CN110955619A - 一种基于标准总线架构的组合整机系统及构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种基于标准总线架构的组合整机系统及构建方法。该系统包括：组合机箱，所述组合机箱包含交换板和若干个功能板卡；其中，所述组合机箱由若干个机仓室组成，每个机仓室包含若干个相同功能板卡，所述若干个相同功能板卡采用相同类型的标准总线协议；所述若干个功能板卡之间通过所述交换板进行数据交换。所述构建方法用来构建上述系统。本发明实施例通过设计基于标准总线架构进行组合的整机系统，能包容多种不同总线接口的模块，能实现快速响应项目的系统设计需求，节省大量的时间，降低成本。

Description

一种基于标准总线架构的组合整机系统及构建方法
技术领域
本发明涉及总线标准技术领域，尤其涉及一种基于标准总线架构的组合整机系统及构建方法。
背景技术
在标准总线领域，为了使计算机产品成为全国范围内即插即用的工业化组装件，近几十年计算机工业界制定了许多工业标准总线，有着很好的开放性和通用性。
当前的大型通信或工控设备大多都采用了如今流行的高速串行总线标准，如MTCA总线、VPX总线和PCIE总线等。芯片厂家为了快速推动芯片的应用，提供了大量的标准总线架构的成熟模块，比如美国TI公司的DSP，有一系列符合总线MTCA的AMC模块，类似TMDXEVM6670L、TMDXEVM6657L等，如图1所示，这些模块符合标准总线架构MTCA，且产品经过检验，适合用于DSP的快速应用开发。又比如，美国Xinlinx公司的FPGA，也有系列的PCIE的模块，ZC706等，或者有一些符合VITA46标准的VPX通用模块。
当构建一个新的通信系统或工控系统时，很可能需要从架构到机箱到模块都要重新设计。选定任意一个标准总线架构的机箱，其配用的模块，就不一定齐全。但通常能具备各个功能模块，却不一定能容纳在一个标准总线架构的机箱内。往往需要对功能模块的总线接口进行修改。而功能模块的修改代价往往较大，需要重新设计、布板、加工焊装以及测试调试，将耗费大量的时间、人力、物力和财力。这对项目周期短、经费有限的项目，如测试系统平台、预研项目以及竞标演示项目等是非常不利的，因此迫切需要一种的新的解决方案来应对当前的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种基于标准总线架构的组合整机系统及构建方法，用以解决现有技术中多个标准功能模块构成新系统时彼此之间无法实现兼容的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种基于标准总线架构的组合整机系统，包括：
组合机箱，所述组合机箱包含交换板和若干个功能板卡；
其中，所述组合机箱由若干个机仓室组成，每个机仓室包含若干个相同功能板卡，所述若干个相同功能板卡采用相同类型的标准总线协议进行通信；
所述若干个功能板卡之间通过所述交换板进行数据交换。
优选地，所述若干个机仓室包括第一机仓室、第二机仓室和第三机仓室，所述若干个相同功能板卡包括若干个第一功能板卡、若干个第二功能板卡和若干个第三功能板卡，所述总线协议包括第一标准总线协议、第二标准总线协议和第三标准总线协议；其中：
所述第一机仓室包括所述若干个第一功能板卡，所述若干个第一功能板卡采用所述第一标准总线协议进行通信；
所述第二机仓室包括所述若干个第二功能板卡，所述若干个第二功能板卡采用所述第二标准总线协议进行通信；
所述第三机仓室包括所述若干个第三功能板卡，所述若干个第三功能板卡采用所述第三标准总线协议进行通信。
优选地，所述若干个第一功能板卡集中在具有第一标识的背板，并具有第一预设外形尺寸和第一预设板卡锁紧方式；
所述若干个第二功能板卡集中在具有第二标识的背板，并具有第二预设外形尺寸和第二预设板卡锁紧方式；
所述若干个第三功能板卡集中在具有第三标识的背板，并具有第三预设外形尺寸和第三预设板卡锁紧方式。
优选地，所述第一机仓室为PCIE仓室，所述若干个第一功能板卡为PCIE板卡，所述第一标准总线协议为PCIE协议；
