宮 晨，宋麗娟，劉玉倩

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京 101601)

近年來，隨者國家大力扶持及國內(nèi)本土半導體設(shè)備制造企業(yè)的快速成長，我國的半導體設(shè)備制造行業(yè)的發(fā)展充滿了生機，但是本土廠商在半導體制造的核心設(shè)備研發(fā)制造上仍然遠遠落后于國外先進設(shè)備，供應的設(shè)備不僅主要集中在前后道工序中精度要求相對較低的設(shè)備品種中，而且設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性也遠不及國外先進設(shè)備，大大地制約了本土制造的競爭力。

異常處理是軟件設(shè)計中最關(guān)鍵的一環(huán)，它能提高軟件系統(tǒng)的健壯性，使系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠的運行。在半導體設(shè)備中，設(shè)備長時間高效、可靠、穩(wěn)定的運行是最基本的要求，在一些大型自動化設(shè)備中，各工位同步執(zhí)行，并且設(shè)備運行時無人值守，所以更應開發(fā)一套適合工業(yè)設(shè)備運行的異常處理機制去監(jiān)視、報警顯示、處理當前實時捕捉到的所有異常。

1 傳統(tǒng)異常處理方法

傳統(tǒng)的異常處理方法是系統(tǒng)運行的某一模塊內(nèi)發(fā)生故障時，設(shè)備停止運行，并彈出異常消息框，用戶關(guān)閉設(shè)備重新運行或解決故障后設(shè)備再繼續(xù)運行，這僅適用于小型、簡單且對生產(chǎn)效率要求不高的手動設(shè)備，見圖1。

圖1 傳統(tǒng)異常處理流程圖

2 多線程多等級異常處理方式

2.1 機制原理

現(xiàn)在自動化程度高的設(shè)備特別是復雜大型設(shè)備，往往UPH產(chǎn)效率要求更高，各機構(gòu)間同步動作更多，這就需要一套更靈活的異常監(jiān)控、處理方法，它不僅能夠快速、實時地捕捉到異常，將當前所有異常全部匯總反饋給使用者，并能根據(jù)不同的異常源進行靈活區(qū)分處理，在保證設(shè)備穩(wěn)定可靠運行的同時，以更大的效率來提高設(shè)備的整體生產(chǎn)效率。

本文提供一種多等級多線程異常處理機制，多線程模塊采用事件同步方式保證各機構(gòu)同步運動，另外將設(shè)備異常等級也劃分為：警告、一般故障、嚴重故障3個層次，異常發(fā)生時統(tǒng)計當前所有異常進行反饋。警告時設(shè)備蜂鳴器報警黃燈亮，設(shè)備各機構(gòu)仍正常運行，用戶可以選擇任一時間去解決警告；一般故障發(fā)生時，設(shè)備蜂鳴器報警黃燈閃爍，包括邏輯一般故障和IO一般故障。邏輯一般故障是指功能邏輯模塊群中某模塊發(fā)生工藝異常，此時僅當前模塊中斷執(zhí)行。IO一般故障主要針對整個設(shè)備一些IO需求異常，如大氣壓力、真空度不夠等，此時置“停止”信號為真，所有機構(gòu)到停止位中斷運行；嚴重故障發(fā)生時，設(shè)備蜂鳴器報警紅燈亮，異常發(fā)生處置位嚴重故障標志及自動事件退出標志，確保所有機構(gòu)里線程模塊自動安全退出。異常機構(gòu)設(shè)計時，可以根據(jù)設(shè)備自身情況，選擇完全軟件控制或軟硬件結(jié)合控制。

2.2 軟硬件結(jié)合異常處理方式

2.2.1 模塊構(gòu)造

此異常處理方案是在控制系統(tǒng)軟件進程內(nèi)部建立若干worker線程，這些線程的優(yōu)先級相同并低于進程的UI線程，即后臺執(zhí)行，以保證人機界面的正常操作與顯示。這些線程模塊包括：A異常登記及嚴重故障處理線程、B I/O狀態(tài)讀寫及故障信號監(jiān)視線程、C對話框故障顯示線程、D若干個功能邏輯模塊線程群。另有E硬件IO異常處理模塊。見圖2。

圖2 軟硬件結(jié)合多線程多等級異常處理原理圖

A模塊：開辟一個線程將所有的異常源記錄下來，并判斷是否嚴重故障標志為真，如果為真則進行嚴重故障處理，將所有電機緊急停止、相關(guān)模擬量輸出電壓置0 V，確保設(shè)備安全。

B模塊：通過相關(guān)通訊協(xié)議與E交互使E執(zhí)行相應IO動作，并開啟內(nèi)部線程實時監(jiān)視E內(nèi)IO異常狀態(tài)的返回。

C模塊：對話框內(nèi)設(shè)計一線程，將當前A內(nèi)記錄的所有異常根據(jù)異常分類分別顯示到對話框內(nèi)的警告、故障列表框內(nèi)。

D模塊：開辟若干個線程，每個線程對應同步執(zhí)行的機構(gòu)或邏輯動作。

E模塊：IO異常發(fā)生則硬件內(nèi)部程序自動觸發(fā)并立即處理。

2.2.2 異常交互及處理

（1）警告異常。警告異常：當發(fā)生警告異常時，E機制立即捕捉到，并自動報警提示用戶，線程B實時監(jiān)控讀取出當前I/O警告信息，A線程讀取并登記此警告信息，用戶想查找時，可以通過C顯示讀取。D機構(gòu)仍自動運行，不停機，而當過了一定時間后，B中的I/O警告信號導致了D機構(gòu)內(nèi)某模塊運行條件不足而中斷運行。過程走E-B-A-C和B-D路線。

