????半導(dǎo)體后封裝工藝中關(guān)鍵設(shè)備劃片機(jī)" title="劃片機(jī)">劃片機(jī)是通過主軸高速旋轉(zhuǎn)、y向精密分度定位、x向?qū)к壐咚龠\(yùn)動(dòng)、θ向多角度旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)芯片圖形劃分加工的設(shè)備?？捎糜诠杓呻娐贰AW器件、Ga/As、鈮酸鋰、銻化鉍、厚膜電路、磷化銦等特種材料和脆硬材料晶片的劃切分片。

????a鑒于在精密劃片機(jī)檢測系統(tǒng)的檢測速度和精度上的要求，需要分辨率較高的CCD攝像機(jī)對(duì)劃切圖像進(jìn)行快速提取。PC-Based產(chǎn)品的硬件技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但PC結(jié)構(gòu)中仍存在諸多因素影響劃片機(jī)的實(shí)際使用，如硬盤可能出現(xiàn)的機(jī)械故障、風(fēng)扇帶來的不穩(wěn)定因素、抗震性能指標(biāo)，抗干擾指標(biāo)等等，這些因素依然是制約IPC（PC工控機(jī)）應(yīng)用于半導(dǎo)體設(shè)備的問題之一。通過引入嵌入式硬件方案解決了這個(gè)難題，同時(shí)也大大降低了成本。

????基于嵌入式硬件平臺(tái)的精密劃片機(jī)硬件部分采用主從式雙CPU結(jié)構(gòu)模式，主CPU為ARM處理器。精密劃片機(jī)控制主體由3個(gè)單元構(gòu)成：監(jiān)控管理單元、四軸運(yùn)動(dòng)控制單元和劃片機(jī)視覺單元。劃片機(jī)視覺單元是通過對(duì)圖像實(shí)時(shí)采集來監(jiān)測晶圓劃切過程；監(jiān)控管理單元主要功能是監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行、設(shè)置加工參數(shù)等；四軸運(yùn)動(dòng)控制單元是采用專用運(yùn)動(dòng)控制芯片，接收S3c2510傳遞的參數(shù)來直接控制電機(jī)完成運(yùn)動(dòng)控制。

????視覺采集系統(tǒng)基于的PCI總線具備32Bit數(shù)據(jù)總線，時(shí)鐘頻率可達(dá)66?MHz，最快傳輸速率達(dá)到264?MB/s，能夠滿足劃片機(jī)視覺系統(tǒng)需要，設(shè)計(jì)的核心板擴(kuò)展2個(gè)PCI插槽。嵌入式設(shè)備需編寫PCI設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序?qū)F(xiàn)有的PCI設(shè)備應(yīng)用到嵌入式主板中。

????劃片機(jī)的視覺采集系統(tǒng)由光學(xué)照明系統(tǒng)、CCD攝像器件、圖像處理軟件等部分構(gòu)成，視覺系統(tǒng)構(gòu)成見圖1。
????

2?硬件電路設(shè)計(jì)

????根據(jù)PCI系統(tǒng)的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了劃片圖像采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。其中的攝像頭，根據(jù)劃片機(jī)視覺的要求選用35萬像素的PCI接口的圖像采集模塊" title="圖像采集模塊">圖像采集模塊。

????系統(tǒng)主處理器采用三星公司的S3C25lO，考慮到S3C2510內(nèi)置PCI控制器，擴(kuò)展的2塊PCI接口可分別和四軸嵌入式運(yùn)動(dòng)控制芯片MCX314As和圖像采集模塊連接。系統(tǒng)框圖見圖2。

