CN100478935C - Pcie通道扩展装置、系统及其配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PCIE通道扩展装置、系统及其配置方法。该装置包括：三组输入/输出PCIE总线接口；具有上、下行数据通道的开关模块，其第一端与第一组接口分别相连，其第二端与第二、三组接口切换相连；控制模块；以及电源驱动模块。该系统采用本发明的PCIE通道扩展装置，还包括一CPU处理系统，与第一组输入/输出PCIE总线接口通过PCIE总线相连，还与控制模块相连，用于向其发出控制指令控制其操作。该方法包括：上电后，管理系统判断其与扩展系统的CPU处理系统连接是否正常，若是，则配置PCIE通道扩展系统的CPU处理系统，然后正常工作。本发明的硬件结构简单，成本低，配置流程简单，工作效率和可靠性高。

Description

PCIE通道扩展装置、系统及其配置方法

技术领域

本发明涉及一种PCIE通道扩展装置、系统及其配置方法，尤其涉及一种适用于双管理系统中，连接各板卡和主、从管理板卡的PCIE通道扩展装置，及采用该PCIE通道扩展装置的通道扩展系统及其配置方法，属于数据通讯技术领域。

背景技术

外部设备互联(Peripheral Component Interconnect，以下简称PCI)总线，是于1993年推出的PC局部总线标准。PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下系统之间的接口以协调数据的传送。

PCI高速(PCI Express，以下简称PCIE)总线，又简称为PCIe或PCI-Ex，是PCI电脑总线的一种，PCIE沿用了现有的PCI编程概念及通讯标准，但建基于更快的序列通讯系统，英特尔是该规范的主要支持者。PCIE是基于现有PCI系统的，只需修改物理层而无须修改软件就可将现有PCI系统转换为PCIE系统。PCIE拥有更快的速率，以取代几乎全部现有的内部总线。PCIE采用收发分开的串行物理层替代了PCI的并行物理层信号。

随着PCIE技术的成熟和相关产品的推出，PCIE不再局限应用于PC行业。一些嵌入式系统开始采用PCIE来提高系统的总体性能，特别是一些机箱式通讯系统开始采用PCIE来实现对整个系统板卡的信息管理和数据传输。为了提高系统的可靠性，机箱式系统一般采用双管理系统，如图1所示，即同一系统中包括有两块管理板卡，即主管理板卡11和从管理板卡12，其中，主管理板卡11是机箱式系统中具有管理配置其他线卡能力的板卡，从管理板卡12是机箱式系统中具有管理配置其他线卡能力的备份管理板卡，双管理系统中还包括线卡13，是机箱式系统中具有数据处理能力但没法管理系统中其他板卡的板卡，以及其他板卡。双管理系统可以完成对系统中其他板卡的管理和配置，为了实现双管理系统，系统的各板卡和主、从管理板11、12之间必须都有一条管理通道，以便主管理板11出现故障或因其他原因停止工作时，能够由从管理板12通过管理通道继续与其他板卡保持连接，主、从管理板11、12与线卡13之间的主管理通道14和从管理通道15是传递管理信息的数据通道，即PCIE总线。

通常采用PCIE管理线卡作为线卡13来实现板卡与主、从管理板卡11、12的连接和数据传输，传统的PCIE管理线卡的硬件结构如图2所示，包括由CPU和内存以及其他控制电路组成的CPU处理系统21，CPU处理系统21为电子系统的核心部分，主要完成对PCIE管理线卡上其他电路的配置控制以及其他一些应用程序的处理，例如配置PCIE管理线卡上的PCI Express转接器(Switch)，以及其他一些应用程序的处理；PCIE管理线卡还包括PCIExpress Switch系统22。PCI Express Switch系统22，即基于PCIE的通道扩展装置是一种把一个通道扇出(fan-out)多个通道的器件，同一时刻可以允许两个物理连接，如图2所示，PCI Express Switch系统22是一个三口的PCI Express Switch，总通道201包括上、下行传输通道，通过PCI ExpressSwitch系统22转换成两个包括上、下行传输通道的分通道202和203。从CPU处理系统21总通道201出来的信号A通过PCI Express Switch系统22扩展成两路信号A1和A2，满足双管理系统的一张线卡送出两路管理通道的要求。

