CN101286051A - 一种电源闭环控制方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源闭环控制方法与系统，通过在热插拔系统中，主系统确定业务卡完全插入主系统后，调整电源控制信号(PWR)逻辑，控制业务卡上电；业务卡上电后，调整反馈信号(HEALTHY#)逻辑，主系统根据所述反馈信号逻辑进行后续操作，停止与所述业务卡通信，释放所述业务卡占用的系统资源。本发明实施例提供的方案，可以很好的解决cPCI系统的稳定性，以及热插拔过程中整机的可靠性。

Description

一种电源闭环控制方法与系统

技术领域

本发明涉及计算机与通信技术领域，尤其涉及一种电源闭环控制方法与系统。

背景技术

在基于外设部件互连标准(PCI，Peripheral Component Interconnect)总线的模块化互连设备中，热插拔(hot-swap)技术就是指在多业务系统正常开机、运行的状态下，对故障配件进行更换、或者添加新的配件。热插拔功能允许用户在不关闭系统，不切断电源的情况下取出和更换损坏的风扇、电源或板卡等部件，从而提高了系统对灾难的及时恢复能力、扩展性和灵活性等，因此热插拔功能的实现需要有一个支持热插拔的系统平台，还要有一个支持热插拔的单板，例如，一些基于紧凑型外部设备互连标准PCI的面向高端应用的模块化路由器系统都可以提供风扇、电源、业务卡的热插拔切换功能。

所谓紧凑型外部设备互连标准(cPCI，Compact PCI)，是国际PICMG协会于1994提出来的一种总线接口标准，是一种基于PCI总线标准的高性能的工业总线，具有完整的支持热插拔的规范，它定义了四种等级热插拔的系统：不支持热插拔(Non Hot Swap)、基本热插拔(Basic Hot Swap)、全部热插拔(Full Hot Swap)和高可靠热插拔(High Availability)，高可靠热插拔是在全部热插拔硬件基础上增加了一些软件功能。

热插拔接插件与普通接插件差别主要是热插拔接插件增加了长短针，如图1所示，这是一个热插拔器件的针脚的示意图，包括长针、中针和短针。在热插拔插入的过程中，长针先接触，依次是中针，最后是短针；热插拔拔出的过程刚好相反，最先脱位的是短针，依次是中针，最后是长针，热插拔过程中引入长短针是为了让业务卡系统的电源上下电操作安全有序地进行。

热插拔控制芯片的主要作用就是通过检测热插拔时的电流和电压的大小来控制整个模块电路的上电时间，以此来避免过强的热插拔冲击损坏模块的内部电路。热插拔控制芯片部分的电路如图2所示，主要包含内部逻辑、采样输入、ON/OFF输入和MOSFET(场效应管)驱动输出四个部分组成，热插拔控制芯片通过检测电路部分反馈的电流和电压的信息和ON/OFF逻辑来决定是否开启MOSFET。MOSFET一般是串联放在整个模块的供电总线上，这样如果热插拔控制芯片控制MOSFET开启，则整个模块可以正常上电工作。如果热插拔控制芯片检测到过强的电流或者过高的电压，便可以关闭MOSFET，这样虽然MOSFET后面的模块电路暂时没有办法上电，但是却有效的将热插拔冲击和模块电路进行了隔离，保护了模块电路不受热插拔冲击的影响。待热插拔冲击电流消失以后，热插拔芯片会重新控制开启MOSFET，保证整个模块正常上电工作。此外，还有一个开关信号(ON/OFF)连在内部逻辑上，也用于控制外部输出，大部分的热插拔控制器是逻辑‘高’有效，也有一些逻辑‘低’有效，它和检测电路互为“与”的逻辑关系，只有两个条件都满足，MOSFET(场效应管)驱动输出才为高，只要有一个条件不满足，驱动输出为低。

反馈是控制论的基本概念，指将系统的输出结果返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能的过程。开环控制和闭环控制的区别就在于有没有反馈，没有形成反馈的控制称为开环控制，反之称为闭环控制。

