CN103166765A

CN103166765A - 一种PoE功率门限切换方法和设备

Info

Publication number: CN103166765A
Application number: CN2013101008839A
Authority: CN
Inventors: 崔月雷; 杜尉军; 郝琳琳; 任献伟; 肖冰
Original assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Current assignee: New H3C Technologies Co Ltd
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: CN103166765B

Abstract

本发明公开了一种PoE功率门限切换方法和设备。本发明方法应用于包含有CPLD和CPU的PSE设备，该方法包括：CPLD检测到电源槽位状态变化后，根据状态变化前的电源PG信息和PB寄存器值，以及状态变化后的电源PG信息，确定对应的PB保守值，并根据确定出的PB保守值输出对应的PB信号；所述CPLD触发CPU查询当前电源槽位上的电源的功率以及根据查询结果确定对应的PB寄存器值，并根据CPU确定出的PB寄存器值输出对应的PB信号。采用本发明可在多电源PSE设备上的电源切换的情况下，实现PoE功率门限快速切换。

Description

一种PoE功率门限切换方法和设备

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种PoE功率门限切换方法和设备。

背景技术

PoE（Power over Ethernet，以太网供电）指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端（如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等）传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。PoE技术能在确保现有结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作，最大限度地降低成本。

一个完整的PoE系统包括供电端设备（Power Sourcing Equipment，PSE）和受电端设备（Powered Device，PD）两部分。PSE设备是为以太网客户端设备供电的设备，同时也是整个PoE系统以太网供电过程的管理者；PD设备是接受供电的PSE设备负载，即PoE系统的客户端设备。两者基于IEEE802.3af标准建立有关PD设备的连接情况、设备类型、功耗级别等方面的信息联系，并以此为根据，PSE设备通过以太网向PD设备供电。

一个典型的以太网供电系统，在配线柜里保留以太网交换机设备，用一个带电源供电集线器给局域网的双绞线提供电源。在双绞线的末端，该电源用来驱动电话、无线接入点、相机和其它设备。

随着电信设备小型化发展，PoE交换机的用途越来越广泛。一款PoE交换机是否成功，取决于其电源方案的好坏。电源功率的大小决定其所能供的PD设备的多少，电源系统的稳定性决定了PD设备运行的可靠性。

多电源的PSE设备（如PoE交换机）具有多个电源插槽，可支持多种类型的电源，针对不同类型电源的功率，通过对应的Power Bank（PoE功率门限）进行供电管理。

目前，针对多电源PSE设备上的电源快速插拔或切换的情况，尚无PowerBank的快速切换实现方案。如果在该种情况下，Power Bank不能及时切换，一方面会使本应该供电时未能及时供电，导致PD设备上电延误，另一方面在本应该断电时未能及时断电，导致PSE设备本身被烧坏。

发明内容

本发明实施例提供了一种PSE系统中PoE功率门限切换方法和设备，用以在多电源PSE设备上的电源插拔的情况下，实现PoE功率门限快速切换。

本发明实施例提供的PoE功率门限切换方法，应用于包含有CPLD和CPU的PSE设备，所述方法包括：

CPLD检测到电源槽位状态变化后，根据状态变化前的电源PG信息和PB寄存器值，以及状态变化后的电源PG信息，确定对应的PB保守值，并根据确定出的PB保守值输出对应的PB信号；其中，所述电源PG信息用于表示电源槽位对应的电源是否有效；

所述CPLD触发CPU查询当前电源槽位上的电源的功率以及根据查询结果确定对应的PB寄存器值；

所述CPLD根据CPU确定出的PB寄存器值输出对应的PB信号。

本发明实施例提供的PSE设备，包括CPLD和CPU以及至少2个电源槽位，所述CPLD包括：

切换控制模块，用于CPLD检测到电源槽位状态变化后，根据状态变化前的电源PG信息和PB寄存器值，以及状态变化后的电源PG信息，确定对应的PB保守值；其中，所述电源PG信息用于表示电源槽位对应的电源是否有效；

输出控制模块，用于根据确定出的PB保守值输出对应的PB信号；以及，根据CPU确定出的PB寄存器值输出对应的PB信号；

中断触发模块，用于触发CPU查询当前电源槽位上的电源的功率以及根据查询结果确定对应的PB寄存器值。

本发明的上述实施例中，当CPLD在检测到电源槽位状态变化后，可先按PB保守值输出对应的PB信号，然后根据CPU读取的真实功率再进一步更新PB信号。由于CPLD反映速度远远快于软件运行速度，因此既能快速切换PoE功率门限，又能保证系统安全，电源不过载。

