oasis文件中的数据类型

 

Chapter 1   oasis文件简介

oasis是用来表示光刻版图的一种文件格式，上面记录了光刻图案。作为gdsii文件的替代格式，和gdsii类似是一种流格式的文件。一般性的介绍可以google到。这里就不再累述。

这篇文档，是对参考文献【1】的注释和部分翻译。第一为了方便阅读，对文献【1】中的一些概念和例子进行了解读说明；第二对文献【1】中容易忽略和混淆的地方进行了强调，对没有明确的但可以从其他地方推断出来的一些内容进行了明确。

Chapter 2   oasis文件格式

是一种二进制流的文件格式。它采用变形的BNF语法来描述文件格式，BNF语法见参考文献【1】中36.1节，oasis文件格式的描述见参考文献【1】中36.2节。这里不对那些内容进行重复叙述，只对文件进行部分说明强调。

1.   <magic-bytes> 按照标准是"%SEMI-OASIS<CR><NL>"，但是各个厂商可能会有不同，可能厂商会加上自己的log。程序中出现了" BROA "作为oasis文件格式的开头字段。

2.   特别注意<geometry>、<element>和<name>字段中的大括号中的域是不能重复出现的，而<cell>和<oasis-file>中的大括号中的字段是可以重复出现的。在解析的时候要特别注意这点。

3.   注意到<oasis-file>中，除了自己的关键字START、CBLOCK、PAD和PROPERTY以外，还有两个内嵌的结构，就是<cell>和<name>。 其中<cell>中，第一个出现的字段是CELL，每一个<cell>中CELL会且仅会出现一次。因此可以把CELL作为第二层解析的入口。而<name>中，由于这些关键字跟其他部分都不重复，而且在一个<name>中仅都只能出现一次，所以可以直接放在第一层解析。 具体可以参见第五章。

Chapter 3   oasis数据类型

不同于普通的计算机编程语言的数据格式，oasis作为一种流格式文件，有自己的数据类型表示方法。这些在参考文献【1】中的第七章进行了说明。这里对其中内容进行部分说明，以便方便查阅。 一共有下面几种类型的数据格式：

Table 1 oasis数据格式

类型		长度	其他说明
bytes		8bit	最低位bit放在最右边
integers	unsigned-integer	不定，N个byte，8个bits中只有7bits表示实际数据，每个byte最高一个bit表示后面是否还有数据。0表示自己是最后一个byte。	最低位byte放在oasis文件的最前面
	signed-integer	不定，N个byte，8个bits中只有7bits表示实际数据，每个byte最高一个bit表示后面是否还有数据。0表示自己是最后一个byte。符号位放在最低位byte（文件中最先出现的byte）的最后一位（bit）：0表示正，1表示负。	最低位byte放在oasis文件的最前面
real		不定。有8种表示方式。由一个unsigned-integer的数据来表示采用何种表达方式。	表示数据表达方式的unsigned-integer数据出现在文件的最前面。接着它后面才是实际要表达的数值。
string		由一个unsigned-integer的数据来表示string的长度	unsigned-integer数据出现在文件最前面。string可以分成b-string, a-string和n-string三类
deltas		delta是用来表示方向和长度的一种数据类型。分成4类。各类长度不一样。	在oasis文件中，这种数据的第一个出现的字节的最后几个bit是表示方向。 后面具体描述。
repetitions		用来表示重复出现的各个图形的位置的一种数据类型。也分成多类，各类长度不一。	在后面具体说明
point lists		利用这个数据结构就可以画出图形。但这个数据结构本身不包括画图的起始位置信息。而在其他地方确定。是一串delta信息，用来表示各条边的长度和方向。 图形的顶点越多，长度越长。	在后面具体说明。
property value		由一个unsigned-integer表示类型，加上后面的property value 值构成。	各种类型的属性，value值不一样，但都比较简单。可以参看参考文献的7.8节table9。

3.1   integers类型说明

3.1.1   unsigned-integer

unsigned-integer的长度不确定，是由自己的值来确定的，如果数据长度有N个byte，每个byte的8个bits中只有7bits表示实际数据，最高一个bit表示后面是否还有数据。 0表示自己是最后一个byte。最低位byte放在oasis文件的最前面。

举个例子就清楚了。

十进制的16383：

正常的2进制表示是：11,1111,1111,1111，一共14个1。

在oasis文件中，由于只有7位能代表实际的数，所以我们把它写成x111,1111,y111,1111。还是14个1。但中间插入了一个x和y用来表示是否后面还有数据。由于低字节优先，所以我们写成y111,1111,x111,1111。然后将y变成1，x变成0。所以最后在oasis文件中的表示是1111，1111，0111，1111。

