[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

摘要

一种基于CPCI总线设备板卡的热插拔电源管理装置，它是由硬件和硬件辅助逻辑两部分组成，二者之间协同工作以实现总体功能，缺一不可。所述硬件部分，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，所述硬件辅助逻辑部分为FPGA的时序逻辑程序设计，它包含顶层模块与四个子模块的设计，顶层模块与四个子模块分别连接，四个子模块分别为电源控制管理模块、状态显示模块、局部总线写模块以及局部总线读模块；本发明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自动关闭板卡电源进而取出、更换板卡，不影响系统正常运行，从而达到故障隔离、维护系统正常运行的功能。

主权项

一种基于CPCI总线设备板卡的热插拔电源管理装置，其特征在于：它是由硬件和硬件辅助逻辑两部分组成，二者之间协同工作以实现总体功能，二者缺一不可；所述硬件部分，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，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；该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，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；该热插拔控制模块由热插拔控制器芯片MIC2580与场效应管IRF7413构成，场效应管IRF7413隔离并控制5V和3.3V电源通道，其控制端连接至热插拔控制器芯片MIC2580并由其控制；该MIC2580是专用于CPCI总线设备热插拔管理的控制芯片，设有5V、3.3V、12V和‑12V四个电源接口，当其中任一电源发生电流过载或供电不正常现象时即切断电源，同时通过ON#引脚的逻辑电平也控制四路电源的开启与关闭，芯片内部集成了12V和‑12V的场效应管电路，ON#引脚受控于FPGA逻辑控制器，由软件控制板卡设备的电源开启与关闭；该场效应管IRF7413受控于MIC2580芯片，用于减缓电源开启和关闭造成的电流冲击；该外部应用电路及外部端口包括外部功能电路，它包括16个光耦隔离芯片HCPL2531，构成16路输入、16路输出的数字量输入输出通道，根据设备板卡具体功能需求进行配置，由FPGA逻辑控制器进行管理与控制；所述硬件辅助逻辑部分为FPGA的时序逻辑程序设计，该硬件辅助逻辑部分包含顶层模块与四个子模块的设计，顶层模块与四个子模块分别连接，四个子模块并行工作，分别通过各自数据接口共享顶层模块上的数据，并根据接收到的控制命令读取或修改顶层模块中的数据；四个子模块分别为电源控制管理模块、状态显示模块、局部总线写模块以及局部总线读模块；该顶层模块用于协调整体时序逻辑、各模块间配合与协调以及各模块间输入输出接口，同时能够管理并计算数据，可集成管理板卡的外部功能；此外，顶层模块还具备管理板卡工作状态的功能，可监控板卡当前在总线上的识别状态、工作状态以及热插拔状态；该电源控制管理模块用于控制3.3V、5V、12V与‑12V的开启与关闭，当系统下达指令至FPGA逻辑控制器时，通过电源控制管理模块识别当前电源供电状态，执行相应决策并通过状态显示模块输出显示；该状态显示模块由FPGA时钟倍频至200MHz以上频率，通过计算产生占空比变化的三路PWM调制信号，通过该模块接口连接至红绿蓝三色发光二级管上，从而用较小的电流、较少的资源显示多种不同状态，便于调试与使用；该局部总线写模块和局部总线读模块用于与CPCI总线通讯，通过时序的配合完成与PCI9054芯片的通讯工作，分别实现接收总线下行信息、上传数据信息至总线的功能。