本發(fā)明涉及FPGA數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種用于光刻機(jī)矢量數(shù)據(jù)柵格化的快速填充的算法。

背景技術(shù)：

激光直接成像技術(shù)(laser direct imaging，簡稱LDI)也稱為激光直寫，是近年來發(fā)展起來的一種用于半導(dǎo)體器件生產(chǎn)的技術(shù)。傳統(tǒng)的曝光工序是通過汞燈照射菲林將圖像轉(zhuǎn)移至基底上，而LDI則是用激光掃描的方法通過圖形發(fā)生器直接將圖像在基底上成像。相比較傳統(tǒng)的曝光技術(shù)，LDI曝光過程不需要菲林，有效降低了成本，且工序簡單、圖像精度高，可適應(yīng)更精細(xì)的圖形曝光，也有利于提升生產(chǎn)的良率。

通常半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)的圖形數(shù)據(jù)為矢量數(shù)據(jù)，包括GDS II、Gerber、ODB++等格式數(shù)據(jù)，而激光直寫中圖形發(fā)生器需要的數(shù)據(jù)為bitmap格式的數(shù)據(jù)，因此，需要將矢量數(shù)量柵格化處理，變成bitmap數(shù)據(jù)。柵格化數(shù)據(jù)的處理速度直接影響光刻機(jī)的產(chǎn)能，為了提高光刻機(jī)的產(chǎn)能，則需要提高柵格化的速度。

矢量圖的柵格化處理一般分為3個(gè)步驟：求掃描線與多邊形各個(gè)邊的交點(diǎn)；對(duì)交點(diǎn)進(jìn)行排序；將排序之后的點(diǎn)進(jìn)行組合填充。傳統(tǒng)的柵格化處理方法是由LDI系統(tǒng)中的主機(jī)進(jìn)行圖形資料解析后，將圖形資料轉(zhuǎn)化為利于下位機(jī)處理的圖形坐標(biāo)點(diǎn)程序，然后傳輸給現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)來處理還原成待曝光的bitmap數(shù)據(jù)。其中，F(xiàn)PGA的處理主要涉及排序和填充兩個(gè)步驟。這兩個(gè)步驟中，排序是最消耗邏輯資源和時(shí)間的，排序的快慢直接影響矢量圖的填充速度及所使用的FPGA的價(jià)格。而對(duì)于非自相交多邊形填充，最大的難度就是掃描線與多邊形交點(diǎn)的計(jì)算與排序，如何簡化排序過程是填充方法的關(guān)鍵因素之一。

現(xiàn)行的基于FPGA的填充算法僅能實(shí)現(xiàn)三角形和四邊形的填充，而對(duì)于非自相交多邊形填充，為了簡化FPGA填充的難度，多數(shù)方案選擇是由計(jì)算機(jī)對(duì)多邊形進(jìn)行三角化或直角梯形化，大大增加了計(jì)算機(jī)的處理難度和計(jì)算量。存在一種進(jìn)步的算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)凸多邊形進(jìn)行填充。但在實(shí)際環(huán)境中，多邊形多數(shù)是非自相交凹多邊形。因此開發(fā)基于FPGA對(duì)非自交任意多邊形的填充算法，不僅可以簡化計(jì)算的處理，也可以充分利用FPGA的計(jì)算效率，大大提升生產(chǎn)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有FPGA填充算法中排序復(fù)雜、資源消耗大和排序時(shí)間長的不足，以及現(xiàn)有基于FPGA的填充算法無法直接填充凹多邊形的不足，提供一種快速的在FPGA中填充任意非自相交多邊形的方法。

本發(fā)明僅針對(duì)非自相交多邊形，即除多邊形的頂點(diǎn)外，多邊形的各邊無其他交點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種在FPGA中填充非自相交多邊形的填充方法，包括如下步驟：

(1)坐標(biāo)獲取步驟，獲取多邊形各頂點(diǎn)的Y坐標(biāo)值，得出各頂點(diǎn)的Y坐標(biāo)值的最大值點(diǎn)Ymax、最小值點(diǎn)Ymin以及非極值點(diǎn)，并對(duì)多邊形各邊進(jìn)行編號(hào)。