所述第二机仓室为AMC仓室，所述若干个第二功能板卡为AMC板卡，所述第二标准总线协议为MTCA协议；
所述第三机仓室为VPX仓室，所述若干个第三功能板卡为VPX板卡，所述第三标准总线协议为VPX协议。
优选地，所述交换板分别通过GbE接口、SRIO接口和PCIE接口与每个功能板卡进行连接。
优选地，所述组合机箱还包括电源模块，由所述电源模块给所述交换板和所述若干个功能板卡进行供电。
第二方面，本发明实施例提供一种基于标准总线架构的组合整机系统构建方法，包括：
由若干个机仓室组成一个组合机箱，并将所述若干个机仓室并列连接；
将交换板放入所述组合机箱中，所述交换板位于所述组合机箱的背板位置；
将若干个功能板卡插入所述若干个机仓室中，其中每个机仓室包含若干个相同功能板卡；
将所述若干功能板卡与所述交换板通过若干个接口进行连接。
优选地，所述每个机仓室包含若干个相同功能板卡，具体包括：
所述若干个相同功能板卡采用预设外形尺寸进行设置，并采用预设板卡锁紧方式进行固定。
优选地，所述每个机仓室包含若干个相同功能板卡，还包括连接有具有预设标识的背板。
优选地，还包括：
将电源模块放入所述组合机箱中，以供所述交换板和所有仓室内的所述若干个功能板卡进行取电。
本发明实施例提供的基于标准总线架构的组合整机系统及构建方法，通过设计基于标准总线架构进行组合的整机系统，能包容多种不同总线接口的模块，能实现快速响应项目的系统设计需求，节省大量的时间，降低成本。
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附图。
图1为本发明实施例提供的组合机箱整机示意图；
图2为本发明实施例提供的功能板卡槽位背板示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于标准总线架构的组合整机系统构建方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
总线标准是系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。总线标准由标准化组织制定或行业、大公司提出而成为行业标准。
总线标准包括以下6个方面的标准规范：
1)逻辑规范：信号有效电平、格式、传输方向等；
2)定时规范：传输时序、收发同步；
3)差错控制：检错和纠错方法；
4)机械规范：连接器的物理尺寸与标准；
5)电气规范：总线元件的电气性能和约束；
6)通信协议：总线参与者必须遵从的规定和约定。
在实际应用中，不难发现标准化的产品在同一个标准内是一个优势，而多个标准的功能模块在一起，尤其是机械规范不同的标准模块就难以相容。为了高效低投入地解决多个标准功能模块构成一个新系统的问题，因此本发明实施例基于总线架构的思路来构建一个兼容多标准的组合机箱整机，以解决多形态、多总线模块兼容的问题。
图1为本发明实施例提供的组合机箱整机示意图，如图1所示，包括：
组合机箱，所述组合机箱包含交换板和若干个功能板卡；
其中，所述组合机箱由若干个机仓室组成，每个机仓室包含若干个相同功能板卡，所述若干个相同功能板卡采用相同类型的标准总线协议进行通信；
所述若干个功能板卡之间通过所述交换板进行数据交换。
具体地，设计组合机箱，包含如图1中所示多个机仓室中放置的多个功能板卡以及位于机箱后面的交换板，其中每个机仓室中放置具有相同功能的板卡，而这些具有相同功能的板卡也采用相同类型的标准总线协议进行通信，所有的功能板卡都是通过同一块交换板进行数据交换的。
此处，对整机进行了结构特性的约束，为了包容多种总线架构，组合机箱在设计时，结构上采用分仓设计；通常标准总线整机是单一总线结构，板卡连接器的物理尺寸和标准是相同的，设计上位于同一个仓室；机箱结构的分仓设计就是根据所包容的总线架构种类，分多个机仓室布置各个板卡，每一个机仓室只容纳一种类型总线架构的板卡。
本发明实施例提供的基于标准总线架构的组合整机系统及构建方法，通过设计基于标准总线架构进行组合的整机系统，能包容多种不同总线接口的模块，能实现快速响应项目的系统设计需求，节省大量的时间，降低成本。