????芯片為ARM?940T內(nèi)核，最高運(yùn)行頻率可達(dá)200?MHz，芯片內(nèi)置的SDRAM控制器、PCI控制器、USB控制器和10M/100M以太網(wǎng)控制器等一系列接口控制器。滿足精密劃片機(jī)的實(shí)時(shí)控制要求，主板的外部時(shí)鐘源為10?MHz，通過S3C2510的4個(gè)內(nèi)置倍頻率器，設(shè)置引腳 CLKMOD0、CLKMODl、CPU_?FREQl、BUS_?FREQ0為高；設(shè)置引腳CPUFREQ0、CPU_FREQ2、 BUS_FREQl、BUS_?FREQ2為低，使系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行頻率為133MHz，PCI設(shè)備運(yùn)行頻率為66?MHz，USB設(shè)備運(yùn)行頻率為 48?MHz。圖3是S3C2510的PCI插槽圖。

????系統(tǒng)上電后，PCI插槽上圖像采集模塊將等待CCD攝像頭模擬信號(hào)的輸入，當(dāng)圖像采集模塊得到模擬數(shù)據(jù)后便對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，處理后的數(shù)據(jù)通過 S3C2510內(nèi)部AHB總線傳輸?shù)絊DRAM，主控管理單元利用主板上嵌入式Linux系統(tǒng)中的視頻服務(wù)程序使用解碼播放器即可對(duì)晶圓監(jiān)測劃切。

????S3C2510?ARM處理器，內(nèi)部PCI（MINI-PCI）&PC?Card控制器符合PCI總線規(guī)范2.2版本，將S3C2510 的PCI（MINI-PCI）&PC?Card控制器設(shè)置為PCI?Host工作模式（見表1），具有32bit地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線，支持非線性傳輸和突發(fā)傳輸，最高數(shù)據(jù)傳輸速度可以達(dá)到264?MB/s及66?MHz（132?MB/s及33?MHz）。而且?guī)в械刂纷儞Q機(jī)制，可以將內(nèi)部的 PCI總線地址映射到內(nèi)存或者外圍設(shè)備。在設(shè)計(jì)中設(shè)定PCI總線的時(shí)鐘頻率為66?MHz，因此主板上PCI總線的最高傳輸速度可以達(dá)到 264?MB/s，能夠滿足數(shù)據(jù)的快速傳輸。系統(tǒng)利用時(shí)鐘反饋來彌補(bǔ)PCI的時(shí)鐘延遲。

????當(dāng)PCI控制器工作在PCI?HOST、模式下時(shí)，其時(shí)鐘源是由系統(tǒng)內(nèi)部提供的，S3C2510有3個(gè)PCI時(shí)鐘輸出信號(hào) PCICLK1，PCICLK2和PCILK3，將PCI設(shè)備診斷寄存器PCIDIAG0的DC3位設(shè)置為l，即將PCICLK3設(shè)置為輸出無效，此時(shí) PCICLK1與PCICLK3相連，通過PCICLK3將時(shí)鐘信號(hào)反饋給處理器內(nèi)核，這樣可以使外部PCI設(shè)備與PCI時(shí)鐘保持一致，從而彌補(bǔ)時(shí)鐘延遲。

????系統(tǒng)以及PCI控制器的啟動(dòng)順序如圖4所示。其中在對(duì)PCI控制器的特殊功能寄存器進(jìn)行配置時(shí)需要首先關(guān)閉中斷，即設(shè)置PCIINTEN=0。然后設(shè)置PCI控制和狀態(tài)寄存器PCICON[ARB，ATS，SPL，IOP，MMP]，某些需要的情況下還要設(shè)置PCI診斷寄存器，這個(gè)寄存器是針對(duì)測試功能的，在PCMCIA?Host工作模式下不需要進(jìn)行設(shè)置。然后要對(duì)與基地址有關(guān)的寄存器PCIBAM0～l和PCI-BATPA0～2進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)置完之后要配置有關(guān)PCI重啟和時(shí)鐘的寄存器，其中關(guān)鍵的一步是設(shè)置PCI重啟和時(shí)鐘寄存器PCIRCC[MSK]=0，這是為了防止重啟信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)的沖突。

