CN110990326B - 一种用于ATCA架构的高速PCI Express转接驱动单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种应用于ATCA架构的高速PCI Express转接驱动单元,包括:一扣板,包两组插座,一组和处理器刀片上的ZONE 3内的插头互连,一组与转接前单板上的ZONE 3内的插头连接;一转接前单板,包括:ZONE 3内的插头、信号驱动组件、PCI Express插槽和电源组件。本发明使各类功能卡,能方便的在ATCA架构中安装、使用、测试与调试,拓展了各类PCI Express功能卡的应用领域。同时拓展了ATCA架构自身应用领域降低应用成本,使ATCA架构不仅应用在传统电信领域,还可应用于人工智能、高性能计算、大数据处理等新兴领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于ATCA架构的高速PCI Express转接驱动单元,用于将ATCA架构中处理器刀片上的ZONE 3(区域3)中的高速PCI Express信号转接至另一块符合ATCA架构标准机械结构尺寸的转接前单板;而后再经驱动后转为标准PCI Express插槽形式。从而使得符合PCI Express标准的各类功能卡可以安装于ATCA架构中,进行应用、调试与测试。本发明属于电信,计算机通信,人工智能和高速图像处理领域。
背景技术
ATCA架构,又称先进电信计算机架构,即Advanced Telecom ComputingArchitecture,是PICMG开发的业内最新的开放标准之一,主要是为了解决新一代工业计算机、刀片式服务器和网络通信设备面临的系统带宽问题、高可用性问题、现场升级问题、可扩展性问题、可管理性问题以及可互操作问题,并最终降低成本。目前应用最广的规范标准为PICMG 3.0,在核心的规范里定义了机械结构、散热管理、电源管理、系统管理等部分,辅助规范则定义了互连的连接方式。
在ATCA架构中,具体的结构包括了:前单板(Front Board)、背板(Backplane)、后板(Rear Transition Module,简称为RTM)。其中,前单板又定义了Zone1、Zone2和ZONE 3三个连接器区域。其中Zone1为用于电源和机架管理的接口连接器,Zone 2为数据传输(业务)的接口连接器,Zone 3为用户自定义的IO接口连接器。Zone1和Zone2连接器在架构中只能用于前单板与背板之间的电源传输和信号互连,而且都给出了明确的信号定义。ZONE 3连接器只能用于前单板与后板之间的信号互连。
在主流处理器刀片(即一种前单板产品)中,其均是通过ZONE 3连接器将高速PCIExpress总线转接至后板。例如:凌华科技的ATCA处理器刀片ATCA-9710是将1路高速PCIExpressX8总线和1路高速PCI ExpressX16总线转接至后板。
研华科技有限公司的ATCA处理器刀片MIC5342,其ZONE 3连接器是将1路高速PCIExpressX8总线和1路高速PCI ExpressX16总线转接至后板。
雅特生科技(Artesyn Embedded Technologies)的处理器刀片,其ZONE 3连接器是将1路高速PCI ExpressX4总线和1路高速PCI ExpressX16总线转接至后板。
PCI Express则是新一代的计算机串行总线,其以协议替代了传统的同步或异步时序逻辑总线接口,具有传输速率高、节省硬件资源、无串扰、无码间干扰、无信号偏移、无直流偏置等突出特点。
从刚推出时的PCI.Express 1.0一直发展到当前主流的PCI.Express 3.0。传输速率也从PCI.Express 1.0的2.5GT/s,发展到PCI.Express 3.0的8GT/s。所以,PCI Express一经推出就得到了广泛的重视和应用。目前各类商用计算机(服务器)、工业控制计算机等都具有PCI Express扩展槽。而且PCI Express总线功能卡种类繁多、应用广泛。例如:PCIExpress总线高速数字化仪卡、PCI Express总线显卡、PCI Express总线图像采集卡、PCIExpress总线运动控制卡、PCI Express总线GPU卡等等。
同时,在ATCA架构中,前单板上的Zone2和Zone3区域内的连接器也支持使用PCIExpress总线的差分信号。当前,主流的ATCA前单板产品也均采用了高速PCI Express总线。由此可以看到PCI Express总线技术的先进性和应用的广泛性。
但是在ATCA架构中,后板尺寸小,其标准PCB外形尺寸仅为:高度322.25mm,宽度70mm,所以空间非常有限,既无法提供符合标准的PCI Express插槽,又没有安装布置PCIExpress功能卡的空间。也就是说,成熟的各类高速PCI Express总线功能卡是无法直接应用到ATCA架构中的。
专利《一种基于ATCA总线的PCI-E扩展方式》,(申请号CN201610191021.5,公开号CN105868153A),公开了一种将PCI Express总线扩展至后板的技术方案。专利《一种对ATCA通用CPU刀片服务器扩展InfiniBand接口的方法》(申请号CN201010606245.0,公开号CN102567266A),公开了一种通过在标准配套后插板RTM所占用的物理尺寸空间中增加PCIExpress总线,再转换成InfiniBand总线的电路结构。
但这些专利均未将PCI Express总线扩展至另外一块前单板。同时更为重要的是,由于后板尺寸小,符合PICMG 3.0AdvancedTCA Base Specification的后板是无法安装标准尺寸(即符合PCI Express Card Electromechanical Specification,Revision 1.0规范)的各种PCI Express功能卡,而只能限于使用类似Mini PCI Express卡(外形尺寸:30×50.95mm),也就是符合Mini PCI Express Card Electromechanical Specification,Revision 1.0规范的卡,如:网卡和光纤卡。