(2)交點(diǎn)計(jì)算步驟，獲取Y=Ymin的直線與多邊形各邊的交點(diǎn)的X坐標(biāo)值并記錄交點(diǎn)個(gè)數(shù)以及交點(diǎn)所在邊的編號(hào)。

(3)交點(diǎn)排序及邊排序步驟，對(duì)交點(diǎn)的X坐標(biāo)值進(jìn)行排序，然后按照X值由小到大的順序?qū)稽c(diǎn)進(jìn)行交點(diǎn)排序，并對(duì)交點(diǎn)所在邊依據(jù)交點(diǎn)排序的順序進(jìn)行邊排序，記錄邊排序后各個(gè)邊編號(hào)的順序。

(4)組合填充步驟，對(duì)排序后的交點(diǎn)從x值最小的交點(diǎn)開始每兩個(gè)組合為一組，每個(gè)交點(diǎn)不重復(fù)參加組合，同一組的兩個(gè)交點(diǎn)之間進(jìn)行填充，其余位置不填充。

(5)條件判斷步驟，令Y=Y+1，判斷Y是否大于Ymax。

若Y>Ymax時(shí)結(jié)束填充過程。

若Y不大于Ymax，則返回并執(zhí)行交點(diǎn)計(jì)算步驟，然后進(jìn)行極值點(diǎn)判斷：

若交點(diǎn)中不存在非極值點(diǎn)的頂點(diǎn)或交點(diǎn)中存在非極值點(diǎn)的頂點(diǎn)但該頂點(diǎn)擁有的兩條邊均在當(dāng)前Y直線的同一側(cè)時(shí)，則執(zhí)行交點(diǎn)排序及邊排序步驟及之后的步驟，直至Y>Ymax時(shí)結(jié)束填充過程；

若交點(diǎn)中存在非極值點(diǎn)的頂點(diǎn)且該頂點(diǎn)擁有的兩條邊在當(dāng)前Y直線的兩側(cè)時(shí)，則進(jìn)行交點(diǎn)合并及邊替換，然后執(zhí)行交點(diǎn)排序及邊排序步驟及之后的步驟，直至Y>Ymax時(shí)結(jié)束填充過程。

其中，當(dāng)Y>Ymin且Y≤Ymax時(shí)，所述交點(diǎn)排序及邊排序步驟存在簡化算法，所述簡化算法首先對(duì)當(dāng)前Y直線與多邊形的交點(diǎn)個(gè)數(shù)與上一次記錄的交點(diǎn)個(gè)數(shù)進(jìn)行比較，然后根據(jù)交點(diǎn)個(gè)數(shù)變化的情況執(zhí)行相應(yīng)簡化算法：

當(dāng)交點(diǎn)個(gè)數(shù)與上一次記錄的交點(diǎn)個(gè)數(shù)相同，且上一次記錄的交點(diǎn)不存在極值點(diǎn)的頂點(diǎn)，則交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的邊順序就是本次交點(diǎn)排序的順序；

當(dāng)交點(diǎn)個(gè)數(shù)與上一次記錄的交點(diǎn)個(gè)數(shù)相同，且上一次記錄的交點(diǎn)存在極值點(diǎn)的頂點(diǎn)，則對(duì)極值點(diǎn)的頂點(diǎn)具有的兩條邊按照對(duì)應(yīng)交點(diǎn)的排序順序進(jìn)行排序，然后將所述兩條邊排序的結(jié)果作為整體參與邊排序。更優(yōu)選的方法是：若所述兩條邊排序的結(jié)果保持與上一次記錄的邊排序結(jié)果中此兩條邊的排序順序一致時(shí)，則無需進(jìn)行邊排序，上一次記錄的邊排序結(jié)果即為本次的邊排序結(jié)果；若排序結(jié)果不一致，只需要將上一次記錄的邊排序結(jié)果中此兩條邊的排序順序交換，即是本次的邊排序結(jié)果。