附图说明

图1为本发明实施例中的PSE设备主板示意图；

图2为本发明实施例中的CPLD的内部功能框架示意图；

图3为本发明实施例提供的Power Bank切换流程示意图之一；

图4为本发明实施例提供的Power Bank切换流程示意图之二；

图5为本发明实施例提供的PSE设备的结构示意图。

具体实施方式

下面以多电源PSE系统中的PSE设备具有两个电源槽位，能够支持两种类型电源为例，结合附图对本发明实施例进行描述。

图1示出了一种PSE设备的主板，下面以图1所示为例，对本发明实施例的具体实现过程进行描述。

如图1所示，该主板上设置有2个可插拔电源槽位，分别以电源槽位0和电源槽位1表示。每个电源槽位均可支持类型为A和类型为B的电源。每个电源槽位可以插接类型为A和类型为B的任何一种电源，当然也可以不插接任何电源。

每个电源槽位与主板的接口模块是相同的。电源槽位状态可以用电源PG信息表示，电源PG信息即各电源槽位对应的电源有效信号的综合信息，用于表示电源槽位状态（如电源槽位的电源是否有效）。为方便描述，以下将用于表示电源槽位状态的电平信号称为PG信号，其中，标识电源槽位0的状态的PG信号表示为PG0，标识电源槽位1的状态的PG信号表示为PG1。

电源槽位与主板的接口模块还可以向CPU输出以及接收CPU发送的通信信号。为方便描述，将电源槽位0的接口模块与CPU之间的通信信道称为Ch0，将电源槽位1的接口模块与CPU之间的通信信道称为Ch1。

两个电源槽位的PG信号输出给CPLD（Complex Programmable LogicDevice，复杂可编程逻辑器件），通过PG信号，CPLD可以确定当前2个电源槽位的状态。一般情况下，PG=0（即PG信号为低电平信号），表示电源槽位上的电源无效，比如，当电源槽位上未插接有任何电源或者插接的电源故障未能供电时，PG信号为0；PG=1（即PG信号为高电平信号），表示电源槽位上的电源有效。在CPLD内部，两个电源槽位的PG信号（即PG0和PG1）以二进制数组形式被赋给一组寄存器PG_reg。

Ch0和Ch1用于CPU与电源之间的交互，根据使用的方便及电源本身具有的接口，Ch0和Ch1可以是I2C（The Inter-Integrated Circuit，IC间接口，一种串行总线协议标准）、UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收/发器）或SPI（Serial Peripharal Interface，串行外设接口）等。在电源槽位的电源状态有效时，CPU可以通过此接口，获取这个电源槽位上的电源的功率，即获取此槽位上的电源的种类。

CPLD输出一组Power Bank（以下简称PB）信号给PoE系统，如图中的PB信号。不同的PB信号对应不同的PB值（PB值即为以功率为单位的PowerBank），PB值以二进制数组形式被赋给一组寄存器PB_reg。PB_reg寄存器值的位数与PB个数有关。在本发明实施例中，有2个电源槽位，可插2种类型的电源（即电源A和电源B），这样，两个电源槽位上插接电源的情况有以下5种组合：

A：表示只有一个电源槽位上的电源有效，该电源为电源A；

B：表示只有一个电源槽位上的电源有效，该电源为电源B；

A+B：表示两个电源槽位上的电源均有效，其中一个是电源A，另一个是电源B；

A+A：表示两个电源槽位上的电源均有效，该两个电源均为电源A；

B+B：表示两个电源槽位上的电源均有效，该两个电源均为电源B。

3位二进制数可表示8个值，因此本发明实施例中用3位的PB_reg寄存器值，即可足以记录上述五种组合情况各自对应的PB值。

以下表1示出了上述各种组合情况下对应的PB值和PB_reg寄存器值：

表1：组合情况示意表

电源组合	PG_reg寄存器值	PB值（W）	PB_reg寄存器值
				A	01或10	500	000
B	01或10	800	001
				A+A	11	1200	010
A+B	11	1500	011
				B+B	11	1800	100

表1中，假定电源A最大能提供700W，电源B最大能提供1000W，主板功耗按200W计算，因此电源总功率减去主板功耗200W，即为相应组合情况下的PB值。比如在A+B组合的情况下，PB值=（700W+1000W）-200W=1500W。