目前业界的一些cPCI基本热插拔方案如图3所示，该方案实现原理如下：

热插拔系统分为主系统和业务卡两部分，定义两个信号参与热插拔控制：BD_SEL#和ENUM#。

BD_SEL#在背板上设计成最短针，在主系统上和地相连接，业务卡插入系统时，BD_SEL#最后与背板接触，此时电源部分已经接触完好，热插拔控制开启MOFET的条件满足，驱动MOSFET为开启状态，业务卡开始上电。当业务卡拔出时，BD_SEL#最先与背板脱离，热插拔芯片驱动MOSFET使关闭，业务卡下电操作，然后电源针脱位。

ENUM#在背板上是中针，对于主系统它是输入信号，在业务卡完全插入时，即最短针接触到位，它逻辑为低。当无业务卡或者业务卡刚刚脱位，即最短针脱位，它逻辑为高，在有逻辑跳变时候，它产生中断给CPU，CPU响应后，首先查寻是插卡行为还是拔卡行为，如果是前者，启动插卡服务程序，若是后者，启动拔卡服务程序。

该方案一个明显的特点就是通过定义最短针控制业务卡的热插入(热插拔插入)的缓上电和热拔出(热插拔拔出)的提前下电操作，但是存在一个问题，那就是业务卡内部的电源系统对于主系统没有形成反馈，或者说电源系统是开环控制，这样会给主系统带来两个严重后果：

1、当业务卡插入到背板当中，ENUM#信号有跳变，产生中断给主系统CPU，主系统CPU读取ENUM#判断有业务卡插入，延时一段时间开始对业务卡进行初始化。正常情况下，初始化动作都是在业务卡内部各个逻辑功能模块上电完成之后才可以开始，但是由于没有信号指示，CPU并不知道“何时”业务卡完成上电，如果主系统在业务卡尚未上电成功，或者是因为业务卡异常导致的业务卡不能正常上电，主系统的CPU对业务卡就开始进行初始化动作，但是业务卡不能响应，这样会使主系统的CPU出现死等，从而无法受贿系统控制权导致系统崩溃的情况。

2、当业务卡和主系统正常通信时，业务卡电源突然出现短路掉电或者其它异常情况，导致业务卡不能正常使用，而通信的报文并未完成传送，这个时候主系统的CPU还是认为业务卡是正常的，继续把系统控制权交给业务卡，但是业务卡又不能正常工作，无法将系统控制权交回给CPU，这样会导致整个系统的崩溃。

发明内容

本发明实施例提供一种电源闭环控制方法与系统，用以解决现有热插拔技术中电源开环控制导致的热插拔系统稳定性问题。

一种电源闭环控制方法，该方法包括：

在热插拔系统中，主系统确定业务卡完全插入主系统后，调整电源控制信号逻辑，控制业务卡上电；

业务卡上电后，调整反馈信号逻辑，主系统根据所述反馈信号逻辑进行后续操作。

一种电源闭环控制系统，该系统包括主系统和业务卡，其中，

所述主系统，用于在确定出所述业务卡完全插入主系统后，调整电源控制信号逻辑；并根据反馈信号逻辑进行后续操作；

所述业务卡，用于根据所述电源控制信号逻辑进行上电操作，并在上电操作完成后，调整所述反馈信号逻辑。

一种通信设备，包括如上所述的主系统。

一种通信设备，包括如上所述的业务卡。

本发明实施例通过在热插拔系统中，主系统确定业务卡完全插入主系统后，调整电源控制信号(PWR)逻辑，控制业务卡上电；业务卡上电后，调整反馈信号(HEALTHY#)逻辑，主系统根据所述反馈信号逻辑进行后续操作。本发明实施例提供的方案，可以很好的解决cPCI系统的稳定性，以及热插拔过程中整机的可靠性。通过在业务卡上增加一个PWR电源输入控制信号和一个HEALTHY#电源输出状态反馈信号，让整个热插拔系统形成闭环控制，实现了以下两个优点：

1、通过对HEALTHY#状态检测和对PWR控制形成反馈，主系统在开始对业务卡初始化之前只需要判断HEALTHY#状态，如果为低，则开始进行初始化，否则就认为业务卡电源异常，退出初始化，从而不会因为得不到业务卡响应使CPU限于死等状态。