當(dāng)交點(diǎn)個(gè)數(shù)比上一次記錄的交點(diǎn)個(gè)數(shù)多時(shí)，對(duì)交點(diǎn)進(jìn)行排序，以交點(diǎn)排序的結(jié)果作為交點(diǎn)所在的邊的排序結(jié)果，將此交點(diǎn)所在的邊的排序結(jié)果作為整體參與邊排序；

當(dāng)交點(diǎn)個(gè)數(shù)比上一次記錄的交點(diǎn)個(gè)數(shù)少時(shí)，將減少的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的邊從邊排序的序列中刪除，剩余的邊排序的序列保持不變，邊排序的結(jié)果是對(duì)應(yīng)交點(diǎn)的排序順序。

其中，所述交點(diǎn)合并的方法是：將非極值點(diǎn)的頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)交點(diǎn)合并為一個(gè)，然后進(jìn)行交點(diǎn)排序。

其中，所述邊替換的方法是：使用非極值點(diǎn)的頂點(diǎn)擁有的兩條邊中在當(dāng)前Y直線未填充一側(cè)的邊替換當(dāng)前Y直線已填充一側(cè)的邊參與邊排序。

以上填充方法適用于任意邊數(shù)的非自相交多邊形。

本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明涉及一種在FPGA中填充非自相交多邊形的填充方法，與現(xiàn)有的算法相比，本發(fā)明的方法填充過程簡單，填充速度快。尤其本發(fā)明的填充方法中有關(guān)排序的處理算法，視交點(diǎn)個(gè)數(shù)變化的情況采用簡化的排序方法，大大降低填充過程中中交點(diǎn)的排序運(yùn)算量，極大地提高了填充速度。此外，本發(fā)明的方法不僅適應(yīng)于在FPGA中填充，也適用于在CPU中填充，可以有效降低CPU的時(shí)間成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的在FPGA中填充非自相交多邊形的填充方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的填充過程若干Y直線與多邊形交點(diǎn)的示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的填充過程的組合填充示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整地描述。

本發(fā)明提供一種在FPGA中填充非自相交多邊形的填充方法，如附圖1所示，本發(fā)明的填充方法，包括如下步驟：

(1)坐標(biāo)獲取步驟：獲取多邊形各頂點(diǎn)的Y坐標(biāo)值，得出各頂點(diǎn)的Y坐標(biāo)值的最大值點(diǎn)Ymax、最小值點(diǎn)Ymin以及非極值點(diǎn)，并對(duì)多邊形各邊進(jìn)行編號(hào)。

(2)交點(diǎn)計(jì)算步驟：獲取Y=Ymin的直線與多邊形各邊的交點(diǎn)的X坐標(biāo)值并記錄交點(diǎn)個(gè)數(shù)以及交點(diǎn)所在邊的編號(hào)。

(3)交點(diǎn)排序及邊排序步驟：對(duì)交點(diǎn)的X坐標(biāo)值進(jìn)行排序，然后按照X值由小到大的順序?qū)稽c(diǎn)進(jìn)行交點(diǎn)排序，并對(duì)交點(diǎn)所在邊依據(jù)交點(diǎn)排序的順序進(jìn)行邊排序，記錄邊排序后各個(gè)邊編號(hào)的順序。

(4)組合填充步驟：對(duì)排序后的交點(diǎn)從x值最小的交點(diǎn)開始每兩個(gè)組合為一組，每個(gè)交點(diǎn)不重復(fù)參加組合，同一組的兩個(gè)交點(diǎn)之間進(jìn)行填充，其余位置不填充。

(5)條件判斷步驟：令Y=Y+1，判斷Y是否大于Ymax。

若Y>Ymax時(shí)結(jié)束填充過程。

若Y不大于Ymax，則返回并執(zhí)行交點(diǎn)計(jì)算步驟，然后進(jìn)行極值點(diǎn)判斷：

若交點(diǎn)中不存在非極值點(diǎn)的頂點(diǎn)或交點(diǎn)中存在非極值點(diǎn)的頂點(diǎn)但該頂點(diǎn)擁有的兩條邊均在當(dāng)前Y直線的同一側(cè)時(shí)，則執(zhí)行交點(diǎn)排序及邊排序步驟及之后的步驟，直至Y>Ymax時(shí)結(jié)束填充過程；

