CN102890427A - 一种直写式光刻***的fpga中倾斜数据准备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直写式光刻***的FPGA中倾斜数据准备的方法，包括以下步骤：首先将上位分图计算机输出的灰度图数据按扫描行格式存放到DDR中；在灰度图数据达到一定的行数后，FPGA中控制模块控制从DDR中按倾斜因子N制定的间距读取数据并经数据总线到FPGA的RAM中缓冲；FPGA中控制模块再按倾斜因子N制定的格式从FPGA的RAM中读出倾斜后数据，输入到转换矩阵进行灰度的转换和扫描数据的抽取；转换后的数据经数据总线再存入FPGA的RAM中缓冲，并等待在下一个操作周期时写入DDR的微镜DMD扫描显示数据区。本发明节省上位分图计算机对位图数据的处理，增加了分图数据处理能力；发挥FPGA处理位数据能力，加快了倾斜扫描速度；FPGA资源利用率高。

Description

一种直写式光刻***的FPGA中倾斜数据准备的方法
技术领域
本发明涉及半导体行业和印刷电路板行业光刻技术领域，具体涉及一种直写式光刻***的FPGA中倾斜数据准备的方法。
背景技术
直写式光刻***中无倾斜的扫描曝光结构，由上位分图计算机完成全部的数据准备工作，将矢量图转换为点阵栅格图，再由灰度图转换为可以直接输入给数字微镜（DMD）显示的二进制黑白点阵图。在倾斜的扫描曝光结构中， 上位分图计算机还需要将二进制黑白点阵图根据倾斜因子N（倾斜角度换算）旋转图像重新生成数据。计算机的计算单元已达到64bit，最小计算单元也是8bit，8bit数据的读写与处理的速度已远不如64bit的运算速度快，而bit运算将更慢。倾斜方式扫描曝光可以提高曝光图像的分辨率，决定分辨率的大小网格精度由倾斜因子N控制，提高一倍的网格精度，相应的数据处理量将增加4倍，而大量的位数据处理也严重地浪费计算机资源。
本发明的特点是在FPGA中完成倾斜数据准备，将灰度图数据转换为供微镜（DMD）扫描显示的倾斜后黑白点阵图。
发明内容
本发明的目的是：发挥FPGA的特点，将灰度图数据转换为供微镜（DMD）扫描显示的倾斜后黑白点阵图，减轻上位分图计算机的不利时间浪费。
本发明的技术方案如下：
一种直写式光刻***的FPGA中倾斜数据准备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）首先将上位分图计算机输出的灰度图数据按扫描行格式存放到DDR中；
    （2）在灰度图数据达到一定的行数后，FPGA中控制模块控制从DDR中按倾斜因子N制定的间距读取数据并经数据总线到FPGA的RAM中缓冲；
    （3）FPGA中控制模块再按倾斜因子N制定的格式从FPGA的RAM中读出倾斜后数据，输入到转换矩阵进行灰度的转换和扫描数据的抽取；
（4）转换后的数据经数据总线再存入FPGA的RAM中缓冲，并等待在下一个操作周期时写入DDR的微镜（DMD）扫描显示数据区。
所述的DDR是指动态同步存储器DDR2或DDR3。
所述的FPGA是Xilinx公司的V5、V6、V7系列的型号FPGA。
本发明的DDR只有一路数据、地址总线，DDR中的数据读取也由FPGA控制，FPGA需要同时并行控制微镜（DMD）扫描显示工作，因此对DDR的两次读、两次写的操作将以时间片形式循环工作，并同步到微镜（DMD）扫描显示工作中。
本发明的优点是：
1、节省上位分图计算机对位图数据的处理，增加了分图数据处理能力；
2、发挥FPGA处理位数据能力，加快了倾斜扫描速度；
3、FPGA资源利用率高。
附图说明
图1 是本发明的FPGA中模块示意图。
图2 是本发明的DDR中倾斜数据读取示意图。
图3 是本发明的RAM中倾斜数据读取说明图。
图4 是本发明的FPGA中DDR工作时序示意图。
图5 是本发明的FPGA中倾斜状态机说明图。
具体实施方式
本发明是一种直写光刻***的FPGA中倾斜数据准备的方法，为了说明方便，选定倾斜因子N=4。
参照图1，本发明的FPGA中模块实施为FPGA通过128bit数据总线1读取DDR中数据，DDR以突发式工作，每次完成256位数据的读/写，读入数据分为两个64bit数据总线2,同时存入FPGA中RAM存储器4和6中缓存，RAM存储器4和6共用写入的地址总线9和读出的地址总线8，控制模块11根据DDR工作读状态信号3控制数据存入时序，同时也要控制RAM中数据读出顺序，先从RAM存储器4读出8个数据经16bit数据总线5送给转换矩阵10，再从从RAM存储器6读出8个数据经16bit数据总线7送给转换矩阵10，转换矩阵10将输入进的256bit数据进行重新分组，转换为新编排的16个16bit数据，通过16bit数据总线12分别存入FPGA中RAM存储器15和18中缓存，RAM存储器15和18共用写入的地址总线13和读出的地址总线14，读出分别为64bit数据总线16，组合为128bit数据总线19输入给DDR驱动模块，控制模块11在RAM存储器15和18中数据缓存满一行数据后发满标志信号20，根据返回的允许读出信号21，及时钟脉冲17控制从RAM存储器15和18读取数据地址的递增。控制模块11从DDR工作读状态信号3不断读取信号，在DDR的可以读写时间时发出操作信号22，由地址总线23发出读写DDR的地址及控制数据。