十进制的16384：

正常的2进制表示是：100,0000,0000,0000，1后面一共14个0。

在oasis文件中，由于只有7位能代表实际的数，所以我们把它写成x000,0001,y000,0000,z000,0000。1后面还是14个0。但中间插入了一个x、y和z用来表示是否后面还有数据。由于低字节优先，所以我们写成z000,0000,y000,0000, x000,0001。然后将z变成1，y变成1，x变成1，。 所以最后在oasis文件中的表示是1000,0000,1000,0000, 0000,0001。

3.1.2   signed-integer

知道了unsigned-integer以后，再变signed-integer就简单了。还是举两个例子。

十进制的8191，

正常的2进制表示是： 1,1111,1111,1111，一共13个1。

在oasis文件中，由于第一个byte只有6位能代表实际的数，后面的byte有7位能代表实际的数。所以我们把它写成x111,1111,y111,111z。还是13个1。但中间插入了一个x和y用来表示是否后面还有数据，插入了一个z作为符号位。由于低字节优先，所以我们写成y111,111z,x111,1111。然后将y变成1，x变成0。由于是正数，所以z为0。所以最后在oasis文件中的表示是1111，1110，0111，1111。

十进制的-8192，

先表示十进制的8192，正常的2进制表示是： 10,0000,0000,0000，1后面一共13个0。

在oasis文件中，由于第一个byte只有6位能代表实际的数，后面的byte有7位能代表实际的数。所以我们把它写成m000,0001,x000,0000,y000,000z。1后面还是13个0。但中间插入了一个x和y用来表示是否后面还有数据，插入了一个z作为符号位，前面补了一个m。由于低字节优先，所以我们写成y000,000z,x000,0000,m000,0001。然后将y变成1，x变成1，m变成0。由于是负数，所以z为1。所以最后在oasis文件中的表示是1000,0001,1000,0000,0000,0001。

3.2   real类型说明

real的数据类型是一个复合的数据类型，它由一个unsigned-integer的类型做为开头，后面加上若干个unsigned-integer或者1个ieee4 float或者1个ieee8 float的数据类型来组成。目前，它只定义了8种类型格式，从0到7。

Table 2 real数据类型说明

类型格式	含义
0+unsigned-integer	是一个正的实数，实数的值就等于后面unsigned-integer
1+unsigned-integer	是一个负的实数，实数的绝对值就等于后面unsigned-integer
2+unsigned-integer	是一个正的实数，实数的值就等于后面unsigned-integer的倒数。
3+unsigned-integer	是一个负的实数，实数的绝对值就等于后面unsigned-integer的倒数。
4+unsigned-integer1+ unsigned-integer2	是一个正的实数，实数的值就等于（unsigned-integer1/ unsigned-integer2）。(做除数)
5+unsigned-integer1+ unsigned-integer2	是一个负的实数，实数的绝对值等于（unsigned-integer1/ unsigned-integer2）。(做除数)
6+IEEE-4-byte-float	表示后面是IEEE-4-byte-float的数据格式
7+IEEE-8-byte-float	表示后面是IEEE-8-byte-float的数据格式

在参考文献【1】中的第7.3.2节的table 4中，各个数值的计算就可以根据上表中的说明计算出来。

3.3   string类型说明

string数据类型是一个复合的数据类型，它由一个表示字符串长度的unsigned-integer类型数据做为开头，后面加上真正的字符串。

字符串可以分成三种：b-string(binary string)， a-string(ascii string)和 n-string (name string).

3.4   delta类型说明

delta是代表几何数据。简单来说就是delta类型的数据中存放有长度和方向的信息。 其中分成4种：1-delta, 2-delta, 3-delta和g-delta。分别进行说明

3.4.1   1- delta

1-delta是一种signed-integer的数据结构，其中signed-integer中的符号位就用来表示方向了；singed-integer中的表示数值的部分就用来表示长度。

我们举个例子。比如二进制的 1 111,100 1 , 0 010, 0011。其中第一个方框中的 1 和singed-integer的含义一样，表示后面还有数据。第二个方框中的 1 在signed-integer中表示正负符号，这里就表示方向，1表示向西或者向南（在正交坐标系中表示x和y轴的负方向，具体是x轴还是y轴由这个值出现的当前的场景来确定）。第三个框中的 0 表示这是这个signed-integer数据的最后一个byte。这个数据的长度是二进制的010,0011, 111, 100（去掉框内的数值，然后前后byte调转位置），这就是十进制的2300。因此这个数值就是表示向西（或者向南）画2300长度的一条线。

