趙秋錦，許武軍，黃棟梁，楊志勇

（1.東華大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，上海 201620; 2.上海微電子裝備有限公司 上海 201203）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，光刻機(jī)技術(shù)也在逐步提高，對(duì)光刻機(jī)人機(jī)交互界面的要求也逐步提高，如何設(shè)計(jì)出操作快捷、響應(yīng)事實(shí)、運(yùn)行穩(wěn)定的人機(jī)交互界面是光刻機(jī)人機(jī)工程應(yīng)用研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。不同于其他商業(yè)軟件或個(gè)人計(jì)算機(jī)上普遍使用的GUI應(yīng)用程序，光刻機(jī)軟件系統(tǒng)是一個(gè)分布式的設(shè)備軟件控制系統(tǒng)，分布在多個(gè)硬件平臺(tái)上，并且采用了分層控制的形式。

本文介紹了MVC技術(shù)和Observer、Command兩種設(shè)計(jì)模式的基礎(chǔ)理論，提出了一種基于這兩種設(shè)計(jì)模式構(gòu)建的MVC框架方法，并詳細(xì)敘述了它結(jié)合ADAE平臺(tái)和光刻機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)管理模型實(shí)現(xiàn)的人機(jī)交互界面的框架設(shè)計(jì)方案。

1 光刻機(jī)圖形化界面的特征

1.1 眾多應(yīng)用的操作入口

光刻機(jī)圖形化界面是光刻機(jī)軟件系統(tǒng)應(yīng)用的操作入口。作為光刻機(jī)設(shè)備與終端用戶(End-user)最主要的人機(jī)接口，光刻機(jī)圖形化界面能夠接受用戶輸入的參數(shù)、指令，并將其分發(fā)給軟件系統(tǒng)應(yīng)用模塊，從而執(zhí)行設(shè)備各類應(yīng)用功能。

光刻機(jī)設(shè)備本身體系復(fù)雜，應(yīng)用功能又種類繁多，圖形化界面必須精心設(shè)計(jì)，做到將應(yīng)用功能分門別類以供選擇，對(duì)每一個(gè)應(yīng)用功能，用戶能快速、準(zhǔn)確輸入?yún)?shù)，并提供一套一致的操作模式，有效確保終端用戶能順利使用設(shè)備。

1.2 大延時(shí)的底層應(yīng)用

光刻機(jī)圖形化界面作為軟件系統(tǒng)的最頂層，通過逐層調(diào)用系統(tǒng)軟件模塊，完成用戶期望的應(yīng)用功能。那些需要使用設(shè)備硬件的應(yīng)用功能，如物料操作、生產(chǎn)批處理等，在應(yīng)用功能執(zhí)行過程中，由于設(shè)備硬件本身執(zhí)行動(dòng)作需要時(shí)間消耗，因而從應(yīng)用功能發(fā)起執(zhí)行到執(zhí)行完成返回結(jié)果，具有較大的延時(shí)（相對(duì)軟件執(zhí)行速度而言）。此外，在應(yīng)用功能執(zhí)行過程中，由于硬件設(shè)備本身的可靠性有一定限度，因而可能出現(xiàn)設(shè)備局部發(fā)生故障而導(dǎo)致軟件無法響應(yīng)的情況。

因此，光刻機(jī)圖形化界面的另一個(gè)重要特征就是，操作常常涉及大延時(shí)的底層調(diào)用，甚至由于底層硬件故障而導(dǎo)致底層軟件無法響應(yīng)。圖形化界面設(shè)計(jì)時(shí)必須予以關(guān)注，避免出現(xiàn)界面凍結(jié)甚至崩潰，而需為用戶提供友善的提示，同時(shí)提高健壯性。

2 MVC模型及其關(guān)鍵技術(shù)

MVC設(shè)計(jì)模式是典型的基于Agent的用戶界面模型 ，其主要優(yōu)點(diǎn)是分離了界面顯示和事件處理，可以提高界面顯示與事件處理之間接插靈活性，以及界面的可移植性和可復(fù)用性。對(duì)于界面設(shè)計(jì)可變性的需求，MVC把交互系統(tǒng)的組成分解成模型、視圖、控制器3種部件 。