 参照图2，本发明的实施例中选定倾斜因子N=4，图像数据的灰度使用16级灰度，即每个图像点需要4位数据表示灰度值；DDR工作为了发挥最大效率，设定为突发工作模式，突发数据长度为4，即DDR一次突发读/写数据有256bit。由于FPGA中资源有限，图像数据不可能全部直接在FPGA中一次完成倾斜图像旋转，FPGA芯片的价格与FPGA中资源的多少密切相关，为了节省硬件上成本，优化后采用两步图像倾斜旋转。第一步利用在DDR上读取地址变化，第二步在FPGA的RAM中读取地址变化。上位分图计算机输入的灰度图数据按扫描行格式存放在DDR中，顺序存放，在从DDR中读取数据时按照一定间隔读取，间隔长度是根据倾斜因子N和行的长度计算出，通过顺序存储、间隔读取方式实现图像数据的第一步旋转。从DDR中读取倾斜数据，必须再DDR中存放到一定行数后才能进行，否则将造成部分数据溢出存储空间外，出现乱图现象。从DDR中突发读取一次256bit数据是1×64点阵的灰度图，一行点阵的灰度图需要64点组成一列，按照倾斜因子N=4，需要16行数据组合完成第一步倾斜旋转，因此从DDR中读取一行倾斜数据时，第一列64点阵数据直接读取，其后每列64点阵数据需要向前移动16行，直至一行数据读取完毕。
 参照图3，本发明的实施例中第二步图像倾斜旋转在FPGA的RAM完成，从DDR读出第一次倾斜旋转的数据以行形式顺序存放在FPGA的RAM中，每16×256bit为一存储区域，如图3中每个点是代表图像16级灰度数据，每4个点组成16bit的图像数据，一行有64个点图像，共16行的点阵图像，控制模块11输出图像数据读取地址，每行数据读取4点16bit，在缓存满后从最后先读第一个4点16bit的图像数据，其后依次上移一行并向右移4点读取图像数据完成图像第二步倾斜旋转。之后每从DDR中读取一行数据则存放到相应RAM存储区域，存放次序连续循环地址，第二步倾斜旋转从RAM中读取的地址以存入的行地址为起始，用倒序方式读出4点16bit图像数据完成倾斜旋转。
参照图3、1，本发明的实施例中图像倾斜数据每次有16×4点16bit送到转换矩阵10，在转换矩阵10中进行重新分组，分出4个灰度层图像，再按照倾斜扫描数据显示的格式再组成4行16点阵的图像数据。
参照图4、5，本发明的实施例中图像倾斜操作DDR的读写时序需与微镜DMD读取DDR中数据的工作同步，即在微镜DMD读DDR时序波形（DMD）的空闲期（低电平）时，有上位分图计算机输入的图像数据则存入DDR中，工作时序如（WR1），存入行数满足倾斜旋转数据量则读出到RAM中，工作时序如（RD），完成一行倾斜数据转换则写回DDR中，工作时序如（WR2）。微镜DMD读取DDR中数据显示，由于前后帧显示图像数据无较高的相关性，微镜DMD显示的每一帧数据都要从DDR中全部读取，因此时间占用量大，但读取数据的周期性强，在读取数据的空闲期间，操作图像数据的存入DDR、图像倾斜数据的读、转换后的写。每显示更新一帧数据，同步完成一行数据的倾斜转换及读写工作。

Claims (3)

1.一种直写式光刻***的FPGA中倾斜数据准备的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）首先将上位分图计算机输出的灰度图数据按扫描行格式存放到DDR中；
（2）在灰度图数据达到一定的行数后，FPGA中控制模块控制从DDR中按倾斜因子N制定的间距读取数据并经数据总线到FPGA的RAM中缓冲；
（3）FPGA中控制模块再按倾斜因子N制定的格式从FPGA的RAM中读出倾斜后数据，输入到转换矩阵进行灰度的转换和扫描数据的抽取；
（4）转换后的数据经数据总线再存入FPGA的RAM中缓冲，并等待在下一个操作周期时写入DDR的微镜DMD扫描显示数据区。
2.根据权利要求1所述的直写式光刻***的FPGA中倾斜数据准备方法，其特征在于，所述的DDR是指动态同步存储器DDR2或DDR3。
3.根据权利要求1所述的直写式光刻***的FPGA中倾斜数据准备方法，其特征在于，所述的FPGA是Xilinx公司的V5、V6、V7系列的型号FPGA。
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