针对PSE设备具有2个电源槽位以及同一个电源槽位可插2种电源的情况，电源槽位状态变化之后的状态最多只有2种可能。以下表2示出了各种切换情景的情况。

表2：切换情景表

从表2可以看出，切换情景1、2、3中，电源槽位状态变化后的组合情况有2种。根据状态变化前和变化后的电源槽位状态（即电源PG信息）以及变化前的PB_reg寄存器值，可以确定出切换情景，但对于切换情景1、2、3来说，即使确定出切换情景，也不能唯一确定出状态变化后的组合情况。比如，CPLD确定出状态变化前的PG信号为：PG0=0、PG1=1，PB_reg寄存器值为000，即状态变化前电源槽位1的电源A有效，变化后的PG信号为PG0=1、PG1=1，参照表2可以确定出是切换场景1，但还是无法唯一确定出切换后的变化组合，因此也就无法唯一确定切换后的PB信号输出。

本发明实施例中，针对每种切换情景（即插入或拔出一个电源），根据切换后的电源组合情况，确定出对应的PB保守值，并建立各种切换情景与PB保守值之间的对应关系。其中，PB保守值为对应切换情景下，切换后的各组合情况中应输出的PB值中最小的PB值。优选的，可将上述对应关系中的PB保守值用该PB值对应的PB_reg寄存器值代替。

本发明实施例针对各种切换情景设置如下表3所示的切换情景与PB保守值（或PB保守值对应的PB_reg寄存器值）的对应关系表：

表3：切换情景与PB保守值的对应关系表

表3中的切换情景序号对应的切换情景，与表2相同。

以切换情景1为例，其对应的PB保守值设置方法为：根据表2，切换情景1下，切换后的组合情况可能是A+B或A+A，A+B组合时的PB值为1500W，A+A组合时的PB值为1200W，因此取其中较小的1200W作为该切换情景对应的PB保守值。

当电源槽位状态发生变化时，CPLD根据状态变化前和变化后的PG信息和变化前的PB_reg寄存器值，利用上述对应关系，确定出对应的PB保守值或PB保守值对应的PB_reg寄存器值，根据该PB保守值或PB保守值对应的PB_reg寄存器值输出对应的PB信号。进一步的，还可触发CPU获取当前的电源功率并确定对应的PB值，并根据该PB值对输出的PB信号进行调整。

图3示出了本发明实施例提供的PB切换流程。为了更清楚的描述该流程，首先对CPLD中与本发明实施例相关的内部功能框架进行说明。

如图2所示，CPLD中包括PG寄存器(即前述的PG_reg)、PB寄存器(即前述的PB_reg)，还包括切换控制模块、输出控制模块和中断触发模块。其中，PG寄存器用于记录各电源槽位的PG信号所对应的二进制数组；PB寄存器用于记录PB信号对应的二进制数组；切换控制模块中建立有上述切换情景与PB保守值的对应关系，用于根据电源状态变化情况确定需要输出的PB保守值；输出控制模块用于进行PB信号输出控制；中断触发模块用于触发CPU获取电源功率并确定PB值，以使输出控制模块根据CPU确定出的PB值调整PB信号输出。

基于上述CPLD的结构，本发明实施例提供的PB切换可如图3所示，包括：

步骤301：CPLD检测到PG信号变化后，CPLD中的切换控制模块根据状态变化前和状态变化后的PG信息以及状态变化前的PB寄存器值，并根据预先建立的对应关系，确定对应的PB保守值或PB保守值对应的PB寄存器值。

具体的，当从电源槽位中拔出电源或者向电源槽位插入电源时，该电源槽位与主板的接口模块输出到CPLD的PG信号会发生变化，从而可被CPLD检测到。一旦检测到PG信号变化，切换控制模块即被触发以下操作：读取PB寄存器获得状态变化前的PB寄存器值（由于当前还未更新PB信号输出，因此当前PB寄存器的值还是状态变化前的值），读取PG寄存器获得状态变化前和变化后的PG寄存器值（PG寄存器可以记录状态变化前和变化后的PG寄存器值，即，通过设置PG寄存器组的数量，可以用不同的PG寄存器组记录状态变化前和变化后的PG寄存器值），再利用前述的对应关系（如表3所示），确定对应的PB保守值或PB保守值对应的PB寄存器值。

步骤302：切换控制模块将该PB保守值对应的PB寄存器值写入PB寄存器，输出控制模块根据PB保守值输出对应的PB信号。

步骤303：中断触发模块触发CPU查询当前的电源功率以及确定对应的PB值。

具体的，中断触发模块可向CPU发送PG_INT中断信号。CPU收到该信号后，通过Ch0与电源槽位0上的电源通信，通过Ch1与电源槽位1上的电源通信，查询电源功率，将查询到的总的电源功率减去主板功耗得到PB值，并将计算得到的PB值所对应的PB寄存器值写入CPLD中的PB寄存器。

