基于嵌入式硬件平台的划片机视觉系统设计

半导体后封装工艺中关键设备划片机是通过主轴高速旋转、y向精密分度定位、x向导轨高速运动、θ向多角度旋转实现对多个芯片图形划分加工的设备。可用于硅集成电路、SAW器件、Ga/As、铌酸锂、锑化铋、厚膜电路、磷化铟等特种材料和脆硬材料晶片的划切分片。

a鉴于在精密划片机检测系统的检测速度和精度上的要求，需要分辨率较高的CCD摄像机对划切图像进行快速提取。PC-Based产品的硬件技术已经实现，但PC结构中仍存在诸多因素影响划片机的实际使用，如硬盘可能出现的机械故障、风扇带来的不稳定因素、抗震性能指标，抗干扰指标等等，这些因素依然是制约IPC(PC工控机)应用于半导体设备的问题之一。通过引入嵌入式硬件方案解决了这个难题，同时也大大降低了成本。

基于嵌入式硬件平台的精密划片机硬件部分采用主从式双CPU结构模式，主CPU为ARM处理器。精密划片机控制主体由3个单元构成：监控管理单元、四轴运动控制单元和划片机视觉单元。划片机视觉单元是通过对图像实时采集来监测晶圆划切过程;监控管理单元主要功能是监测设备运行、设置加工参数等;四轴运动控制单元是采用专用运动控制芯片，接收S3c2510传递的参数来直接控制电机完成运动控制。

视觉采集系统基于的PCI总线具备32Bit数据总线，时钟频率可达66 MHz，最快传输速率达到264 MB/s，能够满足划片机视觉系统需要，设计的核心板扩展2个PCI插槽。嵌入式设备需编写PCI设备的驱动程序将现有的PCI设备应用到嵌入式主板中。

划片机的视觉采集系统由光学照明系统、CCD摄像器件、图像处理软件等部分构成，视觉系统构成见图1。

2 硬件电路设计

根据PCI系统的总线拓扑结构设计了划片图像采集系统的硬件结构。其中的摄像头，根据划片机视觉的要求选用35万像素的PCI接口的图像采集模块。

系统主处理器采用三星公司的S3C25lO，考虑到S3C2510内置PCI控制器，扩展的2块PCI接口可分别和四轴嵌入式运动控制芯片MCX314As和图像采集模块连接。系统框图见图2。

芯片为ARM 940T内核，最高运行频率可达200 MHz，芯片内置的SDRAM控制器、PCI控制器、USB控制器和10M/100M以太网控制器等一系列接口控制器。满足精密划片机的实时控制要求，主板的外部时钟源为10 MHz，通过S3C2510的4个内置倍频率器，设置引脚CLKMOD0、CLKMODl、CPU_ FREQl、BUS_ FREQ0为高;设置引脚CPUFREQ0、CPU_FREQ2、BUS_FREQl、BUS_ FREQ2为低，使系统内核运行频率为133MHz，PCI设备运行频率为66 MHz，USB设备运行频率为48 MHz。图3是S3C2510的PCI插槽图。

系统上电后，PCI插槽上图像采集模块将等待CCD摄像头模拟信号的输入，当图像采集模块得到模拟数据后便对模拟数据进行编码，处理后的数据通过S3C2510内部AHB总线传输到SDRAM，主控管理单元利用主板上嵌入式Linux系统中的视频服务程序使用解码播放器即可对晶圆监测划切。

S3C2510 ARM处理器，内部PCI(MINI-PCI)&PC Card控制器符合PCI总线规范2.2版本，将S3C2510的PCI(MINI-PCI)&PC Card控制器设置为PCI Host工作模式(见表1)，具有32bit地址/数据复用总线，支持非线性传输和突发传输，最高数据传输速度可以达到264 MB/s及66 MHz(132 MB/s及33 MHz)。而且带有地址变换机制，可以将内部的PCI总线地址映射到内存或者外围设备。在设计中设定PCI总线的时钟频率为66 MHz，因此主板上PCI总线的最高传输速度可以达到264 MB/s，能够满足数据的快速传输。系统利用时钟反馈来弥补PCI的时钟延迟。

当PCI控制器工作在PCI HOST、模式下时，其时钟源是由系统内部提供的，S3C2510有3个PCI时钟输出信号PCICLK1，PCICLK2和PCILK3，将PCI设备诊断寄存器PCIDIAG0的DC3位设置为l，即将PCICLK3设置为输出无效，此时PCICLK1与PCICLK3相连，通过PCICLK3将时钟信号反馈给处理器内核，这样可以使外部PCI设备与PCI时钟保持一致，从而弥补时钟延迟。

系统以及PCI控制器的启动顺序如图4所示。其中在对PCI控制器的特殊功能寄存器进行配置时需要首先关闭中断，即设置PCIINTEN=0。然后设置PCI控制和状态寄存器PCICON[ARB，ATS，SPL，IOP，MMP]，某些需要的情况下还要设置PCI诊断寄存器，这个寄存器是针对测试功能的，在PCMCIA Host工作模式下不需要进行设置。然后要对与基地址有关的寄存器PCIBAM0～l和PCI-BATPA0～2进行设计，设置完之后要配置有关PCI重启和时钟的寄存器，其中关键的一步是设置PCI重启和时钟寄存器PCIRCC[MSK]=0，这是为了防止重启信号和时钟信号的冲突。

在PCI控制器侦测外围设备并初始化外围设备的寄存器时，需要完成以下工