CN101482855A - 一种实现热插拔的总线接口及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种实现热插拔的总线接口及方法，无需专用热插拔芯片即可通过限制卡件的上电顺序，实现热插拔，解决了现有技术中需要采用专用热插拔芯片实现热插拔的问题，更好地实现热插拔，极大地提高总线的稳定性。

Description

一种实现热插拔的总线接口及方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种实现热插拔的总线接口及方法。

背景技术

高速串行总线用于卡件(包括主控卡和从卡)之间的高速数据传输。在实际应用中，经常需要对卡件进行热插拔，可以快速改变总线上的卡件，便于使用；现有的总线接口，大都不支持热插拔功能，而支持热插拔功能的总线接口中，绝大多数都采用了专用热插拔芯片，进而可以严格控制上电顺序，实现比较麻烦，通常情况下，专用热插拔的芯片的价格比较高，卡件成本增加。

因此，现有技术的缺陷在于，需要采用专用热插拔芯片实现热插拔，通过专用热插拔芯片严格控制上电顺序，实现总线接口时需要根据专用热插拔芯片的具体情况实现接口功能，实现起来比较麻烦，另外，专用热插拔芯片的价格通常比较高，增加卡件成本。

发明内容

本发明实施例提供一种实现热插拔的总线接口及方法，解决了需要采用专用热插拔芯片实现热插拔的问题，实现简单。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种实现热插拔的总线接口，包括：

接插件，用于实现地线、电源线和信号线的热插拔，连接卡件和总线，根据插针的长度和插针的位置控制卡件的上电顺序；

所述接插件的插针包括连接地线的插针、连接电源线的插针和连接信号线的插针；

稳压滤波单元，用于与所述连接电源线的插针线连接，在卡件热插拔时，保持卡件输入电压的稳定；

所述卡件为主控卡或从卡。

优选地，插针的长度设置为：

连接地线的插针采用长插针；

连接电源线的插针采用长插针；

连接信号线的插针采用短插针。

相应地，本发明实施例还提供一种实现热插拔的方法，采用接插件和稳压滤波单元实现热插拔，设置所述接插件上插针的位置和插针的长度，所述接插件的插针包括连接地线的插针、连接电源线的插针和连接信号线的插针，包括：

根据所述插针的位置和插针的长度，控制卡件的上电顺序；

将所述连接电源线的插针与所述稳压滤波单元连接，保持卡件热插拔时，卡件输入电压的稳定；

用接插件连接卡件和总线，实现地线、电源线和信号线的热插拔；

所述卡件为主控卡或从卡。

优选地，所述插针的长度的具体设置为：

连接地线的插针采用长插针；

连接电源线的插针采用长插针；

连接信号线的插针采用短插针。

根据上述技术方案可知，通过控制上电顺序，实现卡件的热插拔，无需专用热插拔芯片，实现简单，而且可以非常低的成本实现热插拔功能，提高接口的性价比，扩大接口的应用范围。

附图说明

图1为本发明实施例提供的总线接口的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的所述接插件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的最佳实施例的主控卡接口的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的最佳实施例的从卡接口的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种实现热插拔的总线接口，所述总线接口的结构示意图如图1所示，包括接插件和稳压滤波单元，其中：

接插件，用于实现地线、电源线和信号线的热插拔，连接卡件和总线，根据插针的长度和插针的位置控制卡件的上电顺序；

所述接插件的插针包括连接地线的插针、连接电源线的插针和连接信号线的插针；

稳压滤波单元，用于与所述连接电源线的插针线连接，在卡件热插拔时，保持卡件输入电压的稳定；

所述卡件为主控卡或从卡。

所述接插件的结构示意图如图2所示，连接地线的插针和连接电源线的插针分别位于接插件的两端；

连接信号线的插针位于连接地线的插针与连接电源线的插针之间。这样可以保证卡件斜着插入时的上电顺序为先地线、再电源线，最后信号线，拔卡的过程则下电顺序正好相反；

连接地线的插针采用长插针，连接电源线的插针采用长插针，条件允许的情况下，连接地线的插针长于连接电源线的插针，连接信号线的插针采用短插针，这样可以保证卡件正着插拔时的上电顺序为先地线、再电源线，最后信号线，拔卡的过程则下电顺序正好相反。