基于上述实施例，所述若干个机仓室包括第一机仓室、第二机仓室和第三机仓室，所述若干个相同功能板卡包括若干个第一功能板卡、若干个第二功能板卡和若干个第三功能板卡，所述总线协议包括第一标准总线协议、第二标准总线协议和第三标准总线协议；其中：
所述第一机仓室包括所述若干个第一功能板卡，所述若干个第一功能板卡采用所述第一标准总线协议进行通信；
所述第二机仓室包括所述若干个第二功能板卡，所述若干个第二功能板卡采用所述第二标准总线协议进行通信；
所述第三机仓室包括所述若干个第三功能板卡，所述若干个第三功能板卡采用所述第三标准总线协议进行通信。
具体地，每个独立的机仓室设计为仅放置相同类型的功能板卡，本发明实施例具体应用于兼容具有三种标准总线协议的功能板卡，如图1所示，第一机仓室包括若干个第一功能板卡，相应地，若干个第一功能板卡采用第一标准总线协议进行通信；第二机仓室包括若干个第二功能板卡，相应地，若干个第二功能板卡采用第二标准总线协议进行通信；第三机仓室包括若干个第三功能板卡，相应地，若干个第三功能板卡采用第三标准总线协议进行通信。上述第一功能板卡、第二功能板卡和第三功能板卡均可以通过交换板进行数据交换。
本发明实施例通过对每个独立机仓室进行对应的功能板卡的分类设置，有利于进行集成分类，实现了快速部署和节省项目周期的目的。
基于上述任一实施例，所述若干个第一功能板卡集中在具有第一标识的背板，并具有第一预设外形尺寸和第一预设板卡锁紧方式；
所述若干个第二功能板卡集中在具有第二标识的背板，并具有第二预设外形尺寸和第二预设板卡锁紧方式；
所述若干个第三功能板卡集中在具有第三标识的背板，并具有第三预设外形尺寸和第三预设板卡锁紧方式。
具体地，对每个机仓室内的功能板卡都设置了对应的标识，以便和其余机仓室内的功能板卡进行区分，例如采用不同颜色的背板槽位，或者具有不同的标签，本发明实施例不限于此。同时，每种类型的功能板卡还具有对应的外形尺寸及和机箱锁紧的预设方式。
此处，对整机进行了背板的区分标识约束。在传统的背板设计中，各业务槽位是单色设计，背板上的连接器物理尺寸、引脚定义都是遵循同一个标准的。如果采用背板的彩色槽位设计，就是在背板上将不同类型的板卡插座设计成一个系统，在背板上将存在形形色色的插座类型，美其名曰彩色槽位。在背板上，依据板卡类型、机箱结构设计以及设备的功能要求，来对槽位的插座型号和逻辑关系进行设计定义。背板的彩色槽位设计，可以将不同种类型的板卡搭建成任意一个新系统。这种背板也可以独立存在，用于系统的功能性能调试和样机演示。具有不同标识的背板实际上是同一个物理形态。
本发明实施例通过对不同功能板卡采用不同区分标识的设计，有效识别和区分了不同功能板卡，对于工程项目，尤其是大规模集成项目，可大幅缩减项目实施周期，提高施工效率。
基于上述任一实施例，所述第一机仓室为PCIE仓室，所述若干个第一功能板卡为PCIE板卡，所述第一标准总线协议为PCIE协议；
所述第二机仓室为AMC仓室，所述若干个第二功能板卡为AMC板卡，所述第二标准总线协议为MTCA协议；
所述第三机仓室为VPX仓室，所述若干个第三功能板卡为VPX板卡，所述第三标准总线协议为VPX协议。
具体地，在传统整机设计中，无论哪种总线标准，都存在两种通信协议，一种是机箱管理通信协议，一种是数据通信协议。不同的总线标准，有着不同的机箱管理通信协议，采用标准的数据通信协议，例如PCIE总线，有其简单的管理协议；MTCA总线的机箱管理协议最复杂，内部不同类型的板卡遵循不同的管理协议，其中AMC模块的管理电源与数据电源是分开的，且存在上电顺序的控制，若机箱管理没有做到位，数据部分不具备通信条件；VPX机箱管理协议适中，规范给用户比较大的设计空间，用户可以选择自己的管理方案来管理。考虑到多个总线的通信兼容，组合机箱的整机在设计的时候，将会屏蔽管理通信协议，只考虑数据通信业务需求。
此处，综合上述三种协议，对整机进行了通信协议的约束。对组合机箱中的机仓室进行了严格地定义和区分：第一机仓室为PCIE仓室，若干个第一功能板卡为PCIE板卡，第一标准总线协议为PCIE协议；第二机仓室为AMC仓室，若干个第二功能板卡为AMC板卡，第二标准总线协议为MTCA协议；第三机仓室为VPX仓室，若干个第三功能板卡为VPX板卡，第三标准总线协议为VPX协议。