3.4.2   2- delta

2-delta是一种unsigned-integer的数据结构，其中unsigned-integer中的最低2bits（在oasis文件中最先出现的byte中的最低2bits）用来表示方向了，其他部分表示数值的大小，数值的大小就用来表示长度。

我们举个例子。比如二进制的 1 001,10 00 , 0 010, 1010。其中第一个方框中的 1 和unsinged-integer的含义一样，表示后面还有byte表示同一个unsigned-integer数据。第二个方框中的 00 这里就表示方向，00表示向东（在正交坐标系中表示x正方向，01表示向北，10表示向西，11表示向南）。第三个框中的 0 表示这是这个unsigned-integer数据的最后一个byte。这个数据的长度是二进制的010,1010, 001, 10（去掉框内的数值，然后前后byte调转位置），这就是十进制的1350。因此这个数值就是表示向东（就是从当前位置，向x轴正方向）画长度1350的一条线。

3.4.3   3- delta

3-delta是一种unsigned-integer的数据结构，其中unsigned-integer中的最低3bits（在oasis文件中最先出现的byte中的最低3bits）用来表示方向了，其他部分表示数值的大小，数值的大小就用来表示x轴和y轴的偏移长度。

我们举个例子。比如二进制的 1 100,1 10 1 , 0 000, 0001。其中第一个方框中的 1 和unsinged-integer的含义一样，表示后面还有byte表示同一个unsigned-integer数据。第二个方框中的 101 这里就表示方向，101表示西北方向（在正交坐标系中表示135度角的一条线，000表示向东，001向北，010表示向西，011表示向南，100表示东北方向，110表示西南方向，111表示东南方向）。第三个框中的 0 表示这是这个unsigned-integer数据的最后一个byte。这个数据的长度是二进制的000,0001, 100, 1（去掉框内的数值，然后前后byte调转位置），这就是十进制的25。因此这个数值就是表示向西北方向（就是从当前位置，向135度角方向）画长度为sqrt(25*25+25*25)的一条线（x轴偏移25，y轴偏移25）。

3.4.4   g- delta

g-delta有两种形式，一种是用一个单一的unsigned-integer的数据来表示；第二种是用一对unsigned-integer的数据来表示。如果g-delta数据在文件中第一个出现的字节的最低位（bit0）是0，表示第一种类型的g-delta数据；如果是1，表示第二种类型的g-delta数据。

3.4.4.1   g- delta 第一种类型

如果是第一种类型，只用一个unsigned-integer类型表示g-delta的类型。unsigned-integer的在文件中出现的第一个字节的倒数第2到第4个bit（bit1到bit3）一共3个bits用来表示方向，同3-delta的形式。

举个例子，二进制的 1 110， 110 0 ， 0 000，0101。其中第二个方框中的 0 表示这是第一种类型的g-delta格式，第一个方框中的 1 和unsinged-integer的含义一样，表示后面还有byte表示同一个unsigned-integer数据。划下划线的 110 这里就表示方向，110表示西南方向（在正交坐标系中表示135度角的一条线，000表示向东，001向北，010表示向西，011表示向南，100表示东北方向，101表示西北方向，110表示西南方向，111表示东南方向）。第三个框中的 0 表示这是这个unsigned-integer数据的最后一个byte。这个数据的长度是二进制的000,0101, 110（去掉打框的和加下划线的数值，然后前后byte调转位置），就是十进制的46。整个数据的含义就是沿西南方向画一条长度为sqrt(46×46+46×46)的线（也是就是将x轴坐标减少46，y坐标减少46，将这个点作为顶点，和原来坐标点相连画一条直线）。

3.4.4.2   g- delta 第二种类型

如果是第二种类型，则用两个unsigned-integer的数据来表示。第一个unsigned-integer在文件中的第一个byte的最低bit（bit0）必须为1，第一个byte的倒数第二个bit（bit1）表示x轴的方向，其它bit表示长度。第二个unsigned-integer在文件中的第一个byte的最低bit（bit0）表示y轴的方向，其它bit表示长度。因此，它能够表示任何方向的线段。 只有这种数据能够表示任何方向任何角度的线段，其它delta的类型都只能表示45度或者90度方向的线段。