步骤304：输出控制模块根据CPU确定出的PB寄存器值输出PB信号。

具体的，输出控制模块根据PB寄存器记录的由CPU写入的数值输出对应的PB信号时，如果CPU写入的数值与当前输出的PB信号一致，则无需更新PB信号的输出。

需要说明的是，上述流程中，步骤301和步骤303没有严格时序要求。

下面以在电源槽位中插入一个电源的上电过程为例，描述PB切换流程。

电源槽位当前状态为电源槽位1中插入有电源A且电源A有效，电源槽位0为空。当在电源槽位0中插入电源B后，CPLD检测到电源槽位0的PG信号从0变化为1，则获取变化前的PG寄存器值为01，变化后的PG寄存器值为11，变化前的PB寄存器值为000，与此对应的PB保守值为1200W，因此输出对应的PB信号。CPLD向CPU发送PG_INT中断信号，CPU收到该信号后，通过Ch0与电源槽位0上的电源交互，通过Ch1与电源槽位1上的电源交互，查询电源槽位0和电源槽位1上的电源的功率，查询结果为1700W，减去主板功耗200W，最终得到1500W，将1500W对应的PB寄存器值011写入CPLD的PB寄存器。CPLD根据PB寄存器输出对应的PB信号。

根据表2可以看出，对于切换情景4和切换情景5，变化后的状态是唯一的，即预先设置的PB保守值与根据实际电源功率得到的PB值是一致的。针对这种情况，可以不用触发CPU进行查询，即可对图3所示的流程进一步优化。优化后的流程可如图4所示，包括：

步骤401：检测到PG信号变化后，CPLD中的切换控制模块根据状态变化前和状态变化后的PG信息以及状态变化前的PB寄存器值，并根据预先建立的对应关系，确定对应的PB保守值或PB保守值对应的PB寄存器值。具体实现同图3中的步骤301。

步骤402：切换控制模块将该PB保守值对应的PB寄存器值写入PB寄存器，输出控制模块根PB保守值输出对应的PB信号。具体实现同图3中的步骤302。

步骤403：切换控制模块根据状态变化前和状态变化后的PG信息以及状态变化前的PB寄存器值，判断切换后的状态是否唯一，若唯一，则结束本流程，否则转入步骤404。

对于本实施例中2个电源槽位以及支持上述2种电源的场景，如果切换控制模块判断变化前的PG寄存器值为11，变化后的PG寄存器值为01或10，变化前的PB寄存器值为010或100，则认为切换后的状态是唯一的。

步骤404：中断触发模块触发CPU查询当前的电源功率以及确定对应的PB值。具体实现同图3中的步骤303。

步骤405：输出控制模块根据PB寄存器的当前值输出对应的PB信号。具体实现同图3中的步骤304。

下面以在电源槽位中拔出一个电源的掉电过程为例，描述PoE功率门限切换流程。

电源槽位当前状态为电源槽位0中插入有电源A且电源A有效，电源槽位1中插入有电源A且电源A有效。当从电源槽位1拔出电源A后，CPLD检测到电源槽位1的PG信号从1变化为0，则获取变化前的PG寄存器值为11，变化后的PG寄存器值为10，变化前的PB寄存器值为010，与此对应的PB保守值为500W，因此输出对应的PB信号。CPLD判断变化前的PG寄存器值变化后的PG寄存器值以及变化前的PB寄存器值，符合流程结束条件，因此结束本流程。

通过以上描述可以看出，当CPLD在检测到电源槽位状态变化后，可先将PB值切换到PB保守值，然后根据CPU读取的真实功率再进一步调整PB值。由于CPLD反映速度远远快于软件运行速度，因此既能快速更新PB信号，又能避免出错，导致超负荷供电。

从产品制造商的角度来说，当然是安全第一。因为一旦PB输出有误，造成PSE设备超负荷供电，轻则使一次电源保护性down机，重则可能烧毁电源。本发明实施例采用阶段式上电法，首先用保守值供电，确保不超负荷，第一步上电的同时，主机通过软件手段查询电源的真实可供电功率，如有必要，再进行更新，开始第二步上电。

从技术实现的难度来说，本发明实施例很容易实现。软件上电源与CPU的接口可以是任何双向接口，处理流程很少，只需在CPLD上报中断后，读取电源的功率，然后刷新到CPLD中即可。

