CN104391555B - 一种服务器风扇调速方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种服务器风扇调速方法，在常用的线性或者基于温度段的分段局部线性温度‑占空比曲线的基础上，通过加减一个与温度升降快慢有关的偏移量对其进行修正，从而得到一个PWM占空比的变化更能适应温度变化规律的非线性温度‑占空比曲线，根据这个曲线确定的芯片温度和PWM占空比的关系对服务器风扇进行调速，有利于更好地解决芯片散热和风扇降噪问题。
Description
技术领域
本发明涉及服务器机箱散热技术领域，尤其涉及一种服务器风扇调速方法。
背景技术
服务器是一种计算密集型的设备，内部的CPU及各种芯片会产生大量的热量，如果不及时将机器运行中产生的热排放出去，就会导致芯片和机箱温度升高，严重影响服务器的稳定性和可靠性，甚至导致系统宕机。
四针PWM智能温控风扇自应用以来，很好地解决了机箱散热问题。采用PWM智能温控风扇的主板上，具有测温电路和PWM控制芯片，PWM控制芯片根据测温电路获取的CPU等芯片或者机箱的温度，产生不同占空比的PWM脉冲信号，PWM信号把风扇的12V电源电压转换成风扇需要的等效模拟驱动电压，这样就可以通过改变PWM占空比实现风扇转速的多级调制。但常用的温度-占空比关系往往是线性关系或者基于温度段的分段局部线性关系，对于CPU负载急剧上升等导致的温度加快升高的趋势不能有效地抑制，也不能在CPU负载大幅下降等导致温度加快降低时有效地降噪。
发明内容
本发明的目的是提供一种服务器风扇调速方法。
本发明的目的是按以下方式实现的，包括以下步骤：
(1)初始化线性或者基于温度段的分段局部线性温度-占空比映射表，基于该映射表确定了一个或者一组线性函数关系；
(2)测量当前时刻的芯片温度为f(t2)；
(3)初始化当前时刻的前2时间单位时刻的芯片温度为f(t0)＝f(t2)，当前时刻的前1时间单位时刻的芯片温度为f(t1)＝f(t2)；
(4)根据如下温度-占空比公式确定当前时刻PWM控制芯片需要发送给风扇的PWM占空比数值并发送给风扇调整占空比：
y＝[k f(t2)+b]+a[f(t2)+f(t0)-2f(t1)]
其中，k f(t2)+b是由温度-占空比映射表确定的函数关系；k是斜线的斜率或者当前温度段所在斜线的斜率，称为占空比调整步长，简称调整步长；b是温度为0时斜线或者当前温度段所在斜线与纵轴的交点即温度为0时的占空比，称为零温占空比；a[f(t2)+f(t0)-2f(t1)]是对当前温度下占空比的微调，称为占空比微调项，简称微调项；a是一个常数，称为占空比微调因子，简称微调因子；
(5)更新当前时刻的前2时间单位时刻的芯片温度为f(t0)＝f(t1)，当前时刻的前1时间单位时刻的芯片温度为f(t1)＝f(t2)；
(6)测量当前时刻的芯片温度为f(t2)；
(7)返回步骤(4)执行。
2.如权利要求1所述的服务器风扇调速方法，其特征在于，温度-占空比公式的确定方法，以线性温度-占空比映射表为例，其特征在于具有如下推导过程：
通过数学建模，芯片温度x随时间t以及占空比y随温度x变化的规律可由以下两式给出
就像上述两式所描述的，时间-温度曲线是芯片温度随时间随机变化的，非线性的，而温度-占空比曲线是开发人员为控制风扇自行指定的，线性的，但是，这种温度-占空比关系不能有效地适应芯片温度的变化趋势，一种可行的方法是对通过温度-占空比映射关系得到的占空比值进行修正，使得从整体上看温度与占空比成为一种非线性的变化关系，而温度关于时间的二阶导数恰好反映了一段时间内芯片温度升降快慢的趋势，即：
在T1时间段内，温度加快升高，二阶导数大于0，占空比需在原有基础上增加一定数值；
在T2时间段内，温度减慢升高，二阶导数小于0，占空比需在原有基础上减少一定数值；
在T3时间段内，温度加快降低，二阶导数小于0，占空比需在原有基础上减小一定数值；
在T4时间段内，温度减慢降低，二阶导数大于0，占空比需在原有基础上增加一定数值；
因此，可以使用温度关于时间的二阶导数乘以一个微调因子作为微调项对温度-占空比曲线进行修正，即
y＝(kx+b)+h(t)
其中，微调项
h(t)＝af″(t)
即温度-占空比关系为
y＝[k f(t)+b]+af″(t)