2、通过对HEALTHY#状态的检测能及时识别到业务卡的电源异常情况，一旦主系统CPU识别到业务卡电源异常，如果系统控制权交给业务卡，强行回收系统控制权，能有效防止系统崩溃。

附图说明

图1为现有技术中热插拔器件的针脚的示意图；

图2为现有技术中热插拔控制芯片部分的电路示意图；

图3为现有技术中cPCI基本热插拔方案示意图；

图4为本发明实施例1的主要实现原理流程图；

图5为本发明实施例2的主要实现原理流程图；

图6为本发明实施例3的主要实现原理流程图；

图7a-图7b为本发明实施例4的主要实现原理流程图；

图8为本发明实施例5的主要实现原理流程图；

图9为本发明实施例6提供系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例在cPCI的基本技术方案基础上，提出了一种新的电源闭环控制办法，目的是提供一种更为可靠、更加稳定的热插拔实现方法，解决业务卡插拔过程中引起系统死机或者其他不可预知的错误的问题和系统运行中业务卡电源系统异常而导致的CPU死锁问题。

下面结合各个附图对本发明实施例技术方案的主要实现原理、具体实施方式及其对应能够达到的有益效果进行详细的阐述。

如图4所示，本发明实施例1的主要实现原理流程如下：

步骤11，主系统确定业务卡完全插入主系统后，调整电源控制信号(PWR)逻辑，控制业务卡上电。

这里，在cPCI热插拔系统中，主系统需要判断业务卡是否完全插入主系统中，判断的方法如背景技术部分所述，通过判断BD_SEL#与ENUM#的信号线逻辑即可判定业务卡与主系统是否完全插入，在热插入和热拔出时候均可判断。在判断出业务卡完全插入主系统后，主系统调整预先设定的电源控制信号(PWR)的逻辑值，也就是PWR如果为低电平，则将其调整为高电平；PWR如果为高电平，则将其调整为低电平。

不论热插入或热拔出过程中，业务卡根据PWR的逻辑值判断当前是否可以上电，如果是，则通过热插拔控制器等逻辑器件控制具体的电路上电，否则，不对业务卡上电。

步骤12，业务卡上电后，调整反馈信号(HEALTHY#)逻辑，主系统根据所述反馈信号逻辑进行后续操作。

在业务卡正常上电后，需要调整反馈信号(HEALTHY#)逻辑，也就是HEALTHY#如果为低电平，则将其调整为高电平；HEALTHY#如果为高电平，则将其调整为低电平。

主系统根据HEALTHY#的逻辑值判断业务卡是否上电完成，如果是，则进行后续的操作，将业务卡初始化，与业务卡进行相关的业务通信；否则，认为业务卡上电失败，不对业务卡初始化操作。

进一步的，在业务卡正常运行的过程中，可能会出现电源输出的异常，此时，业务卡需要调整反馈信号(HEALTHY#)逻辑值，通知主系统将业务卡下电操作，也就是，主系统停止与该业务卡通信，释放该业务卡所占的系统资源。

所谓电源输出的异常，是指业务卡多路电源输出中的任意一路或多路出现异常，当然，也可以根据需要设定电源异常的具体门限条件。主系统在对业务卡下电操作的时候，需要停止与该业务卡通信，回收总线权，释放分配给该业务卡的PCI资源，防止CPU死锁。

本实施例中，通过设定电源控制信号(PWR)和反馈信号(HEALTHY#)逻辑，形成电源的闭环控制，可以很好的解决cPCI系统的稳定性，以及热插拔过程中整机的可靠性。

较佳地，如图5所示，为本发明实施例2提供的热插拔实现原理示意图，其中，

主系统：包含一个CPU，在基本方案上本发明实施例重新定义了两个信号：PWR和HEALTHY#。PWR对于主系统是输出信号，如果业务卡完全插入主系统后，CPU会将其拉高，只有它变高，热插拔控制器才能给业务卡上电。HEALTHY#从业务卡输出给主系统，业务卡电源异常时逻辑为高，反之为低，由低向高跳变时会产生中断给CPU，CPU响应后，查寻到是电源异常，启动电源异常服务程序。