本发明实施例通过对几种常用的总线协议进行了区分，与独立的机仓室具有对应关系，明确了每种功能板卡所使用的通信协议。
基于上述任一实施例，优选地，所述交换板分别通过GbE接口、SRIO(Serial RapidI/O)接口和PCIE接口与每个功能板卡进行连接。
具体地，所有的功能板卡均是通过相同的交换板进行互联互通，此处，需要对整机的电特性进行约束，不同标准总线架构的电特性，略有差异，虽各有不同的通信协议，却采用相同的电气规范。在这里，需要对各模块的电特性进行一个约束，比如都约束为SGMII(Serial Gigabit Media Independent Interface)接口和SRIO接口这两种特性的。针对由FPGA提供的电接口，可在FPGA内进行适当的调整，比如，将原先PCIE的接口，调整为SRIO接口。基于标准总线架构的组合整机设计技术，将约束数据接口的电气特性为LVDS(LowVoltage Differential Signaling，低电压差分信号接口)，这样可以保证不同模块之间的互连互通。
本发明实施例通过在交换板上分别设置与不同的功能板卡对应的接口进行适配连接，有效保证了不同模块之间的互联互通。
基于上述任一实施例，所述组合机箱还包括电源模块，由所述电源模块给所述交换板和所述若干个功能板卡进行供电。
具体地，采用统一的电源模块进行供电，实现了机箱上电即同时给各槽位的管理和业务供电。
下面结合具体的实施例对本发明的方案作进一步地说明：
首先进行板卡选型，预备Xilinx的FPGA开发板，该板卡是标准的PCIE板卡；TI的DSP6657开发板,该板卡是标准的AMC板卡，符合MTCA总线；还借用了其他项目中的标准VPX射频板卡来构建一个小的通信终端。
再进行组合整机设计，基于PCIE总线标准、MTCA总线标准和VPX总线标准，构建了一个组合机箱。组合机箱中带电源模块和一款定制的彩色背板，可以保证这3种总线架构的板卡进行互连互通。同时，弱化管理协议，简化电源上电流程，机箱上电即同时给各槽位的管理和业务供电。三种不同类型的板卡，在外形尺寸和板卡锁紧方式上都不相同，在机箱设计时，设计了3个仓室，分别是PCIE、AMC和VPX仓室，每仓室布局一个类型的板卡，如图1。在逻辑上，这三类板卡都是可以通过SRIO和GbE交换通信的，其中PCIE板卡通过修改FPGA的逻辑配置来实现SRIO的通信。如图2，在背板上设计SRIO和GbE的交换拓扑结构，布置对应板卡的插座，然后根据结构的分仓定好位置。在设计背板和机箱时，同时考虑各个板卡的供电，对机箱电源进行选型。
最后完成基于3种标准总线架构的组合整机硬件平台的设计。
图3为本发明实施例提供的一种基于标准总线架构的组合整机系统构建方法流程图，如图3所示，包括：
S1，由若干个机仓室组成一个组合机箱，并将所述若干个机仓室并列连接；
S2，将交换板放入所述组合机箱中，所述交换板位于所述组合机箱的背板位置；
S3，将若干个功能板卡插入所述若干个机仓室中，其中每个机仓室包含若干个相同功能板卡；
S4，将所述若干功能板卡与所述交换板通过若干个接口进行连接。
具体地，首先构建一个整体的组合机箱，其中包含若干个机仓室，这些机仓室采用并列排列的方式进行连接，再将交换板插入到组合机箱的背板位置，作为整体的数据交换接口，进一步将不同类型的功能板卡插入至对应的机仓室中，最后将各功能板卡的接口和交换板对应的接口进行连接，完成后整机便可以进行互联互通。
本发明实施例提供的基于标准总线架构的组合整机系统及构建方法，通过设计基于标准总线架构进行组合的整机系统，能包容多种不同总线接口的模块，能实现快速响应项目的系统设计需求，节省大量的时间，降低成本。
基于上述任一实施例，所述每个机仓室包含若干个相同功能板卡，具体包括：
所述若干个相同功能板卡采用预设外形尺寸进行设置，并采用预设板卡锁紧方式进行固定。
具体地，对每个机仓室内的功能板卡都采用了对应的外形尺寸，以便和其余机仓室内的功能板卡进行区分，同时，每种类型的功能板卡还具有对应的和机箱锁紧的预设方式。
