统之一,工件台运动控制系统对实现光刻机性能指标具有至关重要的作用,因此研发工件台运动控制系统具有极其重要的工程应用价值。论文根据工件台控制系统必须具备的并行性、同步性和实时性等技术需求,建立了基于VPX总线的工件台运动控制系统硬件体系,并针对基于C6678共享内存的数据并行交互机制和系统精密同步测控策略开展了研究。为解决系统中存在的多处理器之间数据传输实时性、处理器运算性能、光纤接口数量以及系统计算架构等问题,通过对VPX总线中多总线协议的研究,采用基于RapidIO总线的全网状星型拓扑结构,并结合集成有多核DSP TMS320C6678的运动控制卡MCDSPPX和光纤接口卡FCPGAPX等硬件,设计了一种基于RapidIO多处理器互连架构的新型工件台运动控制系统硬件体系结构。工件台的多子系统决定了系统数据并行处理的特征,因此从并行性和实时性出发,根据系统硬件体系结构,设计了控制系统的数据流,并以此建立了并行处理模型。根据并行模型的交互数据内容,规划了共享内存和核本地内存的存储空间,结合C6678的数据Cache与共享内存的数据一致性原则,实现了多核实时并行访问共享内存。为了提高工件台控制系统性能,除了增强系统数据交互并行性,系统的同步性和实时性也至关重要。系统的同步主要分为多DSP同步和多核同步,为了实现实时同步中断多个DSP,提出了两种同步测控方案,通过实验数据分析,基于Direct I/O+GPIO硬中断的同步测控方案比基于Direct I/O+Doorbell软中断的同步测控方案具有更好的同步性和实时性。为了实现C6678的多核同步,分别具体介绍了基于广播事件的多核同步技术和基于核间中断的多核同步技术两种方法,比较分析可知,基于广播事件的多核同步更能满足强实时系统设计要求。在上述研究分析的基础上,以双扫描硅片台、掩模台为控制对象,对多核DSP软件进行了整体框架设计。在现有的最小测试系统平台上,通过实验对比,验证了同步测控方案的可行性、软件设计的正确性以及控制系统的实时性和同步性。

关键词：工件台运动控制系统 VPX总线 RapidIO互连架构共享内存同步性与实时性

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