这里要注意的是，连接地线的插针长于连接电源线的插针并不是一定的，如果接插件本身插针的长度比较长，可以按此要求设计插针，但如果接插件自身的插针比较短，为保证插拔卡件的时间大于卡件上电的时间，连接地线的插针和连接电源线的插针可以采用相同的长度的插针，但是连接地线的插针和连接电源线的插针一定要比连接信号线的插针长是必须的。当连接地线的插针和连接电源线的插针一样长时，即便是连接地线的插针和连接电源线的插针同时插入，连接电源线的插针刚接入卡件时，需要经稳压滤波单元，会产生一定的时延，所以对卡件而言，仍然是地线先引入卡件，然后电源线，最后是信号线。

所述插针的数量不限制。

所述总线接口进一步包括：

控制时钟线热插拔单元，可以用三态缓冲器实现，用于实现主控卡时钟线的热插拔，主控卡一旦工作，该三态缓冲器便一直开启；

稳压滤波单元，用于保持卡件输入电压的稳定；

电压转换单元，用于将输入电压转换成符合要求的电压，保持卡件电压的稳定。

通常情况下，总线接口可以分为主控卡接口和从卡接口，主控卡接口包括实时数据通道、实时数据开关设备、管理数据通道、管理数据开关设备、实时数据接收/发送单元、管理数据接收/发送单元、上拉电阻和数据处理单元，从卡接口包括实时数据通道、实时数据开关设备、管理数据通道、管理数据开关设备、实时数据接收/发送单元、管理数据接收/发送单元、数据处理单元和比较器。其中，可以采用CPU实现数据处理单元、实时数据接收/发送单元和管理数据接收/发送单元，用数据线实现实时数据通道和管理数据通道，实时数据开关设备和管理数据开关设备均可由三态缓冲器组实现，也可以采用CPLD/FPGA实现实时数据通道、实时数据开关设备、管理数据通道、管理数据开关设备、实时数据接收/发送单元、管理数据接收/发送单元和数据处理单元。

下面结合附图3和图4对本发明实施例提供的主控卡接口和从卡接口的最优实施例进行详细说明。

在本发明实施例提供的主控卡接口和从卡接口的最优实施例中，采用同步通信方式，通过CPU实现主控卡接口和从卡接口。

主控卡接口的结构示意图如图3所示，主控卡接口包括接插件、稳压滤波单元、电源电压转换单元、三态缓冲器3、上拉电阻、通道1(实时数据通道)、三态缓冲器组1(实时数据开关设备)、通道2(管理数据通道)、三态缓冲器组2(管理数据开关设备)、接收/发送单元(包括实时数据接收/发送单元和管理数据接收/发送单元)和数据处理单元；

其中：

接插件，作为卡件和总线连接的部件，用于控制卡件的上电顺序，可以通过对接插件插针的长短和位置的设计控制卡件的上电顺序(如先地线、再电源线、最后信号线)，连接地线的插针和连接电源线的插针均采用长插针，分别位于接插件的两端，如果条件允许，连接地线的插针可以比连接电源线的插针长一些，这样可以确保地线先引入卡件，在带电插拔时，可以保证卡件上的器件不被损坏，这是因为如果先接入电源而地线未接入会引起卡件上的器件因电压太高而被损坏；连接信号线的插针，采用短插针，处于中央，即连接地线的插针和连接电源线的插针之间；

只要接插件插针的长度选择合适，保证长插针尽量长，短插针尽量短，连接电源线的插针比连接地线的插针稍短，就可以保证地线、电源线和信号线的上电顺序；不管是正对着插入，还是斜着插入，总是地线、电源线然后信号线的上电顺序，拔卡过程则相反；

这是因为插拔卡件的时间相对于卡件上电的时间还是很长的，插拔卡件的时间通常是指接插件的连接电源线的插针和连接地线的插针都插入母板之后到连接信号线的插针插入母板的时间，卡件上电的时间是指从电源开始引入卡件到三态缓冲器管脚上电完毕的时间，包括电源稳压时间、电源转换时间和三态缓冲器上电时间，电源稳压时间、电源转换时间和三态缓冲器上电时间可以通过选择合适的器件来调整，一般最大也只是微秒级的，而插拔卡件的时间一般是毫秒级甚至秒级的；

