因此，为了提高光刻机工件台的定位、跟踪精度以及生产效率，控制系统必须在更短的伺服周期内完成大量的位置数据采集、数据传输、控制计算和控制量输出 等任务。然而，基于 VME 总线的工件台运动控制系统瓶颈主要在于总线数据吞吐 速率、网络拓扑、数据处理能力以及接口局限等多方面原因。因此亟待构建一种基于 VPX 总线的多核处理器并行处理架构，并以此为基础开发工件台控制系统的硬件和软件，试图将伺服周期缩短至 100us 。

2.2.2 运动控制卡（ MC_4DSP_VPX ）

除了总线带宽之外，运动控制卡核心处理器的性能也对工件台控制系统伺服周期影响较大，目前在工业控制领域中，单片机、ARM 、 DSP 、 FPGA 和 PowerPC 等一些微处理器比较常用。相比较而言，单片机主要面向于低端市场；ARM 在任 务管理、软件系统支持等方面具有优势；FPGA 虽然在理论上可以达到更高频率和 信号处理速度，可是编译复杂，开发周期长，由于 FPGA 具有超强的逻辑编程柔性和并行处理资源，故只作为协处理器用在接收发送信号端；ASML 公司采用的单核

PowerPC 成本高且存在技术封锁问题，而且经过前期在 PowerPC 上的 RapidIO 带 宽测试，通信延迟较大，不符合系统设计要求；DSP 具有杰出的大数据处理能力， 而且随着处理数据量的增加，单核 DSP 芯片发展越来越不满足系统要求，传统嵌 入式系统是增加并行处理板上单核 DSP 芯片数量 [34] 或者增加单板数量，这样会导 致单板面积增大、I/O 不足或机箱内板卡数过多等问题，因此多核 DSP 在运算速 度、系统精简度和开发难度上有较好优势，并且依靠上一代单核 DSP 系统，具有 一定的可移植性。通过对系统需求以及处理芯片的性能和价格等方面的比较和分

析，本文选取 TI 公司的 TMS320C6678 这一款多核 DSP 作为运动控制板卡的核心 处理器。

2 ）运动控制卡（ MC_4DSP_VPX ）

运动控制卡 MC_4DSP_VPX 是一块通用的 6U VPX 板卡。考虑到系统的扩展 性，例如后期需要融入对准系统，曝光系统等子系统，单板采用集成 4 片 C6678 和 1 片 K7 FPGA 的方案，增加系统处理器的冗余度。每片 C6678 芯片可外挂 4GB 的 DDR3，单板总存储容量可高达 16GB ，实现海量数据的存储，可使用于大规模实 时信号处理。单板内部总体框图及实物图如图 2-7 、图 2-8 所示。 运动控制卡 MC_4DSP_VPX 部分资源如下所述：

 板载 4 片 C6678 处理芯片，工作频率最高为 1.25GHz ，一般保守设置为 1GHz ， 2 片 C6678 芯片作为 1 个处理节点，其间通过互连总线 Hyperlink 实现通信；

 每片 C6678 和 FPGA 与 RapidIO Switch 的互连分别通过 1 路 X4 RapidIO 接口 和 2 路 X4 RapidIO 接口实现， RapidIO Switch 提供 4 路 X4 RapidIO 接口，与VPX 背板的 P1 口相连，则多块板卡则通过背板的 RapidIO 总线和 P1 口实现数据传输。

2.2.3 光纤接口卡（ FC_FPGA_VPX ）

正如 2.1.2 节中提到的光纤接口数量受限问题，本文方案拟将光纤接口与运动控制处理 卡 分离， 所 有 的 光 纤 接 口 接 口 集 成 于 单 块 板 卡 。 光纤接口 卡（FC_FPGA_VPX）由硬件公司根据实验室需求完全定制设计，板上使用 1 片 K7FPGA 实现光纤接口的管理。常用接口包括：前面板 12 个协议可定义光口，同步信号输入输出接口、JTAG 接口等。参考方案框如图 2-9 所示：

光纤接口卡 FC_FPGA_VPX 部分资源如下所述：

 P1 ： K7 FPGA 提供 4 个 x4 GTX ；

 P2 ： K7_FPGA 提供 2 个 x1 PCIe ；

 P4 ： K7 FPGA 提供多路 LVDS 差分对， 2 个 Ethernet ；

 P5 ： K7 FPGA 提供多路 LVDS 差分对，并根据要求定义；；

 P6 ： K7 FPGA 提供系统 SYN 信号及 32bit 自定义总线；

 前面板提供 12 路光纤，采用 SFP 接口形式，提供 LED 指示通断；

 前面板提供 1 路输出同步定时信号， 1 路输入同步定时信号，采用 RJ45 接口

形式；

2.2.4 主控卡（ HOST_CPU_VPX ）

主控卡 HOST_CPU_VPX 拟选用 PPC （ TBD ）结构，根据项目要求所提的部

分资源需求描述如下：

 主控单元

 CPU 采用高性能 PowerPC ；

 内存： 8 GB DDR3 (1600 MHz) ；