CN108027795A - 模块化底板 - Google Patents

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Abstract

一种底板包括：第一模块连接器(2d)，其被配置为容纳第一印刷电路板模块(5d)并且包括第一连接器部分(23d‑26d)；第二模块连接器(2e)，其被配置为容纳第二印刷电路板模块(5e)并且包括第二连接器部分(23e‑26e)，所述第一连接器部分(23d‑26d)通过底板总线连接到所述第二连接器部分(23e‑26e)。

Description

模块化底板
技术领域
本发明总体上涉及数据存储系统，更具体地涉及旨在结合在这种数据存储系统内的底板(backplane)。
背景技术
随着越来越多的在线应用程序和服务通过网络(例如Internet，Intranet和/或Extranet)获取，网络运营商(或服务提供商)被要求使他们的数据存储系统随着最新技术进步而保持更新。
就此而言，基于底板的数据服务器或存储服务器主要由设置在机箱中的底板组成，多个印刷电路板模块(或服务卡)和存储单元安装在该底板上。
特别是印刷电路板模块需要不断的创新研究和设计，以满足不断变化的需求。这涉及印刷电路板模块(例如处理器、时钟发生器、芯片、数字信号处理器、FPGA、开关、处理算法)的硬件和软件组件。
因此，不断发展的印刷电路板模块迫切需要永久升级数据存储系统，以改善在线数据处理并实现高速远程存储和检索数据。
但是，当前的底板结构不灵活，因此升级或添加特定的印刷电路板模块可能需要更换整个底板。这会导致与系统拆卸和组装相关的大量费用和显著延迟。无论对于特定业务所依赖的小型、中型或大型数据存储系统，这通常都是不可取的，甚至是不可容忍的。
此外，当前底板提供用于以固定和预定义的布置接收单个印刷电路板模块的连接器。换句话说，最新的底板提供了模块连接器和底板存储单元连接器之间的固定对应关系。因此，印制电路板模块之间用于特定功能的定制互连不受当前底板的支持。
另外，在机箱中包括适合于满足由最新印刷电路板模块执行的特定操作要求的更多底板是另一个具有挑战性的问题。实际上，这导致了硬件使用、功耗和冷却消耗方面的费用增加和不便。
因此，由于当前底板缺乏模块化和灵活性，数据存储系统利用新的数据处理方法和/或印刷电路板模块升级通常变为服务提供商的大量投资，尤其是对于具有大量基于底板的那些服务器而言。
本发明的一个目的是克服现有底板的许多或全部上述缺点，并且提供超过现有技术的其他优点。
本发明的另一个目的是提出一种底板，其为安装在其上的印刷电路板模块升级提供额外程度的灵活性。
本发明的另一目的是提出一种能够灵活使用模块连接器的底板架构。
本发明的另一个目的是促进印刷电路板模块的进步，其能够实现高性能的远程数据处理、存储和检索。
本发明的另一个目的是提出一种降低印刷电路板模块升级成本的模块化底板。
本发明的另一目的是提出一种模块化底板，其能够实现模块连接器的各种使用情况，使得安装于其上的印刷电路板模块可执行特定的处理任务。
本发明的另一个目的是提出一种与现有总线标准兼容的模块连接器。
发明内容
各种实施例针对解决上述一个或多个问题。以下呈现实施例的简化概述以提供对各种实施例的一些方面的基本理解。该概述不是这些各种实施例的详尽综述。其目的不在于确定重要要素的关键或描绘这些不同实施例的范围。其唯一目的是以简化形式呈现一些概念，作为稍后讨论的更详细描述的序言。
各种实施例涉及一种底板，包括：
-第一模块连接器，其被配置为接收第一印刷电路板模块并且包括第一连接器部分；
-第二模块连接器，其被配置为容纳第二印刷电路板模块并且包括第二连接器部分，所述第一连接器部分通过第一底板总线连接到所述第二连接器部分。
根据广泛的方面，底板进一步包括第三模块连接器，该第三模块连接器被配置为接收第三印刷电路板模块，该第三模块连接器包括第三连接器部分，其中第二模块连接器还包括第四连接器部分，第四连接器部分部分通过第二底板总线连接到第三连接器部分。
根据另一广泛的方面，第一底板总线是SATA总线或以太网总线。
根据另一广泛的方面，第二底板总线是SATA总线或以太网总线。