需要说明的是，本发明的上述实施例是以2个电源槽位以及支持两种电源为例描述的，但本发明并不限于此。当电源槽位能够支持的电源类型数量超过两种时，依然可采用与本发明的上述实施例相应的原理实现PB快速切换，且能够达到上述技术效果。例如对于可支持3种电源的情况，可能的组合有9种，分别为A、B、C、A+B、A+C、B+C、A+A、B+B、C+C，即可有9个PB值，如果想全部使用，则需要4根PB线。如果只使用8个PB值，则只可需要3根PB线。

基于相同的技术构思，本发明实施例还通过了一种PSE设备。

参见图5，为本发明实施例提供的PSE设备的结构示意图。

如图所示，该PSE设备可包括CPLD和CPU以及至少2个电源槽位，其中，CPLD的内部功能结构可如图2所示。CPLD中的PG寄存器用于记录各电源槽位的PG信号所对应的二进制数组，PB寄存器用于记录PB信号对应的二进制数组。CPLD中的切换控制模块、输出控制模块、中断触发模块的功能分别如下所述：

进一步的，切换控制模块还可根据状态变化前的电源PG信息和PB寄存器值，以及状态变化后的电源PG信息，判断状态变化结果是否唯一。中断触发模块具体用于：若切换控制模块判定状态变化结果不唯一，则触发CPU查询当前电源槽位上的电源的功率以及根据查询结果确定对应的PB寄存器值。

具体的，切换控制模块中建立有电源PG信息和PB寄存器值与PB保守值的对应关系，切换控制模块依此为依据，根据状态变化前的电源PG信息和PB寄存器值，以及状态变化后的电源PG信息，确定对应的PB保守值。

具体的，PB保守值为电源槽位状态变化后的各种可能状态下应使用的PB值中的最小值。

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硬件加必需的软件的方式来实现，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硬件加软件的产品形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端设备（可以是手机，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims

1.一种以太网供电PoE功率门限切换方法，应用于包含有复杂可编程逻辑器件CPLD和CPU的供电端设备PSE设备，其特征在于，所述方法包括：

CPLD检测到电源槽位状态变化后，根据状态变化前的电源PG信息和PoE功率门限PB寄存器值，以及状态变化后的电源PG信息，确定对应的PB保守值，并根据确定出的PB保守值输出对应的PB信号；其中，所述电源PG信息用于表示电源槽位对应的电源是否有效；

所述CPLD根据CPU确定出的PB寄存器值输出对应的PB信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：所述CPLD检测到电源槽位状态变化后，根据状态变化前的电源PG信息和PB寄存器值，以及状态变化后的电源PG信息，判断状态变化结果是否唯一；

所述CPLD触发CPU查询当前电源槽位上的电源的功率以及根据查询结果确定对应的PB寄存器值，具体为：若所述CPLD判定状态变化结果不唯一，则触发CPU查询当前电源槽位上的电源的功率以及根据查询结果确定对应的PB寄存器值；

所述方法还包括：若所述CPLD判定状态变化结果唯一，则结束流程。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CPLD中建立有电源PG信息和PB寄存器值与PB保守值的对应关系。

4.如权利要求1-3任意项所述的方法，其特征在于，所述PB保守值为电源槽位状态变化后的各种可能状态下应使用的PB值中的最小值。

5.一种供电端设备PSE设备，包括复杂可编程逻辑器件CPLD和CPU以及至少2个电源槽位，其特征在于，所述CPLD包括：

切换控制模块，用于CPLD检测到电源槽位状态变化后，根据状态变化前的电源PG信息和以太网供电功率门限PB寄存器值，以及状态变化后的电源PG信息，确定对应的PB保守值；其中，所述电源PG信息用于表示电源槽位对应的电源是否有效；

6.如权利要求5所述的PSE设备，其特征在于，所述切换控制模块还用于，根据状态变化前的电源PG信息和PB寄存器值，以及状态变化后的电源PG信息，判断状态变化结果是否唯一；

所述中断触发模块具体用于，若所述切换控制模块判定状态变化结果不唯一，则触发CPU查询当前电源槽位上的电源的功率以及根据查询结果确定对应的PB寄存器值。

7.如权利要求5所述的PSE设备，其特征在于，所述切换控制模块中建立有电源PG信息和PB寄存器值与PB保守值的对应关系。

8.如权利要求5-7任意项所述的PSE设备，其特征在于，所述PB保守值为电源槽位状态变化后的各种可能状态下应使用的PB值中的最小值。