半导体测量仪的数据传输功能研究

　　本文基于一类半导体测量仪器为背景进行开发，研究了PCI 总线数据传输系统，在测量电路和主机间完成了双向数据的传输。通过分析 PCI9054 接口类型的控制器，实现了在现场可编程门阵列单元器件的内部，测试并且完成了本地设备的总线接口类型的电路，译码器装置、FIFO 存储器等电路单元的开发。随后实际运行了基于 VisualC++ 语言编写的具有测试功能的程序软件，验证了此数据传输系统可正确、高效地实现数据传输的功能。

　　1. 研究背景

　　通常来讲，半导体测量装置一般用于进行半导体元件的直流参数的测量、材料特性的检查、生产过程中的测试环节、过程监控以及最终产品的质量控制、产品数据报告的建立、元器件的匹配、产品的失效原因分析、产品的工程测试等应用领域，已经在电子产品的开发、研究、制造、测试环节、维修环节等层面获得了非常普遍的实际应用。若要达成相关仪器的各类测试方面的功能，首先需要针对测量的过程以及相关数据的捕捉过程实施有规律并且实时的监控，其次需要保证相关仪器测量电路所捕捉到的相关测试数据通过 AD(模拟，数字)转换之后，必须做到第一时间传输到电脑主机实施相应的分析和处理操作。上述提到的所有相应的控制以及数据采集的功能能够借助一块配备有 FPGA 芯片单元的PCI 数据信息采集卡装置来完成。

　　2.PCI 总线的概念简介

　　PCI 总线的全称是外围部件互连总线，也可以简称局部的总线。PCI 总线是现阶段主板部件上最为普遍的总线形式，其定义了 32 位信息数据的总线，并且支持扩展到 64 位的规格(V2.1 版本之上的 PCI 总线的主流执行标准)。PCI 总线系统适合用于多种类的计算机平台和多类型体系架构的处理器操作系统，并且可以支持 3.3 伏特以及 5V 伏特 2 种电压的信号环境，能够通过升级转换成为 64 位的总线系统。

　　3.PCI 总线系统的接口类型方案的选择

　　简述通常来讲，PCI 总线系统是现阶段在各类型电脑系统中实际应用最为广泛的总线系统，比较适用于针对计算机主机的各类功能最大限度的扩展工作。

　　一般状况之下是把所要扩展的各项功能采用相应的逻辑电路进行实现并且进一步制作成扩展用的电路板卡的形式，最后经过 PCI 总线系统的扩展插槽来实现其和电脑主机系统在物理层面上的连接和交互。一般来实现 PCI 总线系统的接口会有 2 种方案，也就是说可以借助可编程逻辑控制器件来进行，另外就是使用专门的接口芯片来实现。

　　假如借助可编程逻辑控制器件机型，不仅需要分析相关 PCI 总线系统的信号以及 PCI 总线系统的相应传输协议，还必须掌握到相应的 PCI 总线系统具有的特定仲裁机制、正误纠正的相关机制、奇偶性校验等一整套相应的规则和定义。如果采用专门的接口芯片来实现，则是需要满足相应的 PCI 总线系统的标准规范的专门的集成电路，在其接口芯片的内部也可能配备了空间以及完成各类接口功能的逻辑控制单元。

　　使用专门的接口芯片这类解决方案，具有非常明显的优势，也就是说，可以避免相关信息技术人员为自行规划设计相应的接口电路而在 PCI 总线系统的规范层面投入不必要的资源以及时间，进而可以耗费最短的时间把研究工作的重点集中到 PCI 总线系统的相关功能与设备的开发以及设计上面。在本文的开发和设计实践工作之中，我们选取了第 2 种设计方案，也就是说采用专门的接口芯片的解决方案。具体选取的接口芯片是 PLX 公司出品的 PCI9055 型号的接口芯片，此芯片是由美国 PLX 公司出品。用于针对 PCI 总线系统以及本地的总线(localbus)进行桥接操作，从而实现了电脑主机和 PCI 总线系统设备之间的信息交互过程。

　　4. 本地总线系统的接口逻辑设计

　　简述为达成 PCI9055 芯片对于本地系统中的逻辑资源的存取操作功能，必须要在本地系统端口 FPGA 芯片的内部使用 Verilog 类型的机器语言来设计出一套本地系统总线接口的电路。经过分析和研究相关芯片信息数据的手册标注的时序逻辑图，不难看出，此类接口位置的电路需要实现 2 个基本的逻辑功能，首先是需要根据准确的时序关系产生出或撤销 LHOLDA#，READY# 类 型 的 数 据 信 号， 其 次 是 生 成 对于本地系统资源可以试试读、写操作的数据信号。通常，有关 LHOLDA# 类型信息信号的产生与撤销的问题，可能关系到本地系统总线有关的仲裁问题。

　　如果主机和 PCI 总线系统相关的设备之间需要实施数据信息的传输动 作 时，PCI9055 芯 片 的 内 部 就 可 以 生 成 LHOLD 类 型 的数据信号来实现请求使用本地系统总线的目的，这时采用Verilog 语言中内的 always 相关语句就能够实现在下次的时钟脉冲的上升沿出现时输出对应的应答信号。对于 READY# 类型的信号及读、写信号可采用同步状态机制来达成。如果 PCI9055 芯片收到本地系统总线的信号之后，将控制地址信号 ADS 发出宽度数值为 1 个周期的低电平脉冲信号，进行相应的数据传输，状态机单元将会依据读操作或者写操作(根据 LWR 信号的电平类别进行判别)分别实现写操作(也就是状态 1)以及读操作(也就是状态 2)。

