CN105005363A - 基于通用型arm架构的服务器平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于通用型ARM架构的服务器平台，包括：冗余电源、主板、CPU节点、千兆以太网交换机、上位机管理服务器、硬盘模组冗余电源将市电转换为标准的ATX电源或12V单电源，并择优供给主板，主板承载CPU节点，主板给每个CPU节点供电，并按照定时间隔依次对每个CPU节点上电，每个CPU节点均与硬盘模组连接，硬盘模组用于扩充系统存储容量，CPU节点采用千兆以太网交换机进行CPU节点间通信，并通过千兆以太网对各CPU节点进行操作，上位机管理服务器通过以太网交换机控制主板。本发明是一种低功耗、高性能、支持热插拔的基于通用型ARM架构的服务器平台。

Description

基于通用型ARM架构的服务器平台

技术领域

本发明涉及服务器实现技术领域，尤其涉及一种低功耗、高性能、支持热插拔的基于通用型ARM架构的服务器平台。

背景技术

产品变迁最大的推动力来源于用户需求，在服务器市场，用户对开放、标准化、低成本的需求让x86服务器迅速繁荣，让一度辉煌的大型主机和小型机黯然无光；而今，随着互联网应用日趋丰富成熟、云计算风生水起，并行化、轻量化的负载类型在快速增长，使得用户对服务器的需求再度发生了变化，同时“催熟”了服务器中的一个细分子类——低功耗服务器。在云计算的趋势下，低功耗、小体积的处理器平台会成为主流。目前英特尔一直积极地降低x86架构的芯片的能耗，而低耗能这正是ARM架构的优势，也是机会所在。

EnrgyCore ECX-1000是美国厂商Calxeda开发的业界第一款基于ARM架构、专门面向服务器应用的处理器；AMD也于2014年1月底推出代号为“西雅图”的Opteron A1100ARM处理器，不过至于基于Opteron A1100的服务器成品、OEM合作要到第四季度才会宣布。就目前市场来看，目前低功耗服务器还面临着生态系统并不完善、用户基础相对薄弱等不利因素，基于ARM内核的服务器芯片还刚刚面世，不利于低成本投入，对未来的市场推广，技术完善等存在诸多的不明因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种低功耗、高性能、支持热插拔的基于通用型ARM架构的服务器平台。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：提供一种基于通用型ARM架构的服务器平台，包括：冗余电源、主板、CPU节点、千兆以太网交换机、上位机管理服务器、硬盘模组，冗余电源将市电转换为标准的ATX电源或12V单电源，并通过电源路径选择单元择优供给主板，主板承载若干CPU节点，主板板载DC-DC电源模块将12V电压转换为5V电压，给每个CPU节点供电，并按照定时间隔依次对每个CPU节点上电，每个CPU节点均与硬盘模组连接，硬盘模组用于扩充系统存储容量，CPU节点采用千兆以太网交换机进行CPU节点间通信，并通过千兆以太网对各CPU节点进行操作，上位机管理服务器通过以太网交换机控制主板。

主板具有主控模块，且主控模块为意法半导体STM32单片机，通过单片机IO控制电源开关给每个CPU节点供电，按照200ms间隔依次上电，避免启动电流过大导致系统不稳定或电源进入保护状态。

主控模块通过SPI转以太网口与上位机管理服务器相连，所有模块通过以网络统一进行管理。

CPU节点带有热插拔识别信号，当CPU节点插入主板时，热插拔识别信号对主控模块产生中断信号，主控模块打开该CPU节点电源，并向CPU节点发送开机和复位信号，完成该CPU节点开机操作；当需要移除某个CPU节点，由上位机管理服务器向该CPU节点发送关机信号，CPU节点进入关机流程，主控模块侦测到该CPU节点关机后，关闭该CPU节点电源，并通知维护人员移除该CPU节点。主板具有PCI卡槽，CPU节点通过PCI金手指与主板相连，采用直立安装结构，CPU节点使用PCI规范中3.3V和5V供电管脚；CPU节点与主板通过自定义控制信号进行通讯，其中包括I2C总线、待机控制线、开关机控制线、热插拔中断、板卡片选信号、BOOT启动控制信号、HDMI端口、USB OTG信号线和串口信号。