举个例子，二进制的 1 011,10 1 1 , 0 000,0001， 1 011,011 1 , 0 000,1111。

其中第二个方框中的 1 表示这是第二种类型的g-delta格式，第一个方框中的 1 和unsinged-integer的含义一样，表示后面还有byte表示同一个unsigned-integer数据。划下划线的 1 这里就表示方向，1表示向西（x轴负方向，0表示向东）。 第三个框中的 0 表示这是第一个unsigned-integer数据的最后一个byte。这个数据的长度是二进制的000,0001, 011，10（去掉打框的和加下划线的数值，然后前后byte调转位置），就是十进制的46。整个数据的含义就是x轴沿负方向减少长度46，取一条和y轴平行的直线。后面y轴也取一条和x轴平行直线，两者相交得到一个点。整个delta就是从当前位置到这个点画一条直线。

第四个方框中的 1 和unsinged-integer的含义一样，表示后面还有byte表示同一个unsigned-integer数据。第六个框中的 0 表示这是第二个unsigned-integer数据的最后一个byte。第五个框中的 1 就表示方向，1表示向南（y轴负方向，0表示向北）。 整个数据的含义就是y轴沿负方向减少长度46，取一条和x轴平行的直线。

3.5   repetitions类型说明

在光刻版图中，一个相同的图形常常在多个位置重复出现。repetition就用来表示图形重复出现的位置。repetitions其本质是分成三部分，第一部分表示类型，用一个unsigned-integer的数据来表示，一共有12种类型；第二部分表示维数，就是参考文献【1】中7.6节中table6中的dimension，它表示了这个图形重复出现的次数；第三部分是表示位置，就是各个重复出现的图形应该出现在版图中的哪个位置，就是参考文献【1】中7.6节中table6中的space和displacement。

这里先对modal variable进行说明。modal variable类似于文件中的内置的全局变量 ， 存储着比如element的放置位置、间隔等信息。当 解析一个新的element的时候，element的相关值会 存在这些变量里面，后面的element如果不明确指定这些值，就用前面element的值来作为自己的值。 由于文件中很多数据是相同的，所以后面的记录(record)中的参数，可能跟前面的一样，所以它就可以省略这些参数，直接将前面record的参数 作为 自己的参数，从而提高文件的压缩性。

Table 3 repetitions类型说明

类型	format	位置坐标
0	见文献【1】中7.6节中table6	重复上一次repetition的数据。根据上一次repetition的类型和数据来重复本图形的计算。比如上次是类型1的repetition，那么现在也是类型1的repetition，并且dimension和space参数也相同
1	同上	x-dimension=N-2, y-dimension=M-2. 生成一个N列M行的矩阵，矩阵中每个元素表示一个重复的图案。元素 element(i , j )（i=0 , ... , N-1， j= 0, ..., M-1） 的位置 为（i*x-space, j*y-space）。 用来生成x轴和y轴平行的重复图案。
2	同上	x-dimension=N-2， 生成一个 N 列 1 行的矩阵。矩阵中每个元素表示一个重复的图案。元素 element(i)（i=0 , ... , N-1） 的位置 为（i*x-space, 0）。 用来生成和x轴平行的重复图案。
3	同上	y -dimension= M -2， 生成一个 1 列 M 行的矩阵。矩阵中每个元素表示一个重复的图案。元素 element(j)（j=0 , ... , M-1） 的位置 为（0, j*y-space）。 用来生成和y轴平行的重复图案。
4	同上	x-dimension=N-2， 生成一个 N 列 1 行的矩阵。矩阵中每个元素表示一个重复的图案。元素 element(i)（i=0 , ... , N-1） 的位置 为（x-space0+ x-space1+...+ x-spacei, 0），其中x-space0=0。 用来生成和x轴平行的重复图案。
5	同上	跟类型4类似， x-dimension=N-2， 生成一个 N 列 1 行的矩阵。矩阵中每个元素表示一个重复的图案。元素 element(i)（i=0 , ... , N-1） 的位置 为（grid*(x-space0+ x-space1+...+ x-spacei), 0），其中x-space0=0。 用来生成和x轴平行的重复图案。
6	同上	y -dimension= M -2， 生成一个 1 列 M 行的矩阵。矩阵中每个元素表示一个重复的图案。元素 element(j )（j=0 , ... , M-1） 的位置 为（0, y-space0+ y-space1+...+ y-spacej），其中y-space0=0。 用来生成和y轴平行的重复图案。
7	同上	跟类型6类似，y -dimension= M -2， 生成一个 1 列 M 行的矩阵。矩阵中每个元素表示一个重复的图案。元素 element(j )（j=0 , ... , M-1） 的位置 为（0, gird*(y-space0+ y-space1+...+ y-spacej) ），其中y-space0=0。 用来生成和y轴平行的重复图案。
8	同上	n-dimension=N-2, m-dimension=M-2. n-displacement（m-displacement 类似这样处理 ） 是 g-delta 类型的数据 ， 含有长度和方向信息 ， 可以把 g-delta 数据分成两部分 nx-space 和 ny-space， 分表表示 x 轴方向的偏移和 y 轴方向的偏移。 g-delta 可以表示任意角度的方向。 整个数据生成一个N列M行的矩阵，矩阵中每个元素表示一个重复的图案。元素 element(i , j )（i=0 , ... , N-1， j= 0, ..., M-1） 的位置 为（i*nx-space+j*mx-space, i*ny-space+j*my-space）。 用来生成沿对角方向（不一定是45度角）的重复图案。
9	同上	dimension= P -2， 生成一个 P 维的向量。向量中每个元素表示一个重复的图案。元素 element(k)（k=0 , ... , P-1） 的位置 为（k*x-space, k*y-space）， 用来生成沿对角方向的P维重复图形的图案。
10	同上	dimension= P -2， 生成一个 P 维的向量。向量中每个元素表示一个重复的图案。元素 element(k)（k=0 , ... , P-1） 的位置 为（x-space0+x-space1+...+x-spacek, y-space0+y-space1+...+y-spacek）， 它可以用来生成沿任何方向任何位置的P维重复图形的图案。
11	同上	跟类型10类似， dimension= P -2， 生成一个 P 维的向量。向量中每个元素表示一个重复的图案。元素 element(k)（k=0 , ... , P-1） 的位置 为 （grid*（x-space0+x-space1+...+x-spacek）, grid * （ y-space0+y-space1+...+y-spacek））， 它可以用来生成沿任何方向任何位置的P维重复图形的图案。