因而当连接信号线的短插针上电时，地线和电源线早已上电且充电完毕，接插件的插针如此安排，能够保证卡件热插拔过程中，不会给总线带来抖动，便于与高速总线的连接，可以将这种接插件应用高速总线和卡件的连接中；

这里所提到的卡件，可以为主控卡，也可以为从卡；

稳压滤波单元，在卡件热插拔过程中，用于保持卡件输入电压的稳定，这是因为在卡件热插拔的过程中，由于电源的增加或减少，会引起相应的脉冲干扰；可以包括若干个电容，电容用于过滤由于电源的增加或减少而引起的高频脉冲；

电源电压转换单元，用于将输入电压转换成符合需求的电压，即在一定容限内的，这是因为输入电压通常会有一定的容限，将该符合需求的电压信号输出，为数据处理单元和其他需要供电的器件供电；在这里，容限可以理解为一定范围，为了使得卡件在实现高速通信的情况，可以使卡件实现热插拔，比如总线供电一般是5V，那么就算卡件上所有芯片都是5V供电的，但从卡热插拔过程中会引起总线电压产生很小波动，如果没有电源电压转换单元，此波动会通过上拉电阻串入数据线，影响数据通信，如果有电源电压转换单元，对于电源电压转换单元来说即使输入电压有一定的波动，输出电压还是可以保持在一个稳定的电压值的，这样保证了主控卡电压的稳定，保证了电源线上的干扰不串入总线；

三态缓冲器3，用于实现主控卡时钟线的热插拔，主控卡一旦工作，三态缓冲器3便一直开启；

数据处理单元，用于接收符合需求的电压信号，使得主控卡接口可正常使用，同时对接收到的来自于实时数据接收/发送单元的实时数据和/或管理数据接收/发送单元的管理数据进行相关处理，一般用于实现总线协议应用层的功能，比如从卡接口中比较器的动作会触发CPU中断，通知CPU主控卡已经选通从卡，然后从卡就会发出一个实时数据包，这都需要数据处理单元来处理的；

接收/发送单元，包括实时数据接收/发送单元和管理数据接收/发送单元，所述实时数据接收/发送单元，用于接收来自从卡的实时数据或发送给从卡的实时数据，类似于CPU串口的功能；所述管理数据接收/发送单元，用于接收来自从卡的管理数据或发送给从卡的管理数据，类似于CPU串口的功能；

三态缓冲器组1，与通道1连接，包括接收三态缓冲器1和发送三态缓冲器1，接收三态缓冲器1接收总线通过通道1传输的实时数据，输出至实时数据接收/发送单元，接收三态缓冲器1的使能端由数据处理单元控制，发送三态缓冲器1用于把实时数据接收/发送单元输出的实时数据通过通道1传输至总线上，发送三态缓冲器1的使能端由实时数据接收/发送单元控制；

三态缓冲器组2，与通道2连接，包括接收三态缓冲器2和发送三态缓冲器2，接收三态缓冲器2接收总线通过通道2传输的管理数据，输出至管理数据接收/发送单元，接收三态缓冲器2的使能端由数据处理单元控制，发送三态缓冲器2用于把管理数据接收/发送单元输出的管理数据通过通道2传输至总线上，发送三态缓冲器2的使能端由管理数据接收/发送单元控制；

通道1，用于传输实时数据，由三态缓冲器组1控制；

通道2，用于传输管理数据，由三态缓冲器组2控制；

上拉电阻，用于保持实时数据通道和管理数据通道空闲时总线为高电平；

从卡接口的组成与主控卡接口的组成类似，从卡接口的结构示意图如图2所示，和主控卡接口相比，从卡接口没有上拉电阻，增加了比较器(比较单元)，从卡接口具体包括接插件、稳压滤波单元、电源电压转换单元、三态缓冲器6、比较器(比较单元)、通道1(实时数据通道)、三态缓冲器组4(实时数据开关设备)、通道2(管理数据通道)、三态缓冲器组5(管理数据开关设备)、实时数据接收/发送单元、管理数据接收/发送单元和数据处理单元，从卡接口的结构示意图如图4所示。