各种实施例还涉及一种印刷电路板模块，所述印刷电路板模块被配置成插入上述底板的第二模块连接器中，包括卡边缘连接器，该卡边缘连接器包括适于由所述第二连接器的第二连接器部分接收的第一卡边缘连接器部分，以及第二卡缘连接器部分，该第二卡缘连接器部分交叉连接至所述第一卡缘连接器部分。
根据广泛的方面，第二卡边缘连接器部分适于由底板的第二模块连接器的第四连接器部分接收。
各种实施例还涉及一种用于将插入到底板的第一模块连接器中的第一印刷电路板模块连接到插入到底板的第二模块连接器中的第二印刷电路板模块的方法，该方法包括第一连接步骤，其通过第一底板总线，将所述第一模块连接器的第一连接器部分连接到所述第二模块连接器的第二连接器部分。
根据广泛的方面，上述方法还包括第二连接步骤，其通过第二底板总线，将第二模块连接器的第四连接器部分连接到底板的第三模块连接器的第三连接器部分，第三电路板模块被插入第三模块连接器。
根据另一广泛的方面，第一底板总线是SATA总线或以太网总线。
根据另一广泛的方面，第二底板总线是SATA总线或以太网总线。
各种实施例还涉及包括上述底板的数据存储系统。
尽管各种实施例易受各种修改和替代形式的影响，但是其具体实施例已经通过附图中的示例示出。然而，应该理解的是，这里对特定实施例的描述并非意图将各种实施例限制到所公开的特定形式。
当然可以理解的是，在任何这样的实际实施例的开发中，应该做出具体实施的决定以实现开发者的特定目标，例如符合系统相关和商业相关的约束。应该理解的是，这样的开发工作可能是耗时的，但对于受益于本公开的本领域的普通技术人员而言仍然是常规理解。
附图说明
从下面的公开和权利要求中，本发明的目的、优点和其他特征将变得更加明显。下面仅仅参照附图给出优选实施例的非限制性描述，其中：
图1是示出根据各种实施例的底板的框图；
图2是示出根据各种实施例的模块连接器和卡边缘连接器的框图；
图3是示出根据各种实施例的安装到底板的印刷电路板模块的框图；
图4是示出根据说明性实施例的连接器引出线的框图。
在整个说明书中，在附图的所有图中相似的附图标记指代相似或相同的元件。
具体实施方式
参照图1，示出了底板1的框图。这样的底板可以被固定在可机架安装(rack-mountable)的机箱中，或被包括在数据服务器内或者更一般地被包括在数据存储系统内。
该底板1包括对接基座(docking base)，其配置为接收多个存储单元4和将多个存储单元4保持耦接并且可远程访问的印刷电路板模块5。可移除的存储单元4和可移除的印刷电路板模块5可以通过适当的底板连接器2-3安装到底板1。
事实上，底板1包括
-一组存储底板连接器3，其被配置为接收存储单元4的对应连接器；
-一组模块连接器2(也称为插槽或卡底板连接器)，其被配置为接收印刷电路板模块5的相应卡边缘连接器(即适于在其中插入印刷电路板模块5)；
-一个或多个网络接口7(例如以太网网络接口)，其可与网络连接并根据网络协议与其交换数据；
-一个或多个开关6和底板总线10(传输线)，其被配置为根据预定义的总线协议来互连存储底板连接器3、模块连接器2和网络接口7。底板总线10适于实现标准接口，诸如SAS(串行连接小型计算机系统接口)总线、SATA(串行高级技术附件)总线、外围部件互连(PCI)总线、PCI express(PCIe)总线、PCI扩展(PCI-X)总线或以太网总线；
-共享电力连接器9，其用于接收输入电力并且优选地向安装到底板1的电子部件供应稳压电力。
在图1的说明性实施例中，底板1包括两个网络接口7。网络接口可以连接到诸如千兆位以太网总线的第一公共通信总线8，而另一个可以连接到诸如内联网连接的第二公共通信总线8(例如管理网络或inter/intra数据中心网络)或为底板1提供网络连接的任何其他端口。
因此，可以基于诸如10GBASE-KR，10GBASE-KX4或40GBASE-KR4的底板以太网标准，通过网络接口7远程访问印刷电路板模块5和存储单元4。
开关6通过底板总线10(例如，PCIe总线、SATA总线或以太网总线)使得印刷电路板模块5连接到它们对应的存储单元4。
存储底板连接器3配置为接收硬盘驱动器(HDD)。更一般地，存储单元4可以是一个或多个硬盘或任何其他适当的数据存储设备(例如，CD-ROM驱动器或DVD驱动器)。模块连接器2通过底板总线10(例如，SATA总线或将模块连接器2连接到大容量存储设备(例如硬盘驱动器)的任何其他总线接口)连接到一个或多个存储底板连接器3。
