半导体设备软件开发框架设计方案

一、技术选型建议

1. 跨平台UI框架：GTKSystem.Windows.Forms

• 核心优势：基于GTK开发，原生兼容WinForm控件（无需重写UI代码），支持Windows/Linux/macOS及国产操作系统（统信、麒麟等）。

• 关键特性：

• 支持Dock/Anchor布局、主题皮肤定制、扩展控件（如数据表格、属性网格）。

• 开发工具：Visual Studio可视化设计器，编译后直接跨平台部署。

• 适用场景：上位机界面开发，尤其需适配国产化或Linux环境的场景。

2. SECS/GEM协议库

• 开源方案（需二次开发）：

• FreeSECS：C++实现，支持E5（SECS-II）和E37.1（HSMS），适合基础通信需求。

• JYUGEM：C++/Python跨平台协议栈，支持GEM/OBEM扩展。

• 商业集成参考：九思易的SECS/GEM模块（通过PLC桥接上层系统），可借鉴其架构设计。

3. PLC控制层

• 开源软PLC：Beremiz

• 符合IEC 61131-3标准，支持C/Python运行时，可运行于Linux实时系统。

• 集成EtherCAT/CANopen等总线协议，适合机械控制模块的硬实时需求。

• 硬件兼容：可对接STM32 PLC（仿三菱FX1N）实现低成本下位机方案。

4. 辅助工具库

• UI控件库：SunnyUI（GPL协议），提供现代化WinForm控件（如数据表格、步骤条），简化界面开发。

• 时序数据库：InfluxDB，用于高频历史数据存储（＞1ms采集）。

二、核心模块设计要点

1. SECS/GEM模块

• 分层设计：

• 实现关键：

• 使用FreeSECS库解析E5消息，异步处理T3/T6超时。

• 状态机需兼容E30标准（设备就绪/运行/故障等）。

2. 配方管理模块

• 架构参考：基于SEMI E40标准的分级配方（设备配方/厂级配方）。

• 技术实现：

• 存储：SQLite（本地）+ Redis（缓存），支持版本比对（差分算法）。

• 校验逻辑：

  csharp

  // 参数依赖校验示例public void ValidateRecipe(Recipe recipe) {
      if (recipe.EtchTime > 120 && recipe.GasFlow < 50) 
          throw new InvalidRecipeException("蚀刻时间与气体流量不匹配");}

3. 机械控制与实时性

• 硬实时层：Beremiz部署于Xenomai/INtime实时系统，控制周期≤100μs。

• 安全互锁：通过PLC Safety功能实现急停/区域防护（参考STM32 PLC安全逻辑）。

4. 其他模块优化

• 报警管理：采用OPC UA Alarm & Conditions规范，支持报警树（Alarm Tree）根因分析。

• 历史记录：InfluxDB + Snappy压缩，按LotID/WaferID快速查询。

• 用户管理：RBAC模型（角色-权限绑定），审计日志满足FDA 21 CFR Part 11。

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