如图2所示，PCIE管理线卡的PCI Express Switch系统22需包括PCIExpress Switch 23和三个电源输入电路24、25和26，还包括时钟电路27、配置芯片28和配置电阻29。三个电源输入电路24、25和26，即三种不同种类的电源芯片，用于向PCI Express Switch 23提供三种不同工作电压；一种配置芯片28用于配置PCI Express Switch 23的工作模式；一种时钟芯片27用于提供PCI Express Switch 23的工作时钟，再加上PCI Express Switch23芯片本身，PCI Express Switch系统22至少需六种芯片，还不包括和这些芯片配套的一些电阻、电容等器件。所以，采用PCI Express Switch系统的PCIE管理线卡，从结构上看硬件数量多，使得采用传统PCIE管理线卡的双管理系统耗费硬件资源多，硬件成本高，特别是当所需线卡的数量增加时，硬件成本线性增加，芯片种类、数量多，也导致设计复杂，使得系统的可靠性差。

另一方面，PCI Express Switch系统是一种智能器件，有多种工作模式，因此PCI Express Switch系统必须由软件完成配置后才能正常工作，传统的PCIE管理线卡与主、从管理板间的软件系统实现流程如图3所示，包括如下步骤，其中，一般情况下，只要完成主管理板对PCIE管理线卡的配置即可，在系统出现故障的时候，主、从管理板发生切换，这个时候从管理板变成主管理板后，新的主管理板必须重新配置PCIE管理线卡，而后正常工作：

步骤a1、管理板和PCIE管理线卡上电，开始工作；

步骤a2、管理板判断PCIE管理线卡的PCI Express Switch与自身的连接是否正常，若是，则执行步骤a7，此时，可能为初次连接即正常，也可以为管理板与PCIE管理线卡的PCI Express Switch尝试多次连接后，在异常次数未达到门限值时已能够连接正常，否则，则执行步骤a3；

步骤a3、累计连接异常的次数，并执行步骤a4；

步骤a4、管理板判断连接异常的次数是否达到设定的门限值，若否，则执行步骤a5，若是，则执行步骤a6；

步骤a5、管理板对线卡进行复位操作处理，而后尝试再次连接，即执行步骤a2；

步骤a6、管理板进行其他处理，可以为报警或禁止对出错的该PCIE管理线卡的处理，即通知用户并停止配置操作，即配置流程结束；

步骤a7、管理板配置PCIE管理线卡的PCI Express Switch，即直接操作PCI Express Switch，具体是配置PCI Express Switch的工作模式，其对信号的驱动能力，以及配置每个PCI Express Switch端口的地址映射表等相关信息；

步骤a8、管理板判断PCI Express Switch和PCIE管理线卡的CPU处理系统是否连接正常，若是，则执行步骤a13，此时，可以为初次连接即连接正常，也可以为管理板尝试PCIE管理线卡的PCI Express Switch与CPU处理系统的多次连接，并在连接异常的次数未达到门限值时已能够正常连接，若否，则执行步骤a9；

步骤a9、累加异常连接的次数，并执行步骤a10；

步骤a10、管理板判断异常连接的次数是否达到门限值，若否，则执行步骤a11，若是，则执行步骤a12；

步骤a 11、管理板对线卡进行复位操作处理，并执行步骤a8；

步骤a12、管理板进行其他处理，可以为报警或禁止对出错的该PCIE管理线卡的处理，通知用户并停止配置操作，即配置流程结束；

步骤a13、管理板配置PCIE管理线卡的CPU处理系统；

步骤a14、管理板和PCIE管理线卡建立通信，开始正常工作。

在上述过程中，主、从管理板配置PCIE管理线卡的PCI Express Switch的步骤中，包括多次软件操作，任何一次操作都可能导致系统工作不正常。

从上述流程可以看出，要使双管理系统能正常工作，主、从管理板的CPU处理系统必须完成对PCI Express Switch和线卡CPU处理器系统的两次配置操作后才能建立正常的数据通信，步骤繁多，操作复杂，且容易出现失误导致难以正常工作。

发明内容

本发明的主要目的是克服现有PCIE通道扩展装置硬件结构和配置流程中的缺陷，通过一些实施例提供一种PCIE通道扩展装置，能够简化PCIE通道扩展装置的硬件结构，降低成本，并提高PCIE通道扩展装置工作的可靠性。