存储单元4用于在相应印刷电路板模块3的控制下(根据本地指令和/或通过以太网连接器8接收)进行读取和写入操作。例如，印刷电路板模块5可负责数据验证(错误检测和校正)，用于在一个或多个存储单元4中存储的数据格式化、数据压缩/解压缩和/或数据加密/解密。为此，印刷电路板模块5可以包括处理器或中央处理单元(即，CPU卡)，用于在该印刷电路板模块5内临时存储数据的存储电路，以及本领域中已知的用于制造印刷电路板的任何其他电子元件。处理器可以是任何通用或专用处理器(例如Armada 6040/8020，ArmadaXP，Armada 385或Armada 8040)。更一般地，印刷电路板模块5的功能不是本发明的一部分，从而可以由此执行任何期望的功能，而不脱离各种实施例的范围。
现在参照图2，模块连接器2a，2b，2c分别包括多个连接器部分25a-26a，21b-26b，25c-26c。
连接器部分21b专用于电力和控制信号。该连接器部分21b的引脚连接到电源连接器9。因此，插入模块连接器2b的印刷电路板模块5b通过连接器部分21b接收供电。
连接器部分22b连接到开关6，并由此连接到网络接口7。
连接器部分23b连接到存储底板连接器3。在一个实施例中，连接器部分23b是SATA(或可选地，SAS)接口。该SATA接口可操作地用于向存储单元4发送存储数据并从存储单元4接收存储数据。
连接器部分24b通过以太网总线连接到存储底板连接器3。
模块连接器2b的连接器部分25b连接到模块连接器2a的连接器部分26a。这导致插入模块连接器2b的印刷电路模块5b可以连接到插入模块连接器2a的印刷电路板模块。在一个实施例中，
-连接器部分26a是模块连接器2a的输出连接器部分(例如，SATA输出或以太网输出)；和
-连接器部分25b是用于模块连接器2b的输入连接器部分(分别为SATA输入或以太网输入)。
模块连接器2b的连接器部分26b连接到模块连接器2c的连接器部分25c。这导致插入模块连接器2b的印刷电路模块5b可以连接到插入模块连接器2c的印刷电路板模块。在一个实施例中，
-连接器部分26b是用于模块连接器2b的输出连接器部分(例如，SATA输出或以太网输出)；并且
-连接器部分25c是用于模块连接器2c的输入连接器部分(分别为SATA输入或以太网输入)。
连接器部分25a和26a(分别为25c和26c)可以分别是模块连接器2a(分别为2c)的输入连接器部分和输出连接器部分。
因此，插入到模块连接器2b中的印刷电路模块5b可以连接(或耦接)到插入到模块连接器2a(所述的前一模块)中的印刷电路板模块和插入到模块连接器2c中的印刷电路板模块(所述的下一模块)。
为此，底板总线10包括
-第一底板总线，用于将模块连接器2a的连接器部分26a连接到模块连接器2b的连接器部分25b(提供例如SATA总线或以太网总线的条带传输线2ab)；和
-第二底板总线，用于将模块连接器2a的连接器部分26a连接到模块连接器2c的连接器部分25c(提供例如SATA总线或以太网总线的条带传输线2bc)。
其他底板总线(包括常规SATA总线和以太网总线)将其他连接器部分连接到存储底板连接器3以及连接到底板1上可用的开关6和/或网络接口7。
印刷电路板模块5b的卡边缘连接器50b适于与模块连接器2b配合。类似地，该卡边缘连接器50b包括多个连接器部分51-56。卡缘连接器部分51-56适于分别由连接器部分21b-26b接收。卡边缘连接器50b的连接器部分55和56分别与模块连接器2b的连接器部分25b和26b的配合在该印刷电路板模块5b和安装在底板1上的其他印刷电路板模块之间提供通信信号。实际上，当印刷电路板模块5b插入模块连接器2b时，印刷电路板模块5b可以
-通过传输线2ab(例如通过SATA总线或以太网总线2ab)将数据发送到插入模块连接器2a的第一印刷电路板模块，或从其接收数据；和/或
-通过传输线2bc(例如通过SATA总线或以太网总线2bc)将数据发送到插入模块连接器2c的第二印刷电路板模块或从其接收数据。