模型、視圖與控制器的分離，使得一個(gè)模型可以具有多個(gè)顯示視圖。如果用戶通過某個(gè)視圖的控制器改變了模型的數(shù)據(jù)，所有其它依賴于這些數(shù)據(jù)的視圖都應(yīng)反映到這些變化。因此，無論何時(shí)發(fā)生了何種數(shù)據(jù)變化，控制器都會(huì)將變化通知所有的視圖，導(dǎo)致顯示的更新[1]。這實(shí)際上是一種模型的變化-傳播機(jī)制。這種變化-傳播機(jī)制體現(xiàn)在各個(gè)相互依賴部件之間的注冊(cè)關(guān)系上。模型數(shù)據(jù)和狀態(tài)的變化會(huì)激發(fā)這種變化-傳播機(jī)制，它是模型、視圖和控制器之間聯(lián)系的紐帶[2]。在初始化時(shí)，通過與變化-傳播機(jī)制的注冊(cè)關(guān)系建立起所有視圖與模型間的關(guān)聯(lián)。視圖與控制器之間保持著一對(duì)一的關(guān)系，每個(gè)視圖創(chuàng)建一個(gè)相應(yīng)的控制器，視圖提供給控制器處理顯示的操作。

2.1 進(jìn)程間通訊機(jī)制

模型在邏輯結(jié)構(gòu)上可以劃分為兩個(gè)任務(wù)進(jìn)程：數(shù)據(jù)顯示進(jìn)程和邏輯處理進(jìn)程。數(shù)據(jù)顯示進(jìn)程包含模型的視圖和邏輯控制器部分，邏輯處理進(jìn)程包含模型的數(shù)據(jù)模型部分。基于兩個(gè)任務(wù)進(jìn)程的劃分主要考慮以下因素：首先，模型邏輯和功能的計(jì)算需要耗費(fèi)大量時(shí)間，這個(gè)過程可能會(huì)導(dǎo)致視圖無法及時(shí)響應(yīng)，且異常情況下無法實(shí)現(xiàn)取消以及恢復(fù)功能；其次，界面功能比較復(fù)雜，需要?jiǎng)澐殖啥鄠€(gè)子模型，存在多個(gè)視圖或控制器需要和同一個(gè)數(shù)據(jù)模型交互。如果在同一進(jìn)程內(nèi)部，較難實(shí)現(xiàn)管理（如：數(shù)據(jù)同步等）。

界面進(jìn)程間通訊包括界面進(jìn)程與各功能模型進(jìn)程之間，以及功能模型進(jìn)程之間的通訊方式。界面進(jìn)程之間通訊使用ADAE平臺(tái)提供的CN通訊方式和GF共享內(nèi)存通訊方式。如界面初始化時(shí)訂閱處理模型狀態(tài)或者信息事件，一旦處理模型變化則主動(dòng)通知界面，然后界面根據(jù)需要向處理模型獲取狀態(tài)或數(shù)據(jù)信息。而事件請(qǐng)求接口則一般由用戶通過界面發(fā)起，由處理模型分類處理，模型結(jié)合ADAE平臺(tái)機(jī)制完全實(shí)現(xiàn)了變化-傳播機(jī)制。

2.2 事件傳播機(jī)制

MVC模型中控制器是視圖和模型之間交互的關(guān)鍵，因此必須協(xié)調(diào)好各類事件，保證事件能夠及時(shí)準(zhǔn)確的傳送。一旦事件通道出現(xiàn)異常可能導(dǎo)致界面無法響應(yīng)，或者底層模型執(zhí)行錯(cuò)誤的指令[3]。控制器事件管理需要由3部分協(xié)調(diào)完成：

1）Command：視圖和模型事件封裝為命令，事件觸發(fā)就是一個(gè)命令發(fā)起，命令分3種：訂閱事件命令（Subscribe Command）、異步事件命令（Asynchronous Command）以及同步事件命令（Synchron-ous Command）；

2）Controller：管理視圖發(fā)起的Command，并控制拋出給Observer；

3）Observer：執(zhí)行視圖發(fā)起的命令，監(jiān)聽命令執(zhí)行變化（數(shù)據(jù)和狀態(tài)）并通知視圖。

控制器事件管理模型中 所有命令（繼承于Abstract Command）由視圖創(chuàng)建和發(fā)起，并提交給Controller管理。而Observer只負(fù)責(zé)監(jiān)聽Command執(zhí)行變化并通知視圖。命令通常封裝了模型接口，命令變化都通過CN通訊返回。 因此Observer需要使用ADAE平臺(tái)的CN事件循環(huán)機(jī)制來監(jiān)聽所有命令執(zhí)行變化。