本发明的再一目的是提供一种PCIE通道扩展系统，能够简化系统中PCIE通道扩展装置的硬件结构，降低系统的成本，提高系统工作的可靠性。

本发明的又一目的是提供一种PCIE通道扩展系统的配置方法，能够简化配置流程，提高配置工作的效率和可靠性。

为实现本发明的主要目的，通过一些实施例提供了一种PCIE通道扩展装置，包括：

第一、第二和第三组输入/输出PCIE总线接口；

第一模块，该第一模块具有上行和下行数据通道，所述上行和下行数据通道的第一端与第一组输入/输出PCIE总线接口分别相连，所述上行和下行数据通道的第二端的连接位置可切换，用于与第二、第三组输入/输出PCIE总线接口切换相连；

第二模块，与第一模块相连，用于控制第一模块第二端的切换动作；

第三模块，与第一模块相连，用于向第一模块供给电源，驱动第一模块切换动作。

上述技术方案通过采用第一模块实现了PCIE总线通道的扩展，第一模块可以相当于一双刀双掷形式的高速信号开关，是物理连接，仅需要供给电源的第三模块和控制其切换动作的第二模块即可实现PCIE通道扩展功能，其硬件结构简单，工作可靠。

为实现本发明的再一目的，通过再一些实施例提供了一种PCIE通道扩展系统，包括：CPU处理系统和PCIE通道扩展装置，其中，PCIE通道扩展装置采用本发明的PCIE通道扩展装置，CPU处理系统与第一组输入/输出PCIE总线接口通过PCIE总线相连，用于控制第一组输入/输出PCIE总线接口的输入、输出信号，CPU处理系统还与第二模块相连，用于向其发出控制指令控制其操作。

上述技术方案中的PCIE通道扩展系统，采用了本发明的PCIE通道扩展装置，能够适用于不同的具体应用情况，为PCIE总线的数据通道进行扩展，具有结构简单，成本低的优点，且系统工作的可靠性高。

为实现本发明的又一目的，通过又一些实施例提供了一种本发明PCIE通道扩展系统的配置方法，由连接PCIE通道扩展系统的管理系统对其进行配置，包括如下步骤：

步骤1、管理系统和PCIE通道扩展系统上电，开始工作；

步骤2、管理系统判断其与PCIE通道扩展系统的CPU处理系统是否连接正常，若是，则执行步骤3；

步骤3、管理系统配置PCIE通道扩展系统的CPU处理系统；

步骤4、管理系统和PCIE通道扩展系统建立通信，开始正常工作。

上述技术方案中，仅需检测与PCIE通道扩展系统中的CPU处理系统的连接，即可完成检测，进行配置，因而配置过程简单，工作效率和可靠性高。

由以上技术方案可知，本发明采用物理连接形式的开关替换了现有技术中的PCI Express Switch，克服了现有技术的PCIE通道扩展装置结构复杂，成本高，工作效率和可靠性低的技术问题，相比于现有技术，简化了系统的结构，降低了产品的成本，同时简化了配置流程，提高了工作效率和可靠性。

下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为现有技术双管理系统的结构示意图。

图2为现有技术PCI Express Switch系统的结构示意图。

图3为现有技术PCI Express Switch系统的软件配置流程图。

图4为本发明PCIE通道扩展装置具体实施例的结构示意图。

图5为本发明PCIE通道扩展系统具体实施例的结构示意图。

图6A为本发明PCIE通道扩展系统配置方法具体实施例的流程图一。

图6B为本发明PCIE通道扩展系统配置方法具体实施例的流程图二。

具体实施方式

PCIE通道扩展装置实施例

如图4所示为本发明PCIE通道扩展装置具体实施例的结构示意图，本实施例的PCIE通道扩展装置包括：第一组输入/输出PCIE总线接口47a和47b，第二组输入/输出PCIE总线接口48a和48b，以及第三组输入/输出PCIE总线接口49a和49b；开关模块43，该开关模块43具有上行和下行数据通道，其第一端A与第一组输入/输出PCIE总线接口47a和47b分别相连，其第二端B的连接位置可切换，用于与第二、第三组输入/输出PCIE总线接口48a、48b、49a和49b切换相连；控制模块46，与开关模块43相连，用于控制开关模块43第二端的切换动作；电源驱动模块40，与开关模块43相连，用于向其供给电源，驱动其切换动作。