主控模块通过I2C总线读取CPU节点序列号和MAC地址信息，每个CPU节点自带4K FRAM存储器，用于储存序列号、MAC地址和配置信息，重刷系统固件不会丢失；FRAM为统一地址，由CPU节点上电后，配合板卡片选信号，经由I2C总线分别上报给主控模块，让主控模块知晓每个PCI卡槽对应的CPU节点地址及CPU节点容量情况。

主控模块可根据负载情况动态调整各CPU节点的工作状态，当某个CPU节点处于空闲状态暂时不需要在线时，可让对应的CPU节点进入低功耗待机模式，单个CPU节点耗电量降低至0.15W，且支持快速唤醒操作；若需要对CPU节点容量进行更改，或进行故障排除需要删除某个CPU节点时，亦可通过开关机控制线完全关闭某个CPU节点。

每个CPU节点具备一路USB OTG接口，通过USB HUB和信号选择开关汇聚为一路USB输入端口，由主控模块控制每个CPU节点的BOOT模式位，并配合复位信号让某个CPU节点进入固件更新模式。

每个CPU节点可独立运行Linux或Android系统，并通过HDMI端口切换显示节点用户界面不会占用网络带宽。

与现有的技术相比，本发明能够使用通用型ARM处理器芯片构建专用的低功耗、低成本、高性能服务器平台。尤其适合小规模应用，有利于ARM平台在服务器领域的推广和整个生态链的完善。本发明具备良好的系统扩展性和维护性。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为本发明基于通用型ARM架构的服务器平台框图。

图2为如图1所示的基于通用型ARM架构的服务器平台的电源框图。

图3为如图1所示的基于通用型ARM架构的服务器平台的CPU节点框图。

图4为如图1所示的基于通用型ARM架构的服务器平台的主板框图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，如图1、2所示，本发明实施例公开的基于通用型ARM架构的服务器平台100，包括：冗余电源、主板、CPU节点、千兆以太网交换机、上位机管理服务器、硬盘模组，冗余电源将市电转换为标准的ATX电源或12V单电源，并通过电源路径选择单元择优供给主板，主板承载若干CPU节点，主板板载DC-DC电源模块将12V电压转换为5V电压，给每个CPU节点供电，各个CPU节点是通过PCI卡槽与主板进行连接，并按照定时间隔依次对每个CPU节点上电，每个CPU节点均与硬盘模组连接，硬盘模组用于扩充系统存储容量，CPU节点采用千兆以太网交换机进行CPU节点间通信，并通过千兆以太网对各CPU节点进行操作，上位机管理服务器通过以太网交换机控制主板。

如图3所示，CPU节点通过CPU节点板卡插装在主板的PCI卡槽上，图3是CPU节点板卡的框图，CPU节点板卡是整个服务器的核心模块，具备热插拔功能，每个CPU节点板卡带有一颗4核心CORTEX A9的ARM 32位处理器，主频1Ghz，在本实例中采用Freescale IMX6工业级4核处理器芯片，配备64Bit位宽1066MhzDDR3或者LDDR3内存，最高支持2GB容量；8G以上的EMMCFlash存储器，支持EMMC4.41规范，带宽104MB/s；能够独立运行Linux或Android系统；具备SATA2接口，通过外接固态硬盘扩展系统存储容量；板载千兆以太网口，用于集群之间的数据通信；CPU节点自带4K FRAM用于存储序列号、MAC地址、出厂及用户配置信息。通过PCI金手指的形式和主板相连。单个CPU节点的最大功耗为4.5W，平均功耗在3W以内，采用5V单电源供电。

如图1和2所示，主板具有主控模块，且主控模块为意法半导体STM32单片机，通过单片机IO控制电源开关给每个CPU节点供电，按照200ms间隔依次上电，避免启动电流过大导致系统不稳定或电源进入保护状态。