2.3 狀態(tài)管理機(jī)制

光刻機(jī)界面應(yīng)用功能繁多，界面框架由多個(gè)功能模塊組合而成，每個(gè)功能模塊都是一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的MVC模型，模型之間可以嵌套組合。而系統(tǒng)狀態(tài)管理機(jī)制負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)各模型之間狀態(tài)同步和控制。狀態(tài)管理指界面根據(jù)當(dāng)前登錄系統(tǒng)用戶操作權(quán)限以及光刻機(jī)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程關(guān)系，來管理各功能項(xiàng)的使能狀態(tài)。

狀態(tài)管理采用分層管理的模式，即一個(gè)總的狀態(tài)管理器和多個(gè)子狀態(tài)管理器。狀態(tài)管理器定制當(dāng)前登錄用戶權(quán)限表，并通知各子狀態(tài)管理器權(quán)限表變更狀態(tài)；同時(shí)定義各種狀態(tài)遷移事件，并維護(hù)狀態(tài)遷移事件對(duì)子狀態(tài)管理器的影響關(guān)系。子狀態(tài)管理器維護(hù)內(nèi)部功能項(xiàng)的狀態(tài)，并觸發(fā)狀態(tài)遷移事件，通過狀態(tài)管理器通知相關(guān)聯(lián)的子狀態(tài)管理器[5]。一般每個(gè)功能模型都擁有子狀態(tài)管理器，管理本功能模型內(nèi)的受影響功能項(xiàng)。狀態(tài)管理模型是總的狀態(tài)管理器，維護(hù)用戶權(quán)限表、狀態(tài)遷移事件影響關(guān)系、以及記錄當(dāng)前觸發(fā)的事件。

3 MVC界面架構(gòu)設(shè)計(jì)

光刻機(jī)圖形化界面是光刻機(jī)應(yīng)用程序與用戶之間的接口與橋梁，用戶從界面輸入?yún)?shù)，選擇并發(fā)出指令，界面需要將用戶的請(qǐng)求傳遞給系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)用層或其他層的處理進(jìn)程，由這些處理進(jìn)程來實(shí)際執(zhí)行用戶的請(qǐng)求，執(zhí)行完畢界面還需向用戶反饋處理結(jié)果。

界面模型使用的是UI設(shè)計(jì)中通用的MVC設(shè)計(jì)模式，基于以上3點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)的解決并借助與ADAE平臺(tái)基礎(chǔ)，基本可以實(shí)現(xiàn)MVC界面框架。圖1是掃描光刻機(jī)整機(jī)軟件界面基于MVC界面架構(gòu)設(shè)計(jì)的模型方案。

圖1 掃描光刻機(jī)整機(jī)軟件界面Fig. 1 The machine interface of scanning lithography machine

模型中每個(gè)功能模塊是一個(gè)獨(dú)立的MVC模型，總的界面也是一個(gè)MVC模型，模型之間相互嵌套形成總的界面框架模型，各模塊之間相互獨(dú)立。界面模塊是指實(shí)現(xiàn)界面功能的基本單位，具有獨(dú)立完成業(yè)務(wù)功能的能力。實(shí)現(xiàn)的MVC架構(gòu)模型當(dāng)前存在有以下兩方面的問題需要解決：如果視圖刷新數(shù)據(jù)量或頻率過大會(huì)存在效率問題，還有可能會(huì)導(dǎo)致界面短時(shí)間僵死；模型假設(shè)ADAE平臺(tái)可靠且穩(wěn)定的，如果出現(xiàn)訂閱失敗等問題時(shí)如何建立保護(hù)措施。

界面數(shù)據(jù)刷新如果數(shù)據(jù)量和頻率過大，可能導(dǎo)致界面出現(xiàn)阻塞狀況，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該合理劃分訂閱數(shù)據(jù)項(xiàng)，使刷新頻率高和刷新頻率低的數(shù)據(jù)項(xiàng)劃分開，避免沒有必要的刷新。如果被訂閱方任務(wù)進(jìn)程未啟動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致訂閱失敗。因此，在啟動(dòng)任務(wù)進(jìn)程時(shí)，應(yīng)盡量考慮被訂閱方任務(wù)進(jìn)程先啟動(dòng)。如果訂閱失敗，應(yīng)該設(shè)置默認(rèn)保護(hù)，以免誤操作。

4 結(jié) 論

通過項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)踐已經(jīng)驗(yàn)證了方案基本可行，基本可以滿足光刻機(jī)人機(jī)交互界面性能需求。為進(jìn)一步降低界面開發(fā)和維護(hù)成本，提高界面模塊化提供的思路。模型在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程中還有部分問題沒有解決，還需要繼續(xù)健全模型。

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