在本实施例中，开关模块43可以具体为一双刀双掷形式，能传输上、下行数据的高速信号开关。高速信号开关43，即一种多路选择器，同一时间只能允许其中的一路信号导通。通过切换，实现不同时刻建立不同的连接，高速信号开关43在某一时刻时，第一组PCIE输入总线接口47a通过高速信号开关43与第二组PCIE输出总线接口48a连接，第一组PCIE输出总线接口47b通过高速信号开关43与第二组PCIE输入总线接口48b连接，在另外一个时刻时，通过控制模块46实现高速信号开关43第二端的位置切换，第一组PCIE输入总线接口47a通过高速信号开关43与第三组PCIE输出总线接口49a连接，第一组PCIE输出总线接口47b通过高速信号开关43与第三组PCIE输入总线接口49b连接。

本实施例采用高速信号开关形式的开关模块43替换了现有PCIE通道扩展装置中的PCI Express Switch系统。因为PCIE通道扩展装置并不需要多种工作模式，所以本实施例的PCIE通道扩展装置采用切换位置这样一种工作模式已经能够符合要求，只要其各种电气指标满足PCIE电气规范的各种指标即可。本实施例的技术方案明显简化了硬件结构，能够降低设计难度和生产成本。并且相比于PCI Express Swich来说，高速信号开关只是一种物理通道的切换器，无需通过软件配置就可以工作，所以能够提高PCIE通道扩展装置的工作效率和可靠性。

在本实施例的基础上，电源驱动模块40可以具体由电源输入单元44和配置电路单元45组成，其中，电源输入单元44与开关模块43芯片的相应电源输入管脚电连接，用于向其提供工作所需的电源，电源输入单元44还与配置电路单元45电连接，用于向其提供高电平，一般为提供3.3V的高电平，配置电路单元45由数个电阻组成，各电阻分别连接不同的电平，即电源输入单元44提供的高电平或地线的低电平，各电阻再与开关模块43芯片的相应配置管脚电连接，通过调整向开关模块43输入的不同电平来调整开关模块43的驱动电流，从而调整其驱动能力。

本实施例中的控制模块46可以具体为逻辑与非门元件，能够完成控制开关模块43的工作，同时其结构简单，成本低。

PCIE通道扩展系统实施例

如图5所示为本发明PCIE通道扩展系统具体实施例的结构示意图，本实施例包括CPU处理系统41和PCIE通道扩展装置42，其中PCIE通道扩展装置42采用上述本发明PCIE通道扩展装置实施例的技术方案。在本实施例中，CPU处理系统41与第一组输入/输出PCIE总线接口47a和47b通过PCIE总线相连，用于控制第一组输入/输出PCIE总线接口47a和47b的输入、输出信号，CPU处理系统41还与控制模块46相连，用于向其发出控制指令控制其完成开关通道切换操作。

本实施例的PCIE通道扩展系统采用了本发明的PCIE通道扩展装置的实施例，能够简化系统中PCIE通道扩展装置的硬件结构，降低了系统整体的成本，并且提高了系统工作的可靠性。

PCIE通道扩展系统配置方法实施例

如图6A所示为本发明PCIE通道扩展系统配置方法具体实施例的流程图，本实施例的技术方案是PCIE通道扩展系统在具体应用过程中，由与其相连，用其实现通道扩展的管理系统对其进行配置的流程，包括如下步骤：

步骤1、管理系统和PCIE通道扩展系统上电，开始工作；

步骤2、管理系统判断其与PCIE通道扩展系统的CPU处理系统是否连接正常，即管理系统的CPU处理单元判断其与PCIE通道扩展系统的CPU处理系统的PCIE物理连接是否正常，若是，则执行步骤3；

步骤3、管理系统配置PCIE通道扩展系统的CPU处理系统；

步骤4、管理系统和PCIE通道扩展系统建立通信，开始正常工作。

当本实施例具体应用于双管理系统中时，管理系统即相当于主管理板，与PCIE通道扩展系统相连，在使用PCIE通道扩展系统之前，需要对其进行配置，管理系统通过相应的控制通道与PCIE通道扩展系统的CPU处理系统相连，对其发出指令，进行配置操作。由于相比PCI Express Switch来说，高速信号开关只是一种物理通道的切换器，无需通过软件配置就可以工作，因此整个系统的配置流程简单，从流程图可以看出要使系统能正常工作，管理系统只需对PCIE通道扩展系统的CPU处理系统进行一次配置操作后就能建立正常的数据通信，配置过程简单，提高了PCIE通道扩展系统的工作效率和可靠性。而PC IE通道扩展系统驱动信号的能力由配置电路单元决定，配置电路单元为一些配置电阻，可以不用通过管理板的CPU处理系统配置，上电后，配置电阻通过连接不同的电平来配置PCIE通道扩展系统的PCIE信号驱动能力。

