[发明专利]一种基于CPCI总线设备板卡的热插拔电源管理装置

说明书

技术领域：

本发明提供一种基于CompactPCI(CPCI)总线设备板卡的热插拔电源管理装置。该装置的应用能够实现CPCI总线设备的高可用模式热插拔功能，当运行中的设备上某个板卡出现故障时，可以使系统在不断电的情况下，取出或更换故障设备而不影响整个系统的正常运行，在最大程度上降低问题设备、部件给系统带来的负面影响。其中涉及电子电路设计、热插拔电源管理、CPCI总线控制器的桥接应用以及FPGA的时序逻辑设计。属于电子设备、器件热插拔技术领域。

背景技术：

热插拔(Hot swapping and Hot plugging)即“带电插拔”，其含义在于允许用户在不关闭系统、不切断电源的情况下，可以及时取出和更换损坏的硬盘、电源或板卡等部件，同时做到不影响整个系统的正常运行，在最大程度上降低问题设备、部件给系统带来的负面影响，从而以此来大幅度提高系统对故障的及时恢复能力、可扩展性和使用灵活性。配合适当的软件，便可以在不用关闭电源的情况下插入或拔除支持热插拔的周边设备，而不会导致主机甚至周边设备烧毁，并且能够实时侦测及使用新的设备。相比日常接触到的随插即用(Plug-and-Play)类设备如USB等，CPCI总线设备的热插拔相对更复杂，对软硬件的要求包含物理层、硬件层以及软件层三个方面。

随着服务器应用的深入，尤其是在航空测试系统中，服务器所承受的负荷持续日渐加重，此外由于用户对网络的依赖性同步增长，进而使用户对服务器系统的稳定性要求较之从前也大幅度提高。如此一来，用户系统对于其它配件支持热插拔技术的需求日渐提升，服务器系统主要出现故障的配件不再仅仅是硬盘系统，而更多的情况下可能是内存、CPCI适配器、电源和风扇等。有时在部分高端多路处理器服务器系统和群集服务器系统中，甚至还需要系统支持CPU和服务器本身的热插拔功能。CPCI总线设备的热插拔技术在确保服务器系统可用性方面的应用已越来越重要，已成为服务器的一项标准配置技术。

发明内容：

1、目的：本发明的目的在于提供一种基于CPCI总线设备板卡的热插拔电源管理装置。该装置能够受控于局部总线控制器，当设备板卡接收到故障检测信号时可自动关闭板卡电源进而可以取出、更换板卡，同时不影响系统正常运行，进行更换和维修后再由控制器打开板卡电源，从而达到故障隔离、维护系统正常运行等功能。

2、技术方案：本发明——一种基于CPCI总线设备板卡的热插拔电源管理装置，使得板卡能够实现高可用模式的热插拔功能，同时具备实现热备份功能的硬件基础。本装置分为硬件部分和硬件辅助逻辑两部分，两者之间的关系是：硬件部分与辅助逻辑部分二者之间协同工作以实现总体功能，二者缺一不可。

该硬件部分包括基于PCI桥接管理器与FPGA逻辑控制器构成的CPCI局部总线架构、热插拔控制模块、外部应用电路及外部端口。其中PCI桥接管理器与FPGA逻辑控制器实现局部总线的管理以及与CPCI总线的通讯功能；热插拔控制模块实现由软件控制的板卡电源管理功能；外部应用电路及外部端口可按使用需要进行配置。硬件辅助逻辑部分为FPGA逻辑控制器的时序逻辑控制，用以进行局部总线管理并与CPCI总线进行信息交换，可管理、控制总线上各设备的热插拔和热备份功能。

(1)硬件部分：

一种基于CPCI总线设备板卡的热插拔电源管理装置的硬件部分，包括PCI总线桥接管理器与FPGA逻辑控制器构成的局部总线架构、热插拔控制模块和外部应用电路及外部端口，它们之间的连接关系、信号走向是：PCI总线桥接管理器桥连接至CPCI计算机总线，其局部总线桥连接至FPGA逻辑控制器，热插拔控制模块的电源连接至CPCI总线端并由其供电，同时该模块的控制端连接至FPGA逻辑控制器，外部应用电路及外部端口连接至FPGA逻辑控制器；装置硬件结构框图如图1所示。

所述PCI总线桥接管理器与FPGA逻辑控制器构成的局部总线架构由PCI9054桥接控制器芯片和EP2C8Q208C8N型号的FPGA逻辑控制器构成，其之间的关系是：PCI总线桥接管理器用于连通局部总线与CPCI总线的信息交换通道，转换总线数据；FPGA逻辑控制器控制局部总线，接收并执行CPCI总线给出的指令。该PCI9054芯片专用于PCI/CPCI总线的桥接控制，连通CPCI总线与局部总线并完成总线信息交换，该FPGA逻辑控制器用于管理局部总线时序、处理信息以及管理外部功能电路，FPGA逻辑控制器的配置芯片采用EPC4SI8N芯片，用于储存FPGA的时序逻辑程序，当设备板卡上电时自动向FPGA中下载程序。