如图3所示，CPU节点带有热插拔识别信号，当CPU节点插入主板时，热插拔识别信号对主控模块产生中断信号，主控模块打开该CPU节点电源，并向CPU节点发送开机和复位信号，完成该CPU节点开机操作；当需要移除某个CPU节点，由上位机管理服务器向该CPU节点发送关机信号，CPU节点进入关机流程，主控模块侦测到该CPU节点关机后，关闭该CPU节点电源，并通知维护人员移除该CPU节点。CPU节点可以根据实际情况进行扩充和删减，满足不同应用需求，同时让系统的搭建维护更为灵活方便。

如图4所示，主控模块通过SPI转以太网口与上位机管理服务器相连，所有模块通过以网络统一进行管理。

如图3、4所示，主板具有多个PCI卡槽，而图2显示出其中一个，CPU节点通过PCI金手指与主板相连，采用直立安装结构，利于散热和优化机架内部空间使用率；为避免将CPU节点插入标准PCI系统导致CPU节点故障，CPU节点使用PCI规范中3.3V和5V供电管脚，其余未使用电压均做预留处理；CPU节点与主板通过自定义控制信号进行通讯，其中包括I2C总线、待机控制线、开关机控制线、热插拔中断、板卡片选信号、BOOT启动控制信号、HDMI端口、USB OTG信号线和串口信号。

如图3、4所示，主控模块通过I2C总线读取CPU节点序列号和MAC地址信息，每个CPU节点自带4K FRAM存储器，用于储存序列号、MAC地址和配置信息，重刷系统固件不会丢失；FRAM为统一地址，无法接入公共总线，由CPU节点上电后，配合板卡片选信号，经由I2C总线分别上报给主控模块，让主控模块知晓每个PCI卡槽对应的CPU节点地址及CPU节点容量情况。

如图4所示，主控模块可根据负载情况动态调整各CPU节点的工作状态，当某个CPU节点处于空闲状态暂时不需要在线时，给待机控制脚一下降沿脉冲触发信号即可让对应的CPU节点进入低功耗待机模式，单个CPU节点耗电量降低至0.15W，且支持快速唤醒操作；若需要对CPU节点容量进行更改，或进行故障排除需要删除某个CPU节点时，亦可通过开关机控制线完全关闭某个CPU节点。系统由多个节点组合而成，是统一的整体又相对独立。

如图4所示，每个CPU节点具备一路USB OTG接口，通过USB HUB和信号选择开关汇聚为一路USB输入端口，由主控模块控制每个CPU节点的BOOT模式位，并配合复位信号让某个CPU节点进入固件更新模式。此方法不需要BOOT LOADER做引导，目前可以做到同时烧录4块板卡，适合整个系统的重建工作；若只需要对系统做部分修改，可经由以太网口进行系统升级。每个CPU节点配备一路1000M以太网口，RGMII是目前市面上主流ARM芯片的标配接口，配合廉价的PHY芯片即可实现低成本的高速以太网应用，大部分ARM芯片均可实现节点应用，既可以选择即将推广的64位ARM CORTEX A57芯片，也可以选用较低层次的ARM CORTEX A8内核，实现系统的低成本和多样化；节点板卡通过网口与外部千兆以太网交换机相连，由上位主控服务器对各个节点进行监控管理。