因此，对于待远程存储在存储单元4中或从存储单元4检索的数据执行给定的处理操作可以分布在安装到底板1上的多个印刷电路板模块5中。
如图2所示，模块连接器2b包括六个连接器部分21b-26b，其中仅25b和26b连接到底板1的其他模块连接器2a和2c。然而，给定的模块连接器2b的连接器部分21b-26b的总数量以及连接到其他模块连接器的连接器部分25b-26b的数量都不限于仅用于说明目的的图2中所示的那些。
连接器部分21b-26b不需要具有相同数量的引脚。而且，模块连接器2b和印刷电路板模块5b都可以包含机械引导机构和机械键以确保正确的配合。
参照图3，示出底板1的横向视图，印刷电路板模块5d，5e和5f分别插入其对应的模块连接器2d，2e和2f中。模块连接器2d，2e和2f适于与卡边缘连接器50d，50e和50f配合。
连接器部分21d，21e和21f分别将印刷电路板模块5d，5e和5f(例如通过SATA总线)连接到存储单元4d，4e和4f，存储单元4d，4e和4f通过存储底板连接器3d，3e和3f分别被安装到底板1。
印刷电路板模块5d，5e和5f分别经由连接器部分22d，22e和22f通过以太网总线(在图3中由虚线表示)连接到开关6的端口61-63。
模块连接器2d、模块连接器2e和模块连接器2f的多个连接器部分通过底板总线互连，诸如以太网总线(由图3中的虚线表示)和/或SATA总线(在图3中由点划线表示)。因此，印刷电路板模块5d通过以下总线连接：
-两条以太网总线(将连接器部分23d连接到连接器部分26e并将连接器部分24d连接到连接器部分25e的传输线)；和
-两条SATA总线(将连接器部分25d连接到连接器部分24e并将连接器部分26d连接到连接器部分23e的传输线)。
印刷电路板模块5e又通过以太网总线(将连接器部分27e连接到连接器部分24f的传输线)和SATA总线(将连接器部分28e连接到连接器部分23f的传输线)连接到印刷电路板模块5f。
有利地，由于距离短，模块连接器2d，2e和2f之间的传输线提供了印刷电路板模块5d，5e和5f之间的高速连接。此外，信息在这些印刷电路板模块5d，5e和5f之间直接通信，而不通过开关6或网络路由。
在图3所示的说明性底板1中，三个模块连接器2d，2f和2e通过特定的底板总线(以太网总线和/或SATA总线)依次相互连接(或链接)，然而应该理解，这些模块连接器的数量以及已使用的底板总线的数量和类型(例如，以太网或SATA)可以根据使用底板1的应用而变化。
在一个实施例中，一个或多个开关6安装到底板1并连接到模块连接器2d，2e和2f的适当连接器部分。
在一个实施例中，印刷电路板模块2d，2e和2f可以是
-处理模块，即被配置为对接收到的数据执行给定的处理操作；或
-无源模块，即一个传递(pass-through)模块。
例如，印刷电路板模块5e包括连接器部分21e-28e的交叉连接。作为说明性示例，一旦印刷电路板模块5e插入模块连接器2e中，
-连接器部分23e交叉连接到连接器部分21e(例如，SATA输入连接器23e交叉连接到SATA输出连接器21e)；
-连接器部分24e交叉连接到连接器部分28e(例如，SATA输入连接器24e交叉连接到SATA输出连接器28e)；
-连接器部分25e交叉连接到连接器部分22e(例如，以太网输入连接器25e交叉连接到以太网输出连接器22e)，和
-连接器部分26e交叉连接到连接器部分27e(例如，以太网输入连接器26e交叉连接到以太网输出连接器27e)。
本领域技术人员将认识到，借助于印刷电路板模块的连接器部分的这种交叉连接允许各种数据处理操作，诸如数据存储重复、访问存储单元的冗余，或从一个印刷电路板模块到另一个印刷电路板模块的数据传输。
图4示出了MiniCard和对应模块连接器之间的连接器引脚和信号名称。在这种情况下，卡边缘连接器包括五十二个引脚，其中
-由引脚4-7组成的连接器部分用于短接(stub)SATA/以太网；
-由引脚38和40构成的连接器部分被预留用于从印刷电路板模块到存储单元的输出信号；
-由引脚39和41组成的连接器部分被预留用于从存储单元到印刷电路板模块的输入信号；
-由引脚17组成的连接器部分被预留用于串行数据传输到安装在底板上的另一个印刷电路板模块；
