基于Linux的可程控半導體特性測量儀器的設計.pdf

1、半導體器件廣泛應用于電子設備、工業(yè)生產(chǎn)和科學研究等眾多領域，在當今社會發(fā)揮著重要的作用。而作為半導體生產(chǎn)不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)，半導體特性測試貫穿于從產(chǎn)品設計到生產(chǎn)加工的全過程，高效的半導體特性測量儀器對于高性能的半導體器件生產(chǎn)起著至關重要的作用。隨著科技的進步和測量技術的發(fā)展，對半導體特性測量儀器的測量速度和精度要求越來越高，需要測量的信息量越來越大，并且經(jīng)常需要實時測控和對數(shù)據(jù)及時處理，因此測量儀器的程控和存儲功能也越發(fā)重要。近年來

2、，Linux操作系統(tǒng)不斷發(fā)展完善，ARM+FPGA架構(gòu)也大量應用于嵌入式系統(tǒng)，為半導體特性測量儀器的設計提供了新的解決方案。使用ARM處理器對儀器進行管理控制，利用FPGA的高性能進行高速測量，可以提高儀器的穩(wěn)定性和測量速度，而利用Linux對多種嵌入式圖形界面庫和設備驅(qū)動的支持，既可以構(gòu)建友善的人機交互系統(tǒng)，又可以方便的拓展儀器的程控等新功能。
　　 本文的目標是對一個低版本的半導體特性測量儀進行設計升級，為儀器增加USB程控

3、功能，重新設計硬件結(jié)構(gòu)以提高測量性能，升級嵌入式操作系統(tǒng)，使其更好的支持U盤等設備并具有更好的功能可拓展性。
　　 在對半導體特性測量儀器的現(xiàn)狀進行研究后，本文提出了系統(tǒng)的總體設計目標，設計了基于Linux操作系統(tǒng)和ARM+FPGA架構(gòu)的總體設計方案。研究了嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)平臺的構(gòu)建方法，移植了bootloader和Linux內(nèi)核，制作了根文件系統(tǒng)，并將MiniGUI1.6.0和應用程序移植到基于S3C2440+Linu

4、x2.6的嵌入式平臺上。為了實現(xiàn)USB程控功能，詳細分析了USB協(xié)議;研究了LinuxGadget子系統(tǒng)，并基于Gadget子系統(tǒng)設計了USB固件程序;討論了Windows驅(qū)動程序的設計方法，分析了WDF驅(qū)動框架，基于WDF設計了USB設備驅(qū)動;編寫了上位機和儀器端的USB程控程序。設計了FPGA與ARM總線接口電路，研究了跨時鐘域亞穩(wěn)態(tài)問題，提出了FPGA和ARM的跨時鐘域信號的處理方法，討論了Linux設備驅(qū)動程序的設計方法，并為F