CN110107523B - 一种基于dsp协处理的风扇控制板卡 - Google Patents

一种基于dsp协处理的风扇控制板卡 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于DSP协处理的风扇控制板卡，包括：风扇控制芯片，该风扇控制芯片与主板BMC通信并输出用于控制风扇的脉冲宽度调制信号并接收电扇风扇反馈的转速信号；DSP处理器，该DSP处理器与主板FPGA通信并输出用于控制风扇的脉冲宽度调制信号；以及总线驱动芯片，该总线驱动芯片接收来自风扇控制芯片和DSP处理器的脉冲宽度调制信号以对风扇进行控制；其中，DSP处理器根据从主板FPGA获取的主板上下电状态和BMC初始化状态信号来切换输出到总线驱动芯片的控制信号，以使得总线驱动芯片的脉冲宽度调制信号的输入源在风扇控制芯片和DSP处理器之间切换。通过本发明，能够在机器运行不同时间段进行两种风扇控制方式的切换，实现对风扇不间断控制。

Description

一种基于DSP协处理的风扇控制板卡
技术领域
本发明总体上涉及计算机领域，并且更具体地，涉及一种基于DSP(DigitalSignal Processor，数字信号处理器)协处理的风扇控制板卡。
背景技术
服务器系统在运行过程中会产生大量的热量，引起机器内部温度的上升，其主要依赖于风扇带动气流的流动来降低机器内的温度。目前风扇通常由主板上的BMC(Baseboard Management Controller，基板管理控制器)直接控制，BMC采集主板不同位置温度传感器的数据来获知温度信息，并调整风扇的转速，以将机器内部温度保持在安全范围内。随着服务器系统模块规模的增加、不同散热区域的划分以及热量的增加，需要更多的风扇模组来保证系统的正常温度，但传统的以BMC直接控制的方式中，BMC专用的风扇控制端口数量有限，并不能很好解决风扇数量增加的问题。
而且，在系统上电开机过程中，BMC需进行初始化。在BMC对外接风扇控制芯片初始化完成以前，由于风扇控制芯片不具有掉电存储能力，因此此时风扇处于不受控状态，风扇则处于最低速度或处于最高速度。最低速度显然不能很好的解决开机过程中的散热问题，但最高速度往往伴随着风扇高分贝的噪音问题。
基于上述技术问题，目前本领域亟需一种能够在上电开机BMC初始化过程完成之前对风扇进行控制的板卡，以实现对风扇的不间断控制。
发明内容
鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种基于DSP协处理的风扇控制板卡，增加的DSP处理器模块控制风扇电源使能，能够在上电开机过程中BMC初始化完成之前，实现设定风扇的转速，当系统初始化完成后，DSP将风扇控制权移交BMC并切换为BMC从属I2C设备，以获取风扇在位信号、输出风扇运行状态信号以驱动风扇灯。
基于上述目的，本发明实施例的一方面提供了一种基于DSP协处理的风扇控制板卡，包括：
风扇控制芯片，所述风扇控制芯片与主板BMC通信，配置为输出用于控制风扇的脉冲宽度调制信号并接收电扇风扇反馈的转速信号；
DSP处理器，所述DSP处理器与主板FPGA通信并配置为输出用于控制风扇的脉冲宽度调制信号；以及
总线驱动芯片，所述总线驱动芯片接收来自所述风扇控制芯片和DSP处理器的脉冲宽度调制信号以对所述风扇进行控制；
其中，所述DSP处理器进一步配置为根据从所述主板FPGA获取的主板上下电状态和BMC初始化状态信号来切换输出到所述总线驱动芯片的控制信号，以使得所述总线驱动芯片的脉冲宽度调制信号的输入源在所述风扇控制芯片和所述DSP处理器之间切换。
在一些实施方式中，所述风扇控制板卡还包括I2C总线切换开关，I2C总线切换开关配置为将来自主板BMC的单路I2C信号切换为多路，从而实现所述BMC对所述DSP处理器和所述风扇控制芯片的控制。
在一些实施方式中，所述总线驱动芯片和所述风扇控制芯片分别为多个，并且其中一个总线驱动芯片连接所述多个风扇控制芯片和其余所述总线驱动芯片，并配置为使得所述风扇控制芯片输出的所述脉冲宽度调制信号经过所述其中一个总线驱动芯片输入到其余所述总线驱动芯片。
在一些实施方式中，所述风扇控制板卡还包括双输入正与门芯片，所述双输入正与门芯片根据来自所述主板FPGA和BMC的故障信号使能所述其中一个总线驱动芯片。
在一些实施方式中，所述风扇控制板卡还包括连接BMC与I2C总线切换开关和DSP处理器的信号连接器。
在一些实施方式中，DSP处理器进一步配置为在BMC初始化完成后，接收所述风扇的在位信号，并输出所述风扇的运行状态信号以驱动风扇灯。
在一些实施方式中，所述风扇控制板卡还包括连接到所述风扇的热插拔控制器和电源监控器，配置为对风扇电源进行管理。