 

 

3.6   point lists类型说明

point list数据类型是用来画图形的，他可以画出边为直线的任意多边形的图形。point lists有五种类型。其结构可以分成三部分：第一部分表示类型，就是point list 类型；第二部分表示顶点的个数，用一个unsigned-integer类型表示；第三部分用delta表示多边形的边长度以及方向，由一串delta构成，每一个delta表示了多边形的一条边。

图形的起始位置并不包含在point lists数据结构中，图形的起始位置由POLYGON记录和PATH记录中的相关信息给出。

这里不对point list五种类型的数据格式进行具体说明，可以参考参考文献【1】中的7.7.1节中的table7。这里只对表中特别容易混淆或者不清楚的地方进行一些说明。

(1)   表中的vertex-count并不是表示顶点的个数，而是表示后面delta类型的数据的个数。有些多边形的边并不需要用delta来表示，比如最后一条边，总可以将起始顶点和最后顶点直接相连来得到。

(2)   表中所谓manhattan 就是指多边形图形的边只平行x轴或者y轴方向，而不会沿其他方向。

(3)   所谓octangular是指多边形的边只平行x轴或者y轴方向，或者与他们形成45度角方向，而不会沿其他方向。如果不是沿45度角认为出错。

(4)   all-angle则表示多边形的边可能沿任何角度任何方向。

我们可以看几个例子，就拿参考文献【1】中的7.7.7中table 8和figure 6为例子。figure 6和table8是对应的。我们拿type 3为例，其他类似就不重复了。 在Figure 6 中，（x,y）是表示画图的起始位置，虚线表示缺省暗示的线，不会在delta数据中体现出来。。

type3中，对应table 8中的bit pattern为00000011，00000100，00010101，00100001，00110000， 00010011。首先第一个byte为00000011值为3表示类型3，对应文献【1】中的7.7.1的table 7，可以看到后面是3-delta类型的数据。 第二个byte为00000100值为4，表示后面有4个3-delta的数据。第三个byte为00010101，对照3-delta的数据格式，可以看到这是一个沿西北方向的线，长度为二进制的1010，也就是十进制的10。第三个byte为00010101，对照3-delta的数据格式，可以看到这是一个沿西北方向的线，这个3-delta数值大小为二进制的10，也就是十进制的2，所以线的长度为sqrt(2×2+2×2)。第四个byte为00100001，对照3-delta的数据格式，可以看到这是一个向北方向的线，这个3-delta数值大小为二进制的100，也就是十进制的4，所以线的长度为sqrt(4×4+4×4)。以此类推，最后一条线是缺省暗示的，将最后的一个点和起始点相连即可得到最后的一条直线（图上的虚线）。

 

参考文档

[1] ftp://192.168.58.182/pub/Share/Brion%20Documents/OASISformat.pdf : SEMI P39-0304 OASIS - OPEN ARTWORK SYSTEM INTERCHANGE STANDARD,