业务卡：包含热插拔控制器和MOSFET，PCI桥。在基本方案上本发明实施例增加了逻辑器件和DC-DC控制电路，热插拔控制器作用控制整板的电源开启和关闭，DC-DC电路给业务卡上不同功能电路模块供电，逻辑器件辅助控制热插拔控制器的开启和关闭，此外新定义了两个信号：ON0和PG0。

ON0和主系统的PWR接触，只有ON0为高，BD_SEL#为低，热插拔控制器才开启MOSFET，二者互为“与”的逻辑关系，只要有一个条件不满足，热插拔控制器驱动MOSFET关闭状态；

PG0和主系统的HEALTHY#接触，如果电源输出1、电源输出2、电源输出3都正常，PG0输出为低，只要有一路不正常，PG0输出为高。

特别的，在上述实施例2中，首先必须要有一个支持热插拔的系统平台和可以拓展的模块化的设备，系统平台包括一个带CPU支持热插拔硬件系统和支持热插拔的软件操作系统，可拓展的业务卡，该业务卡通过PCI总线和系统卡互连互通。

根据实际需要选用支持热插拔的无源背扳和接插件，合理定义接插件的管脚：最长针定义为电源，用于业务卡的少数逻辑器件供电，最短针定义为BD_SEL#和IDSEL#，这个符合cPCI的热插拔规范。中针包括所有12V电源和PCI的接口信号。

选用合适的热插拔控制芯片和DC-DC转换芯片，均要求要有输入控制开关(ON/OFF)和输出状态反馈(Powergood)指示信号，或者其他可以替代相同功能的信号。

进行电源闭环控制的电路设计，由系统提供的上/下电开关信号控制热插拔控制器，使之开启/关闭业务卡电源，然后输出电源状态，用电源状态控制DC-DC控制器开始/停止工作，DC-DC的PG0信号输出给系统卡反馈整个业务卡的电源状态HEALTHY#，形成一个闭环系统。

当有热插入行为发生的时候，主系统检测ENUM#信号的跳变，发送中断给CPU，CPU查询中断向量表表识别到是插卡，然后拉高电源控制信号逻辑，给业务卡上电，上电成功后，业务卡将HEALTHY#拉低，系统卡的逻辑器件检测HEALTHY#信号的跳变，发送中断给CPU，CPU查询中断向量表识别到上电成功，开始对业务卡进行初始化。

当有热拔行为发生的时候，系统卡的逻辑器件检测ENUM#信号的跳变，发送中断给CPU，CPU查询中断向量表识别到是拔卡，然后拉低上/下电开关信号。停止和该业务卡进行数据交互，卸载驱动。系统卡的逻辑器件检测到BD_SEL#变高，立刻将ON/OFF信号拉低，完成整板的下电操作。

当业务卡异常掉电，业务卡输出HEALTHY#高阻，系统卡的逻辑器件检测HEALTHY#信号的跳变，发送中断给CPU，CPU查询中断向量表识别到业务卡异常，立即停止和该业务卡进行数据交互，卸载该业务卡驱动。

较佳地，如图6所示，本发明实施例3的热插入主要实现原理流程具体如下：

步骤21，当有业务卡插入主系统时，ENUM#信号电平发生跳变，产生一个中断给主系统的CPU。

步骤22，主系统CPU读取ENUM#的状态，判断是否有卡插入，如果ENUM#为高，业务卡无接触，返回执行步骤21，重新判断ENUM#信号的变化；如果ENUM#为低，表示业务卡已经接触到位，进入步骤23.