比较器，用于比较主控卡控制线的状态与所在从卡的地址是否一致，若一致，则将比较结果输出至三态缓冲器组4和三态缓冲器6的使能端，开启从卡时钟和通道1的接收，准备接收主控卡输出至所在从卡的实时数据；

三态缓冲器组4，和主控卡的三态缓冲器组1的不同之处在于三态缓冲器组4的接收三态缓冲器4是由比较器的输出控制的，即比较器控制着从卡接口中通道1数据接收功能的开启或关闭，并且此输出的变化接连CPU中断线，能触发CPU中断；发送三态缓冲器4还是由实时数据接收/发送单元控制；

三态缓冲器6根据接收到的比较器的输出信号，关闭或开启时钟信号的输入，同时三态缓冲器6也是实现从卡时钟线热插拔的需要；

从卡接口中的接插件、稳压滤波单元、电源电压转换单元、三态缓冲器组5的功能与主控卡接口中的接插件、稳压滤波单元、电源电压转换单元、三态缓冲器组2的功能类似，在此不再赘述。

根据以上主控卡接口和从卡接口的技术方案，通过接插件连接卡件和总线，可以很好地控制卡件中地线、电源线和信号线的上电顺序，实现卡件的热插拔，而且由于接插件的价格很低，极大地降低实现热插拔的成本，提高了性价比。

另外，为了更好地实现热插拔，还可以在总线两端加设终端模块，该终端模块用于消除信号反射，过滤卡件热插拔过程中，在总线上产生的高频脉冲，更好地支持卡件的热插拔。

需要说明的是：插拔卡件时，如果是斜着插拔(斜着插拔是指先插入卡件的一边，然后插入卡件，拔卡也是一样的)，地线和电源线先引入卡件，此时总线的电源线会因为卡件的插入产生微小的波动，由图2可知信号线的上拉电阻电压是主控卡提供，而主控卡由于采用了电源稳压滤波单元、电源电压转换单元，所以在从卡的插入过程中，主控卡的电压不会改变，那么信号线的上拉电阻电压也不会改变，因此从卡的热插拔不引起总线上信号的抖动。此后信号线插入，信号线中的数据输出线，有驱动能力，可能会驱动总线，但输出线通过三态缓冲器3连接总线，此时三态缓冲器3处于高阻态，所以在插入过程中三态缓冲器3不驱动总线，且三态缓冲器3支持2级热插拔(支持2级热插拔是指三态缓冲器3具有在没有上电时为高阻态和可以通过上拉或下拉保证三态缓冲器3上电过程中是高阻态的功能)，在电源线先引入的情况下，三态缓冲器管脚已经充电完毕(三态缓冲器管脚已经充电完毕，是指电源和地先引入卡件，三态缓冲器就上电了，此时就相当于对其管脚进行了预充电，从而管脚具有了抗高频脉冲的功能，这使得插拔过程中信号线不会出现任何抖动)，所以也不引入高频脉冲；其他信号线都是输入的，所以插卡过程不会驱动总线，而且电源线的提前引入使连接这些信号线的芯片管脚充电完毕，使得插卡过程中也不会引入高频脉冲。斜着拔卡也是一样的。

如果是刚好正着插拔，此时电源线、地线和信号线同时插入，这时由于2级热插拔器件无法抑制上电过程中由于管脚电容、电感等引起的高频脉冲，其他输入管脚也存在这一问题，所以此时卡件的插拔会引起信号线抖动，但抖动的时间很短，又是高频的，而且此时总线终端滤波模块可以滤掉信号线上大部分高频脉冲，所以一般不会影响正常通信，对于10M左右的通信是完全没有影响的。

正着插拔时，如果电源线比地线先上，那么卡件可能会由于地电位和总线不同而损坏卡件，但实际上由于电源线引入卡件要经过稳压滤波单元，有一定延时，所以是地线先引入设备，避免了这个问题；如要求非常严格，稳压滤波单元中可以采用稳压管，以确保引入的电源和卡件地线之间的电压为固定值；