在一些实施方式中，所述DSP处理器还接收所述风扇控制芯片和所述热插拔控制器和电源监控器的告警信号。
在一些实施方式中，所述DSP处理器还包括连接至所述主板FPGA的通用非同步收发传输器接口，所述通用非同步收发传输器接口配置为用作通信接口或外部调试串口。
本发明实施例的另一方面提供了一种服务器装置，所述服务器装置包括如上所述的风扇控制板卡。
本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的一种基于DSP协处理的风扇控制板卡上集成多组风扇控制芯片并增加DSP处理器模块，通过I2C扩展风扇控制芯片扩展BMC风扇控制数量，实现对服务器温度的管理需要；增加的DSP处理器模块能够在上电开机BMC初始化过程完成之前，实现设定风扇的转速，减小开机过程中风扇高噪音不受控的问题；当系统初始化完成后，DSP处理器将风扇控制权移交BMC，并作为BMC的从属I2C设备收集风扇板状态供BMC查询；在不增加主板硬件复杂度的情况下，仅通过一组I2C和几组FPGA-DSP的信号量实现风扇板与主板BMC有效的互联。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1是根据本发明一个实施例的一种基于DSP协处理的风扇控制板卡的原理图；以及
图2是图1中的PWM切换线路的详细视图。
具体实施方式
以下描述了本公开的实施例。然而，应该理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采取各种替代形式。附图不一定按比例绘制；某些功能可能被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图所示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征组合以产生没有明确示出或描述的实施例。所示特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，与本公开的教导相一致的特征的各种组合和修改对于某些特定应用或实施方式可能是期望的。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
本发明的实施例提出了一种基于DSP协处理的风扇控制板卡，包括：风扇控制芯片，风扇控制芯片与主板BMC通信，配置为输出用于控制风扇的脉冲宽度调制信号并接收风扇反馈的转速信号；DSP处理器，DSP处理器与主板FPGA通信并配置为输出用于控制风扇的脉冲宽度调制信号；以及总线驱动芯片，总线驱动芯片接收来自风扇控制芯片和DSP处理器的脉冲宽度调制信号以对风扇进行控制；其中，DSP处理器进一步配置为根据从主板FPGA获取的主板上下电状态和BMC初始化状态信号来切换输出到总线驱动芯片的控制信号，以使得总线驱动芯片的脉冲宽度调制信号的输入源在风扇控制芯片和DSP处理器之间切换。上电开机BMC初始化过程中，输出到总线驱动芯片的脉冲宽度调制信号来自于DSP处理器，BMC初始化完成后，输出到总线驱动芯片的脉冲宽度调制信号来自于风扇控制芯片的输出。根据本发明的一个实施例，在BMC初始化过程中，DSP处理器以其所存储的预设值控制各风扇转速。
在一些实施例中，该风扇控制板卡还包括I2C总线切换开关，以将来自主板BMC的单路I2C信号切换为多路，从而实现BMC对风扇控制板卡上的其他芯片的控制。例如，在一个实施例中，I2C总线切换开关可以为PCA9546芯片，以将来自主板BMC的单路I2C信号切换至I2C[0]、I2C[1]、I2C[2]、I2C[3]线路，实现BMC对从属设备的监控管理。
在一些实施例中，总线驱动芯片和风扇控制芯片为多个，并且其中一个总线驱动芯片连接所述多个风扇控制芯片和其余总线驱动芯片，使得风扇控制芯片输出的脉冲宽度调制信号经过该其中一个总线驱动芯片输入到其余总线驱动芯片。在一个实施例中，风扇控制芯片NCT7361Y为三个，可输出12路PWM信号或监控12路风扇反馈TACH信号。
在一些实施例中，该风扇控制板卡还包括双输入正与门芯片，该双输入正与门芯片接收连接到上述其中一个总线驱动芯片，已根据来自主板FPGA和BMC的故障信号使能上述其中一个总线驱动芯片。例如，该双输入正与门芯片可以为SN74AHC1G09芯片，SN74AHC1G09芯片输入来自主板FPGA和BMC，做与操作后输出控制上述其中一个总线驱动芯片的输出使能。当FPGA和BMC出现故障时，分别表示其故障的FPGA_SPEED_CTL信号与BMC_SPEED_CTL信号输出高电平；FPGA_SPEED_CTL信号与BMC_SPEED_CTL信号只要有一个为低时，使能上述其中一个总线驱动芯片的输出。