步骤23，在一定的延时之后，将PWR信号驱动为高电平。

步骤24，等待一段时间，主系统的CPU去读取HEALTHY#状态，判断业务卡是否上电成功，如果检测HEALTHY#为高，表示业务卡上电失败，返回执行步骤21；否则、上电成功，执行步骤25。

步骤25，主系统开始对业务卡进行初始化。

在主系统执行步骤24的过程中，业务卡逻辑芯片判断PWR为高，这个时候，业务卡已经完全插入，BD_SEL#为低，两个条件同时满足，开启热插拔控制器ON，业务卡电源输出1开始上电，待电源输出1稳定之后，热插拔控制器送出ON2信号给下面的DC-DC控制器的输入脚，然后DC-DC开始上电，一旦电源输出2和电源输出3都正常后，输出HEALTHY#低电平给主系统的CPU。

较佳地，如图7a所示，本发明实施例4的热拔出过程中主系统主要实现原理流程具体如下：

步骤31，当业务卡离开背板，最短针最先脱位，这个时候主系统行为和业务卡行为独立分开。ENUM#信号有低变高，产生中断给CPU。

步骤32，CPU响应该中断，通过读取ENUM#状态判断业务卡是否有拔出，如果ENUM#为低，表示业务卡未脱位，中断为伪中断，返回执行步骤31，继续监测ENUM#状态；否则，执行步骤33.

步骤33，立即停止与该业务卡通信，回收总线权，放该分配给业务卡的PCI资源，防止CPU死锁。

步骤34，将PWR信号置为低电平，给业务卡下电操作。

相应的，如图7b所示，本发明实施例4的热拔出过程中业务卡主要实现原理流程具体如下：

步骤41，当业务卡离开背板，最短针最先脱位，这个时候主系统行为和业务卡行为独立分开。最短针脱位，BD_SEL#为高。

步骤42，关闭热插拔芯片电源，热插拔芯片通过驱动MOSFET门为低切断业务卡的所有电源，DC-DC控制器停止工作。

步骤43，与HEALTHY#连接的PG0高阻输出，也即将HEALTHY#输出为高。

较佳地，如图8所示，本发明实施例5提供的业务卡电源异常实现原理流程如下：

步骤51，在运行过程中，突然业务卡的电源系统异常，这些异常包括业务卡的某个器件的失效而导致的输出短路，或者其他原因引起的输入过压、欠压、老化失效等等，导致的业务卡的某一路电源异常下电，DC-DC的PG2脚输出高阻，主系统的HEALTHY#信号会由低变高，产生中断通知CPU。

步骤52，CPU读取HEALTHY#，如果HEALTHY#为继续为低，认为是伪中断、返回步骤51，继续监测HEALTHY#信号；否则，认为业务卡电源异常，执行步骤53.