-由引脚19组成的连接器部分保留用于从安装在底板上的另一个印刷电路板模块接收串行数据。
剩余引脚的定义不变，因为它们以常规方式使用。
更一般地，取决于具体的实施方式，模块连接器和其相应的卡边缘连接器以及连接器部分可以包括比上述示例更多或更少的引脚。
根据上述实施例，为了将插入到底板的第一模块连接器中的第一印刷电路板模块连接到插入到底板的第二模块连接器中的第二印刷电路板模块，连接步骤通过第一底板总线(即，SATA总线或以太网总线)执行第一模块连接器的预定义连接器部分连接到第二模块连接器的预定义连接器部分。
此外，为了将所述第二印刷电路板模块连接到插入到底板的第三模块连接器中的第三印刷电路板模块，另一连接步骤通过第二底板总线(即，SATA总线或以太网总线)执行所述第二模块连接器的另一预定义连接器部分连接到所述第三模块连接器的预定义连接器部分。
有利地，上述底板：
‐提供模块连接器的模块化和灵活配置，使得插入其中的印刷电路板模块能够进行通信和交换数据；
‐使过时的印刷电路板模块能够简单经济地升级，而无需更换整个底板；
‐允许采用可扩展的印刷电路板模块，因为它们的互连可根据用户需求进行调整。

Claims (11)

1.一种底板(1)，包括：
-第一模块连接器(2d)，其被配置为接收第一印刷电路板模块(5d)；
-第二模块连接器(2e)，其被配置为接收第二印刷电路板模块(5e)；
所述底板(1)的特征在于：所述第一模块连接器(2d)包括第一连接器部分(23d-26d)，所述第二模块连接器(2e)包括第二连接器部分(23e-26e)，所述第一连接器部分(23d-26d)通过第一底板总线连接到所述第二连接器部分(23e-26e)。
2.根据权利要求1所述的底板，其中，包括被配置为容纳第三印刷电路板模块的第三模块连接器，该第三模块连接器(2f)包括第三连接器部分(23f，24f)，其中所述第二模块连接器(2e)还包括第四连接器部分(27e，28e)，所述第四连接器部分(27e，28e)通过第二底板总线连接到所述第三连接器部分(23f，24f)。
3.根据权利要求1或2所述的底板(1)，其中,所述第一底板总线是SATA总线或以太网总线。
4.根据权利要求2或3所述的底板(1)，其中,所述第二底板总线是SATA总线或以太网总线。
5.一种印刷电路板模块(5e)，其被配置为插入到权利要求1至4中任一项所述的底板(1)的所述第二模块连接器(2e)中，包括卡边缘连接器(50e)，该卡边缘连接器(50e)包括适于由所述第二模块连接器(2e)的所述第二连接器部分(23e，24e，25e，26e)接收的第一卡缘连接器部分和第二卡缘连接器部分，该第二卡缘连接器部分交叉连接到该第一卡边缘连接器部分。
6.根据前述权利要求所述的印刷电路板模块(5e)，其中,所述第二卡边缘连接器部分适于被权利要求2-4中任一项所述的底板(1)的所述第二模块连接器(2e)的所述第四连接器部分接收。
7.一种用于将插入到底板(1)的第一模块连接器(2d)中的第一印刷电路板模块(5d)连接到插入到底板(1)的第二模块连接器(2e)中的第二印刷电路板模块(5e)的方法，所述方法包括第一连接步骤，其通过第一底板总线将第一模块连接器(2d)的第一连接器部分(23d-26d)连接到第二模块(2e)的第二连接器部分(23e-26e)。
8.根据前述权利要求所述的方法，还包括第二连接步骤，其通过第二底板总线将底板(1)的第二模块连接器(2d)的第四连接器部分(27e，28e)连接到底板(1)的第三模块连接器(2f)的第三连接器部分(23f，24f)，第三印刷电路板模块(5f)插入到所述第三模块连接器(2f)中。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中,所述第一底板总线是SATA总线或以太网总线。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中,所述第二底板总线是SATA总线或以太网总线。
11.一种数据存储系统，包括权利要求1至4中任一项所述的底板(1)。
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