若交點(diǎn)中存在非極值點(diǎn)的頂點(diǎn)且該頂點(diǎn)擁有的兩條邊在當(dāng)前Y直線的兩側(cè)時(shí)，則進(jìn)行交點(diǎn)合并及邊替換，然后執(zhí)行交點(diǎn)排序及邊排序步驟及之后的步驟，直至Y>Ymax時(shí)結(jié)束填充過程。

以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例。

實(shí)施例1

附圖2(a)是本實(shí)施例待填充的多邊形ABCDEFG，對(duì)此多邊形的填充方法過程如下：

(1)坐標(biāo)獲取。獲取多邊形ABCDEFG各頂點(diǎn)Y坐標(biāo)值的最大值、最小值和非極值點(diǎn)，如圖2(a)所示，A點(diǎn)為極小值點(diǎn)，即；F點(diǎn)為極大值點(diǎn)，即。B、C、D、E、G點(diǎn)為非極值點(diǎn)。對(duì)多邊形ABCDEFG各邊編號(hào)，記為AB、BC、CD、DE、EF、FG、GA。

(2)交點(diǎn)計(jì)算。計(jì)算的直線與多邊形ABCDEFG的交點(diǎn)，如圖2(b)所示，交點(diǎn)分別是和，交點(diǎn)個(gè)數(shù)為2，交點(diǎn)所在的邊分別是AG和AB。

(3)交點(diǎn)排序及邊排序。比較和值的大小，，因此交點(diǎn)排序任意；邊的排序?yàn)锳G、AB、BC、CD、DE、EF、FG或AB、AG、BC、CD、DE、EF、FG。

(4)組合填充。對(duì)排序后的交點(diǎn)從X值最小的交點(diǎn)開始每兩個(gè)組合為一組，每個(gè)交點(diǎn)不重復(fù)參加組合，同一組的兩個(gè)交點(diǎn)之間進(jìn)行填充，其余位置不填充。如圖3(a)所示，即對(duì)和之間進(jìn)行填充。

(5)進(jìn)行條件判斷。令，如圖2(c)直線，判斷得知，則返回交點(diǎn)計(jì)算步驟，計(jì)算直線與多邊形ABCDEFG的交點(diǎn)，交點(diǎn)分別是和，交點(diǎn)個(gè)數(shù)為2，交點(diǎn)所在的邊分別是AG和AB。交點(diǎn)中無非極值點(diǎn)的頂點(diǎn)，因此直接進(jìn)行交點(diǎn)排序及邊排序。

(6)交點(diǎn)排序及邊排序(簡化算法)。由于滿足且，因此可使用交點(diǎn)排序及邊排序的簡化算法。通過對(duì)當(dāng)前Y直線與多邊形的交點(diǎn)個(gè)數(shù)與上一次記錄的交點(diǎn)個(gè)數(shù)進(jìn)行比較，交點(diǎn)個(gè)數(shù)保持不變，且上一次記錄的交點(diǎn)存在極值點(diǎn)的頂點(diǎn)，選用方案二，對(duì)上一次極值點(diǎn)的頂點(diǎn)具有的兩條邊AG和AB按直線與交點(diǎn)的X坐標(biāo)值從小到大排序排序。

首先對(duì)兩個(gè)交點(diǎn)和排序，，則AG和AB的排序順序?yàn)锳G、AB。

如果上次邊排序的結(jié)果為AG、AB、BC、CD、DE、EF、FG，則此次AG和AB的排序順序保持與上一次記錄的邊排序結(jié)果中AG和AB的排序順序一致時(shí)，上一次記錄的邊排序結(jié)果即為本次的邊排序結(jié)果，即AG、AB、BC、CD、DE、EF、FG。

如果上次邊排序的結(jié)果為AB、AG、BC、CD、DE、EF、FG，則此次AG和AB的排序順序保持與上一次記錄的邊排序結(jié)果中AG和AB的排序順序不一致，因此將上一次記錄的邊排序結(jié)果中AG和AB的排序順序交換即是本次的邊排序結(jié)果，即AG、AB、BC、CD、DE、EF、FG。