????在PCI控制器偵測外圍設(shè)備并初始化外圍設(shè)備的寄存器時(shí)，需要完成以下工作：
????（1）讀取所有的配置寄存器值，包括PCIHID，PCIHSC，PCIHSSID等；
????（2）檢查BAR（Backup?Address?Register）的范圍并一一分配空間；
????（3）使能外部設(shè)備" title="外部設(shè)備">外部設(shè)備并激活總線。
????以上配置都是在PCI圖像采集模塊的驅(qū)動(dòng)中完成的，因?yàn)橐呀?jīng)把驅(qū)動(dòng)程序加載到了ARM?Linux的內(nèi)核中，所以系統(tǒng)啟動(dòng)之后，操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)配置PCI外部設(shè)備。

3?ARM?Linux移植和設(shè)備驅(qū)動(dòng)" title="設(shè)備驅(qū)動(dòng)">設(shè)備驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

3．1?Boot?Loader的移植

????Boot?Loader是和硬件緊密連接的，系統(tǒng)是通過Boot?Loader。來調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核并最終運(yùn)行操作系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用了U- Boot（Universal?Boot?Loader）作為。Boot?Loader，U-Boot相當(dāng)于一個(gè)小型的Linux系統(tǒng)，其工作涉及到硬件系統(tǒng)的初始化、存儲(chǔ)空間分配等，在設(shè)計(jì)過程中主要完成了以下工作，相關(guān)的程序編寫根據(jù)U-Boot提供的例程來完成：

（1）修改Makefile配置文件，添加針對(duì)目標(biāo)板的編譯命令行；
（2）在CPU目錄下建立arm940t目錄，主要包括中斷設(shè)置函數(shù)代碼interrupts9c，系統(tǒng)入口函數(shù)start.S，CPU相關(guān)代碼文件cpu.c以及串口初始化代碼相關(guān)文件serial.c等；
（3）在Board目錄下建立S3C2510目錄，主要包括FLASH初始化代碼flash.c，連接器文件u-boot.1ds，內(nèi)存分配代碼memsetup.S等；
（4）編寫配置文件，即：include/configs/s3c25?l0.h，對(duì)寄存器的定義等系統(tǒng)配置，大部分工作是參考S3C25l0的數(shù)據(jù)手冊(cè)來進(jìn)行的；
（5）編寫flash.c文件，根據(jù)使用的AMD的NOR?Flash來編寫Flash的驅(qū)動(dòng)，包括flash芯片的型號(hào)，打印信息，容量大小，flash擦除函數(shù)等；
（6）修改SDRAM的大小，修改配置文件in-clude/configs/s3c25?10.h?中?的?#define?PHYS?_SDRAM_?SIZE值。其大小是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中SDRAM的大小來確定；
（7）修改串口參數(shù)文件serial.C。主要是設(shè)置串口波特率，波特率計(jì)算公式為：RUBRDIVO=（（int）（MCLK/16．/（gd_>baudrate）+0.5）-1）；
（8）修改start.S文件，一個(gè)可執(zhí)行的Image必須有一個(gè)入口點(diǎn)并且只能有一個(gè)唯一的全局入口，修改start.S中的．globl?_start?_start：使其放在Rom（flash）的0×0地址。編譯U-Boot，通過Jtag口下載到目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試。

3.2?ARM?Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)編寫

????Linux的內(nèi)核是由設(shè)備管理、進(jìn)程管理、文件系統(tǒng)和內(nèi)存管理一起組成，Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)可以分為字符類設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)接口類設(shè)備，塊類設(shè)備和其他非標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)。PCI設(shè)備被看作是字符型設(shè)備。每個(gè)PCI外設(shè)都由一個(gè)總線號(hào)、一個(gè)設(shè)備號(hào)和一個(gè)功能號(hào)來標(biāo)示，共有3個(gè)訪問空間，即I/O" title="I/O">I/O端口、內(nèi)存空間和配置寄存器。PCI配置空間由256個(gè)字節(jié)組成，且每個(gè)設(shè)備功能都有一個(gè)配置空間，用于決定PCI器件的工作方式和映射到系統(tǒng)中的地址。

????添加系統(tǒng)的PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)主要步驟：

（1）創(chuàng)建1個(gè)PCI設(shè)備，命令：mknod?pci_dev?c247?0，其中c表示字符設(shè)備，247表示主設(shè)備號(hào)，0代表次設(shè)備號(hào)。