警告異常處理：用戶可以暫時不用解決，這只是暫時提醒用戶，不久后設(shè)備會因為當前機構(gòu)模塊“硬IO中斷”而暫停運行，用戶可在仍運行時或停止后解決。如“上料貨盤滿”用戶只要清空貨盤即可，此時警告故障自動解除，C模塊內(nèi)警告提示也將自動消失，設(shè)備恢復正常。

（2）一般故障異常。邏輯一般故障：D機制內(nèi)某一模塊內(nèi)部發(fā)生了一般故障，則此模塊自動軟中斷，通過while循環(huán)自鎖此“異常狀態(tài)”、報警、傳遞描述好故障源詳細信息給A登記，用戶可以通過C去讀取錯誤信息并解決。D異常處與B交互去觸發(fā)E修改此模塊相關(guān)的面板“啟動”按鈕開關(guān)狀態(tài)為“停止”，別的模塊不受影響。過程路線D-B-E和D-A-C。

IO一般故障：E內(nèi)部流程發(fā)現(xiàn)某IO一般故障異常，自動觸發(fā)設(shè)備“停止”按鈕信號及相關(guān)處理，B讀取到異常信號后傳遞給 D和 A，D內(nèi)各機構(gòu)在邏輯內(nèi)設(shè)定的停止位通過while循環(huán)“停止信號”暫停設(shè)備運行，A登記異常信息后并提交C顯示。過程路線-E-B-D和E-B-A-C，見圖3。

圖3 IO一般故障路線圖表

一般故障異常處理：用戶直接解決當前一般故障包括I/O和邏輯一般故障，并按設(shè)備面板相關(guān)“啟動”按鈕等方式取消“停止”信號，恢復設(shè)備自動運行。

（3）嚴重故障異常。嚴重故障異常：此時D機構(gòu)某模塊發(fā)生嚴重故障則立即發(fā)消息，并登記嚴重故障的詳細分析給A機構(gòu)，然后D發(fā)消息給B，B通知E觸發(fā)停止所有面板“啟動”按鈕為停止狀態(tài)。A機構(gòu)收到D的嚴重消息會立即執(zhí)行嚴重處理方案：急停所有電機運行，回傳線程退出事件給機構(gòu)D，機構(gòu)D內(nèi)部所有模塊全體內(nèi)部線程安全退出。過程路線D-A-C和D-B-E，路線因模塊為線程而并行執(zhí)行。

嚴重故障異常處理：用戶必須重新初始化設(shè)備，初始化內(nèi)部重新開辟D內(nèi)部所有邏輯功能模塊線程，成功后并按設(shè)備面板“啟動”恢復整機自動運行即D內(nèi)各模塊的自動運行。

2.3 軟件異常處理方式

2.3.1 模塊構(gòu)造

實現(xiàn)原理同軟硬件結(jié)合異常方式一樣，建立A，B，C，D四個模塊，A模塊為異常登記及IO異常、嚴重故障異常處理。B模塊為IO狀態(tài)讀寫，C對話框故障顯示線程，D模塊為若干個功能邏輯模塊線程群，見圖4。

與軟硬件結(jié)合異常處理方式內(nèi)各模塊比較，A模塊增加IO異常狀態(tài)的監(jiān)控及處理。B模塊因為不需要與E進行交互了，不用讀取是否發(fā)生IO異常了，則僅進行IO讀寫操作。C，D模塊不變。

2.3.2 異常交互及處理

警告異常：A線程實時與B模塊的IO讀寫接口進行交互，當警告發(fā)生，則自動登記此警告信息，用戶想查找時，可以通過C顯示讀取。D機構(gòu)仍正常運行，而當過了一定時間后，IO信號導致了D機構(gòu)內(nèi)某模塊運行條件不足而中斷運行。過程走B-A-C和B-D路線。

一般故障異常：邏輯一般故障走D-B和D-A-C路線。IO一般故障走：B-D和B-A-C路線。

嚴重故障異常：嚴重故障異常走D-A-B和D-A-C路線。

警告、一般故障、嚴重故障異常的處理方式，與軟硬件相結(jié)合方式中的異常處理方式一致。

圖4 軟件多線程多等級異常處理原理圖

3 總 結(jié)

與傳統(tǒng)異常處理方法相比，多線程多等級異常處理機制更適合自動化程度高、無人值守的半導體設(shè)備，其多等級異常方式使處理更加靈活。同時根據(jù)設(shè)備自身情況可以選擇采用軟件或軟硬件結(jié)合的處理模式，其中軟硬件結(jié)合的模式實時性更高，占用軟件資源更少。軟件異常處理方式更加簡單。該多線程多等級異常處理機制在LTCC全自動精密絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)、6英寸自動雙面曝光機等多項半導體設(shè)備成功使用，對于半導體設(shè)備異常處理的設(shè)計具有一定借鑒價值。

[1]VERWORD T，HUNTR.Intrusion detection techniques and approaches[J].Computer Communication，2002，25(15):1356.1365.

[2]侯捷，Win32多線程程序設(shè)計[M].武漢：華中科技大學出版社，2002.