下面就来推导f″(t)和y的具体表达式并证明增加这一微调项后占空比y随芯片温度x呈非线性变化；
当前时刻的前1时间单位时刻及当前时刻的温度关于时间的一阶导数为
令Δt1＝t1-t0，Δt2＝t2-t1，Δt＝Δt2＝Δt1＝1，则有
即微分方程转换为差分方程，但本文仍采用微分表达式和导数的说法；
又有当前时刻温度关于时间的二阶导数
得到
f″(t2)＝f(t2)+f(t0)-2f(t1)
进一步地，令t2＝t，则t1＝t2-1＝t-1，t0＝t1-1＝t-2，即选择等间隔的时刻进行温度测量，且时间间隔为1，则有一阶导数
f'(t)＝f(t)-f(t-1)
及二阶导数
f″(t)＝f(t)+f(t-2)-2f(t-1)
从而得到占空比y的表达式
y＝[k f(t)+b]+a[f(t)+f(t-2)-2f(t-1)]
不考虑芯片温度x随时间t不变化，即f'(t)＝0的情况，则占空比对温度的导数为
其中
从而有
可见，占空比y随温度x的变化在原有斜率k的基础上，增加了一项f″′(t)为温度对时间的三阶导数，通过对温度对时间的二阶导数f″(t)求导可得
将f″′(t)的表达式代入占空比y随温度x变化的表达式，得到
即
可见，对于不同的时刻，除非f″′(t)＝f'(t)+f'(t-2)-2f'(t-1)＝0始终成立，则占空比y随温度x的变化不为常数。三阶导数f″′(t)始终为0表示芯片温度x对时间t的二阶导数f″(t)始终为常数，这与时间-温度曲线是芯片温度随时间随机变化的条件不符，除了这种情况，占空比y随温度x的变化率是不断变化的，这就证明了增加这一微调项后在时刻t占空比y随芯片温度x呈非线性变化。
本发明的有益效果是：在常用的线性或者基于温度段的分段局部线性温度-占空比曲线的基础上，通过加减一个与温度升降快慢有关的偏移量对其进行修正，从而得到一个PWM占空比的变化更能适应温度变化规律的非线性温度-占空比曲线，根据这个曲线确定的芯片温度和PWM占空比的关系对服务器风扇进行调速，有利于更好地解决芯片散热和风扇降噪问题。
附图说明
图1是线性温度-占空比曲线的示意图；
图2是基于温度段的分段局部线性温度-占空比曲线的示意图；
图3是芯片温度随时间变化曲线的示意图；
图4是本发明对线性温度-占空比曲线进行的修正的示意图；
图5是本发明的实施案例的示意图。
具体实施方式
参照说明书附图对本发明的方法作以下详细地说明。
本发明的技术方案包括：
一种服务器风扇调速方法，包括以下步骤：
(1)初始化线性或者基于温度段的分段局部线性温度-占空比映射表，基于该映射表确定了一个或者一组线性函数关系；
(2)测量当前时刻的芯片温度为f(t2)；
(3)初始化当前时刻的前2时间单位时刻的芯片温度为f(t0)＝f(t2)，当前时刻的前1时间单位时刻的芯片温度为f(t1)＝f(t2)；
(4)根据如下温度-占空比公式确定当前时刻PWM控制芯片需要发送给风扇的PWM占空比数值并发送给风扇调整占空比：
y＝[k f(t2)+b]+a[f(t2)+f(t0)-2f(t1)]
其中，k f(t2)+b是由温度-占空比映射表确定的函数关系；k是斜线的斜率或者当前温度段所在斜线的斜率，称为占空比调整步长，简称调整步长；b是温度为0时斜线或者当前温度段所在斜线与纵轴的交点即温度为0时的占空比，称为零温占空比；a[f(t2)+f(t0)-2f(t1)]是对当前温度下占空比的微调，称为占空比微调项，简称微调项；a是一个常数，称为占空比微调因子，简称微调因子。
(5)更新当前时刻的前2时间单位时刻的芯片温度为f(t0)＝f(t1)，当前时刻的前1时间单位时刻的芯片温度为f(t1)＝f(t2)；
(6)测量当前时刻的芯片温度为f(t2)；
(7)返回步骤(4)执行。
线性温度-占空比曲线和基于温度段的分段局部线性温度-占空比曲线分别如附图1和附图2所示。
所述的温度-占空比公式的确定方法，以不分温度段的线性映射表为例，其推导过程如下：
通过数学建模，芯片温度x随时间t以及占空比y随温度x变化的规律可由以下两式给出