本发明实施例中提到的正确的上电顺序是指卡件插入时，地线先引入卡件，然后电源线，最后信号线，地线先引入是因为，如果卡件电源先引入，可能会因为地电位和总线不一致而造成卡件上器件损坏，信号线最后引入是实现热插拔的需要；

本发明实施例还提供了一种实现热插拔的方法，通过接插件实现卡件的热插拔，设置插针的位置和插针的长度，根据插针的位置和插针的长度，控制卡件的上电顺序；

用接插件连接卡件和总线，实现地线、电源线和信号线的热插拔。

连接地线的插针和连接电源线的插针分别位于接插件的两端；

连接信号线的插针位于连接地线的插针与连接电源线的插针之间；

所述插针的长度的具体设置为：

连接地线的插针采用长插针；

连接电源线的插针采用长插针；

连接信号线的插针采用短插针。

本发明实施例还提供了一种实现热插拔的方法，采用接插件和稳压滤波单元实现热插拔，包括：

设置所述接插件上插针的位置和插针的长度，所述接插件的插针包括连接地线的插针、连接电源线的插针和连接信号线的插针；

根据所述插针的位置和插针的长度，控制卡件的上电顺序；

将所述连接电源线的插针与所述稳压滤波单元连接，保持卡件热插拔时，卡件输入电压的稳定；

用接插件连接卡件和总线，实现地线、电源线和信号线的热插拔；

所述卡件为主控卡或从卡。

本发明实施例提供所述方法的最佳实施例的技术方案，类似于本发明实施例提供的所述总线接口的最佳实施例，在此不再赘述。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如R0M/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种实现热插拔的总线接口，其特征在于，包括：

接插件，用于实现地线、电源线和信号线的热插拔，连接卡件和总线，根据插针的长度和插针的位置控制卡件的上电顺序；

所述接插件的插针包括连接地线的插针、连接电源线的插针和连接信号线的插针；

稳压滤波单元，用于与所述连接电源线的插针线连接，在卡件热插拔时，保持卡件输入电压的稳定；

所述卡件为主控卡或从卡。

2、根据权利要求1所述的总线接口，其特征在于，插针的长度设置为：

连接地线的插针采用长插针；

连接电源线的插针采用长插针；

连接信号线的插针采用短插针。

3、根据权利要求2所述的总线接口，其特征在于，所述连接地线的插针长于连接电源线的插针。

4、根据权利要求2所述的总线接口，其特征在于，所述接插件中，插针的位置具体为：

连接地线的插针和连接电源线的插针分别位于接插件的两端；

连接信号线的插针位于连接地线的插针与连接电源线的插针之间。

5、根据权利要求1或2或4所述的总线接口，其特征在于，所述总线接口进一步包括：

控制时钟线热插拔单元，用于实现主控卡时钟线的热插拔；

上拉电阻，用于在卡件热插拔时，保持总线上信号的稳定。

6、根据权利要求1或2或4所述的总线接口，其特征在于，所述总线接口进一步包括：

电压转换单元，用于将输入电压转换成符合要求的电压，保持卡件电压的稳定，为总线接口供电。

7、根据权利要求5所述的总线接口，其特征在于，所述总线接口进一步包括：

电压转换单元，用于将输入电压转换成符合要求的电压，保持卡件电压的稳定，为总线接口供电。

8、一种实现热插拔的方法，其特征在于，采用接插件和稳压滤波单元实现热插拔，设置所述接插件上插针的位置和插针的长度，所述接插件的插针包括连接地线的插针、连接电源线的插针和连接信号线的插针，包括：

根据所述插针的位置和插针的长度，控制卡件的上电顺序；

将所述连接电源线的插针与所述稳压滤波单元连接，保持卡件热插拔时，卡件输入电压的稳定；

用接插件连接卡件和总线，实现地线、电源线和信号线的热插拔；

所述卡件为主控卡或从卡。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述插针的长度的具体设置为：

连接地线的插针采用长插针；

连接电源线的插针采用长插针；

连接信号线的插针采用短插针。

10、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述插针的位置具体为：

连接地线的插针和连接电源线的插针分别位于接插件的两端；

连接信号线的插针位于连接地线的插针与连接电源线的插针之间。

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