邊排序的結(jié)果作為交點(diǎn)排序的結(jié)果，即。

(7)組合填充。如圖3(b)所示，對(duì)和之間進(jìn)行填充。

(8)進(jìn)行條件判斷。令，，判斷新的Y直線與的關(guān)系，只要，則返回進(jìn)行交點(diǎn)計(jì)算步驟，然后循環(huán)進(jìn)行步驟(6)和(7)，直至?xí)r結(jié)束填充過程。

以下對(duì)于填充過程中一些特殊的Y直線位置進(jìn)行進(jìn)一步地闡述。

當(dāng)時(shí)，如圖2(d)所示，Y直線與多邊形ABCDEFG的交點(diǎn)個(gè)數(shù)發(fā)生了變化，變?yōu)榱?個(gè)，而的直線與多邊形的個(gè)數(shù)是兩個(gè)。計(jì)算直線與多邊形ABCDEFG的交點(diǎn)，交點(diǎn)分別是、、、，交點(diǎn)所在的邊對(duì)應(yīng)是AG、AB、BC、CD。對(duì)交點(diǎn)、、、按X值從小到大進(jìn)行排序，,對(duì)應(yīng)的邊的排序是AG、AB、BC、CD，將其作為整體參與邊排序，邊排序結(jié)果是AG、AB、BC、CD、DE、EF、FG。

組合填充時(shí)將和之間和和之間進(jìn)行填充，和之間則不填充，填充示意圖如圖3(c)所示。

如圖2(e)所示，當(dāng)時(shí)，直線與多邊形ABCDEFG的交點(diǎn)中出現(xiàn)了非極值點(diǎn)的頂點(diǎn)G，且該頂點(diǎn)G擁有的兩條邊AG和GF在當(dāng)前Y直線的兩側(cè)，因此進(jìn)行交點(diǎn)合并及邊替換。

交點(diǎn)合并的方法是：將非極值點(diǎn)的頂點(diǎn)G對(duì)應(yīng)的兩個(gè)交點(diǎn)和合并為一個(gè)，然后進(jìn)行交點(diǎn)排序，交點(diǎn)排序的結(jié)果是、、、、、。

邊替換的方法是：使用非極值點(diǎn)的頂點(diǎn)G擁有的兩條邊AG和GF中在當(dāng)前Y直線未填充一側(cè)的邊GF替換當(dāng)前Y直線已填充一側(cè)的邊AG參與邊排序。邊排序的結(jié)果是GF、AB、BC、EF、ED、CD。

組合填充時(shí)，將和之間、和之間以及和之間進(jìn)行填充，和之間以及和之間不填充，填充示意圖如圖3(d)所示。

當(dāng)時(shí)，如圖2(f)所示，Y直線與多邊形ABCDEFG的交點(diǎn)個(gè)數(shù)減少為4個(gè)。此時(shí)四個(gè)交點(diǎn)分別是、、、，減少的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的邊是AB和BC。將AB和BC從上一次記錄的邊排序的序列GF、AB、BC、EF、ED、CD中刪除，得到本次邊排序的結(jié)果為GF、EF、ED和CD，對(duì)應(yīng)交點(diǎn)的排序順序是、、、。

組合填充時(shí)，將和之間和和之間進(jìn)行填充，和之間則不填充，填充示意圖如圖3(e)所示。

當(dāng)時(shí)，如圖2(g)所示，Y直線與多邊形ABCDEFG的交點(diǎn)個(gè)數(shù)減少為2個(gè)。此時(shí)四個(gè)交點(diǎn)分別是、，減少的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的邊是ED和CD。將ED和CD從上一次記錄的邊排序的序列GF、EF、ED和CD中刪除，得到本次邊排序的結(jié)果為GF、EF，對(duì)應(yīng)交點(diǎn)的排序順序是、。

組合填充時(shí)，將和之間，填充示意圖如圖3(f)所示。

和的填充過程相似，如圖2(h)和圖3(g)所示。時(shí)的填充完成后，執(zhí)行條件判斷，令，此時(shí)新的Y大于，填充過程結(jié)束。

以上應(yīng)用具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)闡述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。同時(shí)，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。因此，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。