就像上述两式所描述的，时间-温度曲线是芯片温度随时间随机变化的，非线性的，而温度-占空比曲线是开发人员为控制风扇自行指定的，线性的。但是，由附图3可见，这种温度-占空比关系不能有效地适应芯片温度的变化趋势。例如，当CPU负载急剧升高导致在现有占空比调整速度下温度加快升高时，仅根据温度-占空比映射关系指定一个占空比便没有对温度加快升高的情况采取提前的降温措施，只是一种温度跟随策略，为了抑制温度过快升高的趋势，应该在根据映射表指定的占空比的基础上再增加一定的占空比数值；再例如，当CPU负载突然降为接近零导致在现有占空比调整速度下温度加快降低时，仅根据温度-占空比映射关系指定一个占空比便没有对温度加快降低的情况采取提前的降噪措施，仍只是一种温度跟随策略，为了降低风扇的噪声，应该在根据映射表指定的占空比的基础上再减少一定的占空比数值。一种可行的方法是对通过温度-占空比映射关系得到的占空比值进行修正，使得从整体上看温度与占空比成为一种非线性的变化关系，而温度关于时间的二阶导数恰好反映了一段时间内芯片温度升降快慢的趋势，即：
在T1时间段内，温度加快升高，二阶导数大于0，占空比需在原有基础上增加一定数值；
在T2时间段内，温度减慢升高，二阶导数小于0，占空比需在原有基础上减少一定数值；
在T3时间段内，温度加快降低，二阶导数小于0，占空比需在原有基础上减小一定数值；
在T4时间段内，温度减慢降低，二阶导数大于0，占空比需在原有基础上增加一定数值。
因此，可以使用温度关于时间的二阶导数乘以一个微调因子作为微调项对温度-占空比曲线进行修正，即
y＝(kx+b)+h(t)
其中，微调项
h(t)＝af″(t)
即温度-占空比关系为
y＝[k f(t)+b]+af″(t)
下面就来推导f″(t)和y的具体表达式并证明增加这一微调项后占空比y随芯片温度x呈非线性变化。
当前时刻的前1时间单位时刻及当前时刻的温度关于时间的一阶导数为
令Δt1＝t1-t0，Δt2＝t2-t1，Δt＝Δt2＝Δt1＝1，则有
即微分方程转换为差分方程，但本文仍采用微分表达式和导数的说法。
又有当前时刻温度关于时间的二阶导数
得到
f″(t2)＝f(t2)+f(t0)-2f(t1)
进一步地，令t2＝t，则t1＝t2-1＝t-1，t0＝t1-1＝t-2，即选择等间隔的时刻进行温度测量，且时间间隔为1，则有一阶导数
f'(t)＝f(t)-f(t-1)
及二阶导数
f″(t)＝f(t)+f(t-2)-2f(t-1)
从而得到占空比y的表达式
y＝[k f(t)+b]+a[f(t)+f(t-2)-2f(t-1)]
不考虑芯片温度随时间不变化，即的情况，则占空比对温度的导数为
其中
从而有
可见，占空比y随温度x的变化在原有斜率k的基础上，增加了一项f″′(t)为温度对时间的三阶导数，通过对温度对时间的二阶导数f″(t)求导可得
将f″′(t)的表达式代入占空比y随温度x变化的表达式，得到
即
可见，对于不同的时刻，除非始终成立，则占空比随温度的变化不为常数。三阶导数始终为0表示芯片温度对时间的二阶导数始终为常数，这与时间-温度曲线是芯片温度随时间随机变化的条件不符，除了这种情况，占空比y随温度x的变化率是不断变化的，这就证明了增加这一微调项后在时刻t占空比y随芯片温度x呈非线性变化。由附图4可见，芯片温度xt与芯片温度xt-1相比较芯片温度xt-1与芯片温度xt-2有加快升高的趋势，这时以修正项deltaY对时刻t的占空比yt进行微调，使得时刻t+1的芯片温度xt+1与时刻t的芯片温度xt的升高趋势被抑制。对于每一个温度点都进行修正，就能得到整体上看占空比随温度呈非线性变化关系的调速曲线。
面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
下面给出一个实施例：
有服务器主板一块，板卡上放置一颗AST2400的BMC，AST2400通过I2C总线与MAX6639进行通信，MAX6639被设置为PWM工作模式。AST2400上有预先设置好的线性温度-占空比映射表，根据MAX6639获取的当前时刻的温度数据及暂存的当前时刻的前两个时刻的温度数据进行计算，得到当前时刻经过修正的占空比数值，对风扇进行调速操作。
以上所述的实施例，只是本发明具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。
Claims (2)