基于上述任一实施例，所述每个机仓室包含若干个相同功能板卡，还包括连接有具有预设标识的背板。
具体地，为了更明显地将不同功能板卡快速区分开，采用了设置不同的预设标识，例如使用颜色来区分等方式，尤其是在大规模工程中，具有更高效的辨识度。
基于上述任一实施例，还包括：
将电源模块放入所述组合机箱中，以供所述交换板和所述若干个功能板卡进行取电。
此处，采用统一的电源模块进行供电，实现了机箱上电即同时给各槽位的管理和业务供电。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于标准总线架构的组合整机系统，其特征在于，包括：
组合机箱，所述组合机箱包含交换板和若干个功能板卡；
其中，所述组合机箱由若干个机仓室组成，每个机仓室包含若干个相同功能板卡，所述若干个相同功能板卡采用相同类型的标准总线协议进行通信；
所述若干个功能板卡之间通过所述交换板进行数据交换。
2.根据权利要求1所述的基于标准总线架构的组合整机系统，其特征在于，所述若干个机仓室包括第一机仓室、第二机仓室和第三机仓室，所述若干个相同功能板卡包括若干个第一功能板卡、若干个第二功能板卡和若干个第三功能板卡，所述总线协议包括第一标准总线协议、第二标准总线协议和第三标准总线协议；其中：
所述第一机仓室包括所述若干个第一功能板卡，所述若干个第一功能板卡采用所述第一标准总线协议进行通信；
所述第二机仓室包括所述若干个第二功能板卡，所述若干个第二功能板卡采用所述第二标准总线协议进行通信；
所述第三机仓室包括所述若干个第三功能板卡，所述若干个第三功能板卡采用所述第三标准总线协议进行通信。
3.根据权利要求2所述的基于标准总线架构的组合整机系统，其特征在于，所述若干个第一功能板卡集中在具有第一标识的背板，并具有第一预设外形尺寸和第一预设板卡锁紧方式；
所述若干个第二功能板卡集中在具有第二标识的背板，并具有第二预设外形尺寸和第二预设板卡锁紧方式；
所述若干个第三功能板卡集中在具有第三标识的背板，并具有第三预设外形尺寸和第三预设板卡锁紧方式。
4.根据权利要求2所述的基于标准总线架构的组合整机系统，其特征在于，所述第一机仓室为PCIE仓室，所述若干个第一功能板卡为PCIE板卡，所述第一标准总线协议为PCIE协议；
所述第二机仓室为AMC仓室，所述若干个第二功能板卡为AMC板卡，所述第二标准总线协议为MTCA协议；
所述第三机仓室为VPX仓室，所述若干个第三功能板卡为VPX板卡，所述第三标准总线协议为VPX协议。
5.根据权利要求1所述的基于标准总线架构的组合整机系统，其特征在于，所述交换板分别通过GbE接口、SRIO接口和PCIE接口与每个功能板卡进行连接。
6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的基于标准总线架构的组合整机系统，其特征在于，所述组合机箱还包括电源模块，由所述电源模块给所述交换板和所述若干个功能板卡进行供电。
7.一种基于标准总线架构的组合整机系统的构建方法，其特征在于，包括：
由若干个机仓室组成一个组合机箱，并将所述若干个机仓室并列连接；
将交换板放入所述组合机箱中，所述交换板位于所述组合机箱的背板位置；
将若干个功能板卡插入所述若干个机仓室中，其中每个机仓室包含若干个相同功能板卡；
将所述若干功能板卡与所述交换板通过若干个接口进行连接。
8.根据权利要求7所述的基于标准总线架构的组合整机系统的构建方法，其特征在于，所述每个机仓室包含若干个相同功能板卡，具体包括：
所述若干个相同功能板卡采用预设外形尺寸进行设置，并采用预设板卡锁紧方式进行固定。
9.根据权利要求8所述的基于标准总线架构的组合整机系统的构建方法，其特征在于，所述每个机仓室包含若干个相同功能板卡，还包括连接有具有预设标识的背板。
10.根据权利要求7所述的基于标准总线架构的组合整机系统的构建方法，其特征在于，还包括：
将电源模块放入所述组合机箱中，以供所述交换板和所有仓室内的所述若干个功能板卡进行取电。
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