（2）初始化外部設(shè)備，將函數(shù)pci_?dev_?init（）添加到ARMlinux/linux/drivers/chal/mem.c文件的 chr?_dev_?init（）中，chr?_dev?_init（）將在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)被調(diào)用，會(huì)完成設(shè)備驅(qū)動(dòng)的初始化工作：

（3）設(shè)備驅(qū)動(dòng)文件pci__dev.c的編寫。設(shè)備注冊(cè)接口函數(shù)，中斷處理函數(shù)等構(gòu)成了PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)主要代碼。即file_operationgs根據(jù)S3C2510的PCI配置寄存器所給定的基址來讀寫數(shù)據(jù)。PCI定義的I/O空間是32位地址空間，內(nèi)存和I/O可使用相同的配置接口。

（4）PCI設(shè)備的加載。ARMlinux不支持設(shè)備驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)加載，因此需要把驅(qū)動(dòng)編譯到ARM?Linux內(nèi)核中，首先需修改makefile文件，添加下行：obj_＄（CONFIG_?PCI_?DEV）+=pci?_dev.o接著修改 config.in，?添?加?：bool＇pci?_dev?install＇CONFIGPCI?DEV，添加這行的目的是為了在配置目標(biāo)板 Linux系統(tǒng)內(nèi)核時(shí)以便對(duì)這個(gè)設(shè)備進(jìn)行選擇。最后在目標(biāo)系統(tǒng)的makefile中添加設(shè)備節(jié)點(diǎn)：pci?_dev，C，247，0這樣在配置Linux 內(nèi)核時(shí)就可以選擇pci_dev?install，然后進(jìn)行編譯，這樣PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)就加載到了ARM?Linux系統(tǒng)中。

4?主控單元圖像采集編程

????內(nèi)核針對(duì)數(shù)碼攝像頭等視頻設(shè)備提供V4L函數(shù)接口，V4L提供針對(duì)視頻設(shè)備進(jìn)行基本的I/O操作的接口函數(shù)如：open、read、write、 close，中斷處理，內(nèi)存映射及I/O通道的控制ioctl等，并定義在struct?file_operations數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體中。當(dāng)應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備進(jìn)行諸如open、read、Write、close等系統(tǒng)調(diào)用操作時(shí)，內(nèi)核將通過file_operation結(jié)構(gòu)訪問驅(qū)動(dòng)程序提供的函數(shù)接口．具體的采集程序如下：
PCI接口視頻采集流程如圖5所示。

????V4L為視頻采集圖像提供兩種方案①：read（）直接讀取，②：mmap（）內(nèi)存映射。read（）通過內(nèi)存緩沖區(qū)來讀取數(shù)據(jù)；而mmap（）通過把設(shè)備內(nèi)存映射到用戶進(jìn)程地址空間中，繞過內(nèi)核緩沖區(qū)，所以mmap（）方式加速I/O訪問。另外mmap（）系統(tǒng)調(diào)用使用進(jìn)程間通過映射同一文件實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存，各進(jìn)程可像訪問普通內(nèi)存一樣對(duì)文件訪問。訪問時(shí)只需要指針而不用調(diào)用文件操作函數(shù)．因此用mmap（）采集圖像。初始化函數(shù)（camera_pict_init，canera_mmap?_init．camera_get_mbuf和采集圖像函數(shù)（camera_grap- image）介紹如下：

5?結(jié)語

????高速實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)的處理和傳輸是劃片自動(dòng)化的基礎(chǔ)和精度效率的重要保證?；谕獠吭O(shè)備互連PCI總線嵌入式視覺系統(tǒng)，選用了高性能的ARM處理器，嵌入可配置ARMLINUX操作系統(tǒng)，可高效的完成劃切要求。整個(gè)系統(tǒng)具有高可靠性，擴(kuò)展能力強(qiáng)，避免傳統(tǒng)工控機(jī)的病毒、補(bǔ)丁、死機(jī)等不便利因素。