1.一种服务器风扇调速方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)初始化线性或者基于温度段的分段局部线性温度-占空比映射表，基于该映射表确定了一个或者一组线性函数关系；
(2)测量当前时刻的芯片温度为f(t2)；
(3)初始化当前时刻的前2时间单位时刻的芯片温度为f(t0)＝f(t2)，当前时刻的前1时间单位时刻的芯片温度为f(t1)＝f(t2)；
(4)根据如下温度-占空比公式确定当前时刻PWM控制芯片需要发送给风扇的PWM占空比数值并发送给风扇调整占空比：
y＝[kf(t2)+b]+a[f(t2)+f(t0)-2f(t1)]
其中，kf(t2)+b是由温度-占空比映射表确定的函数关系；k是斜线的斜率或者当前温度段所在斜线的斜率，称为占空比调整步长，简称调整步长；b是温度为0时斜线或者当前温度段所在斜线与纵轴的交点即温度为0时的占空比，称为零温占空比；a[f(t2)+f(t0)-2f(t1)]是对当前温度下占空比的微调，称为占空比微调项，简称微调项；a是一个常数，称为占空比微调因子，简称微调因子；
(5)更新当前时刻的前2时间单位时刻的芯片温度为f(t0)＝f(t1)，当前时刻的前1时间单位时刻的芯片温度为f(t1)＝f(t2)；
(6)测量当前时刻的芯片温度为f(t2)；
(7)返回步骤(4)执行。
2.如权利要求1所述的服务器风扇调速方法，其特征在于，温度-占空比公式的确定方法，以线性温度-占空比映射表为例，其特征在于具有如下推导过程：
通过数学建模，芯片温度x随时间t以及占空比y随温度x变化的规律可由以下两式给出
就像上述两式所描述的，时间-温度曲线是芯片温度随时间随机变化的，非线性的，而温度-占空比曲线是开发人员为控制风扇自行指定的，线性的，但是，这种温度-占空比关系不能有效地适应芯片温度的变化趋势，一种可行的方法是对通过温度-占空比映射关系得到的占空比值进行修正，使得从整体上看温度与占空比成为一种非线性的变化关系，而温度关于时间的二阶导数恰好反映了一段时间内芯片温度升降快慢的趋势，即：
在T1时间段内，温度加快升高，二阶导数大于0，占空比需在原有基础上增加一定数值；
在T2时间段内，温度减慢升高，二阶导数小于0，占空比需在原有基础上减少一定数值；
在T3时间段内，温度加快降低，二阶导数小于0，占空比需在原有基础上减小一定数值；
在T4时间段内，温度减慢降低，二阶导数大于0，占空比需在原有基础上增加一定数值；
因此，可以使用温度关于时间的二阶导数乘以一个微调因子作为微调项对温度-占空比曲线进行修正，即
y＝(kx+b)+h(t)
其中，微调项
h(t)＝af″(t)
即温度-占空比关系为
y＝[kf(t)+b]+af″(t)
下面就来推导f″(t)和y的具体表达式并证明增加这一微调项后占空比y随芯片温度x呈非线性变化；
当前时刻的前1时间单位时刻及当前时刻的温度关于时间的一阶导数为
令Δt1＝t1-t0，Δt2＝t2-t1，Δt＝Δt2＝Δt1＝1，则有
即微分方程转换为差分方程，但本文仍采用微分表达式和导数的说法；
又有当前时刻温度关于时间的二阶导数
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进一步地，令t2＝t，则t1＝t2-1＝t-1，t0＝t1-1＝t-2，即选择等间隔的时刻进行温度测量，且时间间隔为1，则有一阶导数
f'(t)＝f(t)-f(t-1)
及二阶导数
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可见，对于不同的时刻，除非f″′(t)＝f'(t)+f'(t-2)-2f'(t-1)＝0始终成立，则占空比y随温度x的变化不为常数， 三阶导数f″′(t)始终为0表示芯片温度x对时间t的二阶导数f″(t)始终为常数，这与时间-温度曲线是芯片温度随时间随机变化的条件不符，除了这种情况，占空比y随温度x的变化率是不断变化的，这就证明了增加这一微调项后在时刻t占空比y随芯片温度x呈非线性变化。
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2014
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