　　随后再把这 2 个状态之下输出的有效 READY# 类型信号加上读、写信号传输到本地系统的逻辑电路中。在相应的数据信号传输的进程之中，READY# 类型的信号需要保持有效，直到有效的 BLAST# 类型信号出现之时。除此以外，为正常达成本地系统的逻辑资源读、写的目的，还必须为本地系统的相关资源合理分配相应的逻辑地址。

　　5. 重要参数信息的传输试验及相关试验结果研究

　　半导体测量相关工程技术人员在进行 PCI-bus 协议的研究过程中，PCI 输入接口与输出接口内置芯片的工作模式及工作顺序等相关工作原理的前提条件下，半导体测量相关工程技术人员在基于 FPGA 核心芯片的前提条件下设计出 CAN-bus 输入接口与输出接口逻辑供电电路，完成了FIFO 寄存装置及存储装置等逻辑存储装置，并且为此类资源存储装置匹配相应的本地连接移动物理地址，基于此彻底完成重要数据信息采集装置数据传输功能的软件环境已基本实现。

　　半导体测量相关工程技术人员使用 VisualC++2018相关项目开发程序在计算机客户端进行测试程序的编写工作，进行此类采集卡硬件部分是否可以完成相关重要参数信息的传输和传输过程中的合理性。半导体测量相关工程技术人员在进行此类软件的测试过程中，在通常状况下应用了Windows Driver 开发程序所自带的各种类型数据端口二次曲线函数。软件的操作界面详见相关技术规范及相关标准内容进行参照。此类软件在通常状况下需要进行以下四部分测试内容：

　　(1)PCI 相关装置的开启及关闭功能的测试。半导体测量相关工程技术人员在实际进行操作系统打开动作以前，必须挑选科学合理的数据传输装置。(2)相关数据传输装置读取 PCI9054 输入接口与输出接口内置芯片内部寄存装置的功能。重要参数信息采集装置内部并行的 EEPROM 芯片能够实现寄存装置初始数值的存储功能，半导体测量相关工程技术人员在板卡进行供电的过程中，进而实现寄存装置的合理匹配。

　　(3)半导体测量相关工程技术人员使用科学合理的重要参数信息的传输模式，和板卡本机输入接口与输出接口的关键核心资源(例如寄存装置)实施单向的多元化重要数据信息的高速传输。(4)和板卡输入接口与输出接口重要存储资源(例如FIF1 存储装置)完成单向的海量重要参数信息的高速传输。

　　5.1 重要参数信息使用相关设备开闭功能研究半导体测量相关工程技术人员在开启及关闭过程中在通常 状 况 下 使 用(P9057_Open) 和(P9057_Close) 这 两类二次曲线函数进行实现，基于二次曲线函数的最大绝对值能够评估出该装置是否能够进行开启与关闭。例如半导体测量相关工程技术人员在将相关装置进行开启的过程中，假如能够实现将相关装置进行正常开启并退回至“TRUE”状态，与此相关将退回至“FALSE”状态。半导体测量相关工程技术人员进行相关软件测试的过程中，在单击“装置开启”的按钮以后，操作系统的实施对话框就会实时弹出，证明该装置处于正常打开的工作状态。

　　5.2 PCI9054 寄存相关装置的重要参数信息的读取试验此类功能测试半导体测量相关工程技术人员在一般情况下都是借助使用二次曲线函数进行实现的。在完成相关代码编写的过程中，半导体测量相关工程技术人员写出合理的移动物理地址就能够读取寄存装置的参数数值。半导体测量相关工程技术人员在相关重要参数信息读取的过程中，读取了几类非常关键的寄存装置的参数，并且将具体数值显示在操作软件的界面，结果详见相关试验数据。与相关技术标准工作程序进行全方位的对比，证明测试软件可以完成内置寄存装置的读取。

　　5.3 单次重要参数信息写入相关试验半导体测量相关工程技术人员在使用二次曲线函数进行实际一次参数信息读取操作完成的过程中，必须在系统软件内部输入合理的移动物理地址、重要参数信息的字节宽度、实际参数。半导体测量相关工程技术人员为了确认所读取重要参数信息是否正确，将移动物理地址寄存装置进行高速写入，得出发光二极管的工作状态，半导体测量相关工程技术人员就能够评估读取参数信息是否正确。

　　5.4 批量重要参数信息写入相关试验半导体测量相关工程技术人员前期在 FPGA 内置芯片的存储器装置嵌入一个周期完整正弦波二次曲线函数的极坐标重要参数信息，每一个频率的二次曲线一共具有 128 个关键节点，每一个极坐标参数包括横坐标与纵坐标两类数值架构。

　　半导体测量相关工程技术人员使用二次曲线函数基于高速数据信息传输模式持续进行极坐标重要参数信息的读取工作，并且将该重要参数信息储存在主机某个关键特定的位置，随后半导体测量相关工程技术人员应用此类极坐标重要参数信息借助 VC 给出的二次曲线函数在新窗口中完成正弦波二次曲线的求解。在此次软件测试过程中半导体测量相关工程技术人员在常规编程的过程中一共计算得出了四个周期的正弦波二次函数曲线。

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　　6. 结语

　　综上所述，半导体测量相关工程技术人员经过针对相关应用软件的测试过程进行非常详细的研究得出，本文研究了从最初规划设计一直到由硬件及软件两个关键层面搭建了一整套行之有效的参数信息传输的运行体系。半导体测量相关工程技术人员根据相关试验结果说明，此类半导体测量装置可以行之有效以及科学合理地完成针对相关重要参数信息的传输作用，基本最大限度地实现了初期的规划设计任务目标。

　　作者：商博雯

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