在一些实施例中，该风扇控制板卡还包括连接BMC与I2C总线切换开关和DSP处理器的信号连接器，通过信号连接器与主板通信。该信号连接器通过I2C总线与I2C总线切换开关连接。信号连接器可以通过线缆与主板连接。
在一些实施例中，该风扇控制板卡还包括热插拔控制器和电源监控器，以对风扇电源进行管理。例如，在一个实施例中，热插拔控制器和电源监控器为ADM1278。
在一些实施例中，所述DSP处理器还接收所述风扇控制芯片和所述热插拔控制器和电源监控器的告警信号。例如，可以是内置PMBus接口的热插拔控制器和数字电源及电能监控器ADM1278，该器件还集成12位模数转换器(ADC)，可通过PMBus接口来进行电流、电压和功率回读。
在一些实施例中，DSP处理器还包括通用非同步收发传输器接口(UART接口)，UART接口连接至主板FPGA，可以用作通信接口或外部调试串口。在一些实施例中，该风扇控制板卡还包括电源模块，所述电源模块为板卡上的芯片供电。
在根据本发明的一个实施例中，根据本发明一个实施例的一种基于DSP协处理的风扇控制板卡的原理图如图1所示，PCA9546为I2C总线切换开关，将来自主板BMC的单路I2C切换至I2C[0]、I2C[1]、I2C[2]、I2C[3]线路，实现BMC对从属设备的监控管理。NCT7361Y(1)、NCT7361Y(2)、NCT7361Y(3)为三个风扇控制芯片，可输出12路PWM信号或监控12路风扇反馈TACH信号，该实施例中每个芯片输出4路PWM信号作为风扇控制，并监控8路风扇反馈TACH信号。通过I2C扩展风扇控制芯片扩展BMC风扇控制数量，实现对服务器温度的管理需要。
SN74AHC1G09芯片为具有开漏输出配置的单路双输入正与门，其输入来自主板FPGA和BMC，做与操作后输出控制总线驱动芯片SN74AVCA164245(1)的输出使能。当FPGA和BMC出现故障时，分别表示其故障的FPGA_SPEED_CTL信号与BMC_SPEED_CTL信号输出高电平，FPGA_SPEED_CTL信号与BMC_SPEED_CTL信号只要有一个为低时，使能总线驱动芯片SN74AVCA164245(1)的输出；FPGA_SPEED_CTL信号与BMC_SPEED_CTL信号都为高电平时，主板FPGA和BMC出现故障，此时SN74AVCA164245(1)断开，及时切断对风扇的错误控制，其原理实施如图2所示。SN74AVCA164245(1)、SN74AVCA164245(2)、SN74AVCA164245(3)为三组16bit总线驱动芯片，可分为两组独立的8bit总线，其作用是实现PWM信号输入源的切换。
DSP处理器使用TMS320F28335型芯片，其内部集成有PWM模块，可产生6对互补PWM及6个单通道PWM，共计18个PWM信号，该实施例中使用12个单通道PWM、输出预先设置的PWM信号对风扇进行控制。DSP还监控风扇在位信号、输出风扇运行状态Normal/Error信号以驱动风扇灯。DSP通过FPGA_DSP_MISC信号组与主板FPGA通信，以获知主板上下电状态以及BMC初始化状态。DSP信号PWM_SW_CTL控制风扇受BMC控制还是受DSP控制，如图2所示，通过控制SN74AVCA164245芯片两组8bit总线输出使能OE1#和OE#2切换风扇PWM信号输入源：在上电开机BMC初始化过程中，PWM_SW_CTL2信号有效，PWM信号来源于DSP输出；当BMC初始化完成之后，DSP获取到表示BMC初始化完成的FPGA_DSP_MISC信号组，此时切换为PWM_SW_CTL1有效，PWM信号来源于NCT7361Y输出，完成系统初始化后风扇控制权从DSP处理器到BMC的转换。另外，UART接口连接至主板FPGA，可作为通信接口，也可作为外部调试串口使用。DSP信号PSU_ON使能电源模块并检测电源输出正常信号PSU_POWEROK。DSP信号EN控制ADM1278芯片实现风扇12V供电的控制。ADM1278(1)、ADM1278(2)模块为内置PMBus接口的热插拔控制器和数字电源及电能监控器模块，可实现风扇电源的管理。DSP处理器还分别监测NCT7361Y芯片和ADM1278芯片的ALERT告警信号。于是，DSP处理器模块能够在上电开机BMC初始化过程完成之前，实现设定风扇的转速，减小开机过程中风扇高噪音不受控的问题，当系统初始化完成后，DSP处理器将风扇控制权移交BMC，并作为BMC的从属I2C设备收集风扇板状态供BMC查询。
该风扇控制板卡还包括电源模块，3V3_AUX电源模块为板上芯片供电。信号连接器1与主板通过线缆连接，实现风扇板信号与主板信号互联。电源连接器1连接至外部PSU电源模块实现风扇控制板卡的供电；电源连接器2通过供电线缆为主板供电。