每个CPU节点可独立运行Linux或Android系统，并通过HDMI端口切换显示节点用户界面不会占用网络带宽。主控模块同样通过以太网口与上位机管理服务器相连。管控流数据量不大，故采用SPI转以太网模组方案，不需要带以太网MAC的单片机，让单片机的选择更加灵活；通过以太网接收管理服务器命令，主板协助完成各个节点的控制工作，整个系统采用单一网络进行管控。与现有的技术相比，结合图1-4，本发明能够使用通用型ARM处理器芯片构建专用的低功耗、低成本、高性能服务器平台。尤其适合小规模应用，有利于ARM平台在服务器领域的推广和整个生态链的完善。本发明具备良好的系统扩展性和维护性。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种基于通用型ARM架构的服务器平台，其特征在于，包括：冗余电源、主板、CPU节点、千兆以太网交换机、上位机管理服务器、硬盘模组，冗余电源将市电转换为标准的ATX电源或12V单电源，并通过电源路径选择单元择优供给主板，主板承载若干CPU节点，主板板载DC-DC电源模块将12V电压转换为5V电压，给每个CPU节点供电，并按照定时间隔依次对每个CPU节点上电，每个CPU节点均与硬盘模组连接，硬盘模组用于扩充系统存储容量，CPU节点采用千兆以太网交换机进行CPU节点间通信，并通过千兆以太网对各CPU节点进行操作，上位机管理服务器通过以太网交换机控制主板。

2.如权利要求1所述的基于通用型ARM架构的服务器平台，其特征在于，主板具有主控模块，且主控模块为意法半导体STM32单片机，通过单片机IO控制电源开关给每个CPU节点供电，按照200ms间隔依次上电，避免启动电流过大导致系统不稳定或电源进入保护状态。

3.如权利要求2所述的基于通用型ARM架构的服务器平台，其特征在于，主控模块通过SPI转以太网口与上位机管理服务器相连，所有模块通过以网络统一进行管理。

4.如权利要求2所述的基于通用型ARM架构的服务器平台，其特征在于，CPU节点带有热插拔识别信号，当CPU节点插入主板时，热插拔识别信号对主控模块产生中断信号，主控模块打开该CPU节点电源，并向CPU节点发送开机和复位信号，完成该CPU节点开机操作；当需要移除某个CPU节点，由上位机管理服务器向该CPU节点发送关机信号，CPU节点进入关机流程，主控模块侦测到该CPU节点关机后，关闭该CPU节点电源，并通知维护人员移除该CPU节点。

5.如权利要求2所述的基于通用型ARM架构的服务器平台，其特征在于，主板具有PCI卡槽，CPU节点通过PCI金手指与主板相连，采用直立安装结构，CPU节点使用PCI规范中3.3V和5V供电管脚；CPU节点与主板通过自定义控制信号进行通讯，其中包括I2C总线、待机控制线、开关机控制线、热插拔中断、板卡片选信号、BOOT启动控制信号、HDMI端口、USB OTG信号线和串口信号。

6.如权利要求5所述的基于通用型ARM架构的服务器平台，其特征在于，主控模块通过I2C总线读取CPU节点序列号和MAC地址信息，每个CPU节点自带4K FRAM存储器，用于储存序列号、MAC地址和配置信息，重刷系统固件不会丢失；FRAM为统一地址，由CPU节点上电后，配合板卡片选信号，经由I2C总线分别上报给主控模块，让主控模块知晓每个PCI卡槽对应的CPU节点地址及CPU节点容量情况。

7.如权利要求5所述的基于通用型ARM架构的服务器平台，其特征在于，主控模块可根据负载情况动态调整各CPU节点的工作状态，当某个CPU节点处于空闲状态暂时不需要在线时，可让对应的CPU节点进入低功耗待机模式，单个CPU节点耗电量降低至0.15W，且支持快速唤醒操作；若需要对CPU节点容量进行更改，或进行故障排除需要删除某个CPU节点时，亦可通过开关机控制线完全关闭某个CPU节点。

8.如权利要求5所述的基于通用型ARM架构的服务器平台，其特征在于，每个CPU节点具备一路USB OTG接口，通过USB HUB和信号选择开关汇聚为一路USB输入端口，由主控模块控制每个CPU节点的BOOT模式位，并配合复位信号让某个CPU节点进入固件更新模式。

9.如权利要求5所述的基于通用型ARM架构的服务器平台，其特征在于，每个CPU节点可独立运行Linux或Android系统，并通过HDMI端口切换显示节点用户界面不会占用网络带宽。