在上述实施例的基础上，其步骤2可以具体为如下步骤，则本实施例的流程图可以如图6B所示：

步骤21、管理系统判断其与PCIE通道扩展系统的CPU处理系统是否连接正常，若是，则执行步骤3，此时，可能为初次连接即正常，也可以为管理系统与PCIE通道扩展系统的CPU处理系统尝试多次连接后，在异常次数未达到门限值时已能够连接正常，若否，则执行步骤22；

步骤22、累计连接异常的次数，并执行步骤23；

步骤23、管理系统判断连接异常的次数是否达到设定的门限值，若否，则执行步骤24，若是，则执行步骤25；

步骤24、管理系统对PCIE通道扩展系统进行相关处理，具体可以为复位操作处理，并执行步骤21，即尝试再次连接；

步骤25、管理系统作出相关处理，可以为报警或禁止对出错的该PCIE通道扩展系统的处理，通知用户后停止配置操作，即配置流程结束。

上述实施例中的PCIE通道扩展装置、系统及其配置方法可以适用于多种具体应用情况，较佳的是适用于双管理系统，将本发明的PCIE通道扩展系统作为PCIE管理线卡，连接各板卡和主、从管理板卡，实现将一条PCIE数据通道扩展为两条。另外，本发明的技术方案还可以适用于所有采用串行通信实现双管理板通信方案的装置，包括但不限于光传输网络、串行“Rapidio”传输网络、以太网通信等，只要是用于扩展串行总线通道的系统就可以采用本发明的PCIE通道扩展装置和系统。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1、一种PCIE通道扩展装置，其特征在于包括：

第一、第二和第三组输入/输出PCIE总线接口；

第一模块，所述第一模块具有上行和下行数据通道，所述上行和下行数据通道的第一端与所述第一组输入/输出PCIE总线接口分别相连，所述上行和下行数据通道的第二端的连接位置可切换，用于与第二、第三组输入/输出PCIE总线接口切换相连；

第二模块，与所述第一模块相连，用于控制第一模块第二端的切换动作；

第三模块，与所述第一模块相连，用于向第一模块供给电源，驱动第一模块切换动作。

2、根据权利要求1所述的PCIE通道扩展装置，其特征在于，所述第三模块包括：第一单元，与所述第一模块相连，用于提供驱动电源；第二单元，连接在所述第一单元和所述第一模块之间，用于调整所述第一单元与所述第一模块之间的驱动电路来控制驱动电流。

3、根据权利要求1所述的PCIE通道扩展装置，其特征在于：所述第一模块为一双刀双掷开关形式的高速信号开关。

4、根据权利要求1所述的PCIE通道扩展装置，其特征在于：所述第二模块为逻辑与非门元件。

5、一种采用权利要求1～4任一所述的PCIE通道扩展装置的通道扩展系统，其特征在于还包括：CPU处理系统，与所述第一组输入/输出PCIE总线接口通过PCIE总线相连，用于控制第一组输入/输出PCIE总线接口的输入、输出信号，所述CPU处理系统还与所述第二模块相连，用于向其发出控制指令控制其操作。

6、一种权利要求5所述的PCIE通道扩展系统的配置方法，由与PCIE通道扩展系统相连的管理系统对其进行配置，包括如下步骤：

步骤1、管理系统和PCIE通道扩展系统上电，开始工作；

步骤2、管理系统判断其与PCIE通道扩展系统的CPU处理系统是否连接正常，若是，则执行步骤3；

步骤3、管理系统配置PCIE通道扩展系统的CPU处理系统；

步骤4、管理系统和PCIE通道扩展系统建立通信，开始正常工作。

7、根据权利要求6所述的PCIE通道扩展系统配置方法，其特征在于步骤2具体为：

步骤21、管理系统判断其与PCIE通道扩展系统的CPU处理系统是否连接正常，若是，则执行步骤3，若否，则执行步骤22；

步骤22、累计连接异常的次数，并执行步骤23；

步骤23、管理系统判断连接异常的次数是否达到设定的门限值，若否，则执行步骤24，若是，则执行步骤25；

步骤24、管理系统对PCIE通道扩展系统进行相关处理，并执行步骤21；

步骤25、管理系统作出相关处理，停止配置操作，配置流程结束。

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