步骤53，将PWR信号置为低电平。

步骤54，给业务卡整板下电保护，停止与该业务卡通信，回收总线权，放该分配给业务卡的PCI资源，防止CPU死锁，异常下电操作基本完成。

相应地，本发明实施例6还提供了一种电源闭环控制的系统，如图9所示，该系统包括主系统61和业务卡62，具体如下：

主系统61，用于在确定出业务卡完全插入主系统后，调整电源控制信号逻辑，并根据反馈信号逻辑进行后续操作；

业务卡62，用于根据电源控制信号逻辑进行上电操作，并在上电操作完成后，调整反馈信号逻辑。

特别的，上述实施例6所提供的系统中，主系统61进一步包括第一判断单元611、第一调整/监测单元612和后续操作单元613，其中，

第一判断单元611，用于在确定业务卡完全插入主系统时，通知第一调整/监测单元612；

第一调整/监测单元612，用于根据第一判断单元611的通知调整电源控制信号逻辑；并在反馈信号逻辑调整时，通知后续操作单元613；

后续操作单元613，用于根据第一调整/监测单元612的通知，进行后续操作。这里的后续操作包括对业务卡初始化等与业务卡的通信。

特别的，上述实施例6所提供的系统中，业务卡62进一步包括上电单元621和第二调整/监测单元622，其中，

上/下电单元621，用于根据电源控制信号逻辑进行上/下电操作，并在上电操作完成时，通知第二调整/监测单元622；

第二调整/监测单元622，用于根据上/下电单元621的通知，调整反馈信号逻辑。

较佳地，上述的业务卡还包括第二判断单元623，用于在确定电源输出异常时，通知第二调整/监测单元622；

第二调整/监测单元622，还用于根据第二判断单元623的通知，调整反馈信号逻辑；

主系统中的第一调整/监测单元612，用于在所述反馈信号逻辑调整时，通知后续操作单元613；

后续操作单元613，用于根据第一调整/监测单元612的通知，进行后续操作，将业务卡下电操作。

特别的，本实施例中的主系统与业务卡可以存在与任何具备相关功能的通信设备中。

本发明实施例提供一种通信设备，包括如图9所示的主系统。

本发明实施例还提供一种通信设备，包括如图9所示的业务卡。

通过本发明的技术方案可以发现，通过增加一个硬件控制电源开关(ON/OFF)和合理使用HEALTHY#和PWR信号，提供了一种cPCI系统板和接口卡实现电源管理的闭环控制，提高了系统板的可靠性。采用热插拔控制芯片和DC-DC控制器来实现业务卡电源系统的级连控制和状态反馈，并以此设计改善热插入/热拔出时系统卡系统不稳定或者是因为业务卡异常情况的下电操作而导致的系统卡死机情况，此类的方法都在本专利的保护范围内。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1、一种电源闭环控制方法，其特征在于，该方法包括：

在热插拔系统中，主系统确定业务卡完全插入主系统后，调整电源控制信号逻辑，控制业务卡上电；

业务卡上电后，调整反馈信号逻辑，主系统根据所述反馈信号逻辑进行后续操作。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整电源控制信号逻辑，控制业务卡上电，包括：

所述主系统将所述电源控制信号由逻辑低电平调整为高电平；

当所述业务卡检测到所述电源控制信号由逻辑低电平调整为高电平时，进行上电操作。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述业务卡上电后，调整反馈信号逻辑，主系统根据所述反馈信号逻辑进行后续操作，包括：

所述业务卡上电后，将所述反馈信号由低电平调整为高电平；

当所述主系统检测到所述反馈信号由低电平调整为高电平时，进行后续操作。

4、如权利要求1～3任一所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

当所述业务卡电源输出异常时，调整所述反馈信号逻辑；

所述主系统根据所述反馈信号逻辑，将所述业务卡下电操作。

5、如权利要求1～3任一所述的方法，其特征在于，当所述主系统确定业务卡拔出主系统后，调整电源控制信号逻辑，将所述业务卡下电操作；

所述业务卡调整反馈信号逻辑为业务卡下电状态逻辑值。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将业务卡下电操作，包括：

停止与所述业务卡通信，释放所述业务卡占用的系统资源。

7、一种电源闭环控制系统，其特征在于，该系统包括主系统和业务卡，其中，

所述主系统，用于在确定出所述业务卡完全插入主系统后，调整电源控制信号逻辑；并根据反馈信号逻辑进行后续操作；

所述业务卡，用于根据所述电源控制信号逻辑进行上电操作，并在上电操作完成后，调整所述反馈信号逻辑。

8、如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述主系统进一步包括第一判断单元、第一调整/监测单元和后续操作单元，其中，

所述第一判断单元，用于在确定所述业务卡完全插入或拔出主系统时，通知所述第一调整/监测单元；

所述第一调整/监测单元，用于根据所述第一判断单元的通知调整电源控制信号逻辑；并在所述反馈信号逻辑调整时，通知所述后续操作单元；

所述后续操作单元，用于根据所述第一调整/监测单元的通知，进行后续操作；

所述业务卡进一步包括上电单元和第二调整/监测单元，其中，

所述上/下电单元，用于根据所述电源控制信号逻辑进行上/下电操作，并在上/下电操作完成时，通知所述第二调整/监测单元；

所述第二调整/监测单元，用于根据所述上/下电单元的通知，调整所述反馈信号逻辑。

9、如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述业务卡进一步包括第二判断单元，用于在确定电源输出异常时，通知所述第二调整/监测单元；

所述第二调整/监测单元，还用于根据所述第二判断单元的通知，调整所述反馈信号逻辑；

所述主系统中的第一调整/监测单元，用于在所述反馈信号逻辑调整时，通知所述后续操作单元；

所述后续操作单元，用于根据所述第一调整/监测单元的通知，进行后续操作，将业务卡下电操作。

10、一种通信设备，其特征在于，包括：

如权利要求7～9任一所述的主系统。

11、一种通信设备，其特征在于，包括：

如权利要求7～9任一所述的业务卡。

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