本发明另一方面提供了一种服务器装置，该服务器装置包括如上段落中所描述的风扇控制板卡。
在技术上可行的情况下，以上针对不同实施例所列举的技术特征可以相互组合，或者改变、添加以及省略等等，从而形成本发明范围内的另外实施例。
从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的一种基于DSP协处理的风扇控制板卡上集成多组风扇控制芯片并增加DSP处理器模块作为协处理单元，实现独立风扇控制、风扇板状态信息采集功能，并可在机器运行状态的不同时间段，进行两种风扇控制方式的切换，实现对风扇的不间断控制。
本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、模块、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现所述的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。
结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块和电路可以利用被设计成用于执行这里所述功能的下列部件来实现或执行：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。通用处理器可以是微处理器，但是可替换地，处理器可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP和/或任何其它这种配置。
以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
上述实施例是实施方式的可能示例，并且仅仅为了清楚理解本发明的原理而提出。所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于DSP协处理的风扇控制板卡，其特征在于，包括：
风扇控制芯片，所述风扇控制芯片与BMC通信，配置为输出用于控制风扇的脉冲宽度调制信号并接收风扇反馈的转速信号；
DSP处理器，所述DSP处理器与主板FPGA通信并配置为输出用于控制风扇的脉冲宽度调制信号，DSP处理器存储有控制风扇转速的预设值；以及
总线驱动芯片，所述总线驱动芯片配置为接收来自所述风扇控制芯片和DSP处理器的脉冲宽度调制信号以对所述风扇进行控制；
其中，所述DSP处理器进一步配置为根据从所述主板FPGA获取的主板上下电状态和BMC初始化状态信号来切换输出到所述总线驱动芯片的控制信号，以使得所述总线驱动芯片的脉冲宽度调制信号的输入源在所述风扇控制芯片和所述DSP处理器之间切换。
2.根据权利要求1所述的风扇控制板卡，其特征在于，所述风扇控制板卡还包括I2C总线切换开关，所述I2C总线切换开关配置为将来自BMC的单路I2C信号切换为多路，从而实现所述BMC对所述DSP处理器和所述风扇控制芯片的控制。
3.根据权利要求1所述的风扇控制板卡，其特征在于，所述总线驱动芯片和所述风扇控制芯片分别为多个，并且其中一个总线驱动芯片连接多个所述风扇控制芯片和其余所述总线驱动芯片，并配置为使得所述风扇控制芯片输出的所述脉冲宽度调制信号经过所述其中一个总线驱动芯片输入到其余所述总线驱动芯片。
4.根据权利要求3所述的风扇控制板卡，其特征在于，所述风扇控制板卡还包括双输入正与门芯片，所述双输入正与门芯片根据来自所述主板FPGA和BMC的故障信号使能所述其中一个总线驱动芯片。
5.根据权利要求2所述的风扇控制板卡，其特征在于，所述风扇控制板卡还包括信号连接器，所述信号连接器分别与所述BMC、所述I2C总线切换开关和DSP处理器连接。
6.根据权利要求1所述的风扇控制板卡，其特征在于，所述DSP处理器进一步配置为在BMC初始化完成后，接收所述风扇的在位信号并输出所述风扇的运行状态信号以驱动风扇灯。
7.根据权利要求1所述的风扇控制板卡，其特征在于，所述风扇控制板卡还包括连接到所述风扇的热插拔控制器和电源监控器，配置为对风扇电源进行管理。
8.根据权利要求7所述的风扇控制板卡，其特征在于，所述DSP处理器还接收所述风扇控制芯片和所述热插拔控制器和电源监控器的告警信号。
9.根据权利要求8所述的风扇控制板卡，其特征在于，所述DSP处理器还包括连接至所述主板FPGA的通用非同步收发传输器接口，所述通用非同步收发传输器接口配置为用作通信接口或外部调试串口。
10.一种服务器装置，其特征在于，所述服务器装置包括如权利要求1-9任意一项所述的风扇控制板卡。
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