因此,非常有必要为ATCA架构提供一个既适应其标准前单板安装结构,又便于安装符合PCI Express Card Electromechanical Specification,Revision 1.0规范的PCIExpress功能卡。同时,兼容PCI Express电气信号规范的转接单元应不影响PCI Express信号传输质量,使得各类PCI Express功能卡可以方便的在ATCA架构中安装使用、测试与调试。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于ATCA架构的高速PCI Express转接驱动单元,用于将ATCA架构中处理器刀片上的ZONE 3中的高速PCI Express信号转接至另一块符合ATCA架构标准机械结构尺寸的转接前单板,而后再经驱动后转为标准PCI Express插槽形式。从而使得各类符合PCI Express标准的功能卡可以安装于此前单板上,进而在ATCA架构中进行应用、调试与测试。
本发明的技术方案为:一种应用于ATCA架构的高速PCI Express转接驱动单元,如图1所示,所述转接驱动单元包括:
一扣板,包两组插座,一组用以和ATCA架构中处理器刀片上的ZONE 3内的插头互连,一组用于与转接前单板上的ZONE 3内的插头连接;从而将此处理器刀片上的ZONE 3中的高速PCI Express信号进行转接;
一转接前单板,至少包括:ZONE 3内的插头、信号驱动组件、PCI Express插槽和电源组件;所述转接前单板上的ZONE 3内的插头和扣板上的插座互连,以连接扣板转接的PCIExpress信号,并进行驱动后再转接为PCI Express插槽形式。
其中,所述的扣板所包含的两组插座在横向即X轴方向间距30.48mm,即一个ATCA架构中两个背板插槽之间的标准间距。
其中,所述的扣板所包含的两组插座在纵向即Y轴方向位置相同。
其中,所述的扣板所包含的两组插座均为高速差分信号专用插座,支持的差分信号传输频率至少为12Gbps。
其中,所述的转接前单板应符合PICMG 3.0规范中规定的前板机械结构尺寸和电源电气及控制要求。
其中,所述的转接前单板不含有PICMG 3.0规范中规定的的Zone2连接器区域及其相关联的信号。
其中,所述的转接前单板中的信号驱动组件由PCI Express Buffer构成,以实现转接前单板PCI Express插槽和ZONE 3内的插头之间PCI Express信号的缓冲驱动,提高信号传输质量,降低传输损耗。
其中,所述的转接前单板中的PCI Express插槽为PCI Express X8以上的符合PCIExpress Card Electromechanical Specification,Revision 1.0规范的标准插座。
其中,所述的转接前单板中的PCI Express插槽数量至少为1个。
其中,所述的转接前单板中的PCI Express插槽为90度弯针PCI Express X16插座形式。
本发明一种用于ATCA架构的高速PCI Express转接驱动单元,其优点及功效在于:使得各类符合PCI Express Card Electromechanical Specification规范的功能卡,例如:GPU卡、图像采集卡、数字化仪卡、运动控制卡等,能够方便的在ATCA架构中安装、使用、测试与调试,从而拓展了各类PCI Express功能卡的应用领域。同时更为重要的是拓展了ATCA架构自身的应用领域降低了应用成本,使得ATCA架构不仅应用在传统电信领域,还可以广泛应用于人工智能、高性能计算、大数据处理等新兴领域。
附图说明
图1所示为本发明的原理框图
图2所示为本发明的轴侧视图
图3所示为本发明中扣板的正视图
图4所示为本发明中扣板的轴侧视图
图5所示为本发明中转接前单板的正视图
图6所示为本发明中转接前单板的轴侧视图
图中具体标号如下:
100 | 扣板 | 200 | 转接前单板 |
101 | 扣板PCB板 | 102 | 第1个定位销 |
103 | 第2个定位销 | 104 | 第1组PCIe转接插座 |
105 | 第2组PCIe转接插座 | 106 | 第1个高速差分信号专用插座 |
107 | 第2个高速差分信号专用插座 | 108 | 第3个高速差分信号专用插座 |
109 | 第4个高速差分信号专用插座 | ||
201 | 第1个定位块 | 202 | 第1个PCIe弯针插头 |
203 | 第2个PCIe弯针插头 | 204 | 第2个定位块 |
205 | 电源弯针插头 | 206 | 第1个PCIe扩展插座 |
207 | 前挡板 | 208 | 第2个PCIe扩展插座 |
209 | PCIe缓冲单元 | 210 | -48V缓冲单元 |
211 | +12V供电单元 | 212 | +3.3V供电单元 |
本发明中涉及到的单位符号说明如下:
Ω 欧姆
mm 毫米
mil 密耳
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的技术方案做进一步的说明。
请参照附图2,本发明较佳实施方式一种用于ATCA架构的高速PCI Express转接驱动单元包括:一扣板100、一转接前单板200。
请参照附图3、图4,扣板100中的第1组PCIe转接插座104包括两个相同高速差分信号专用插座,即第1个高速差分信号专用插座106,第2个高速差分信号专用插座107。这两个高速差分信号专用插座具体规格型号为TE Connectivity公司的2170330-1。这两个高速差分信号专用插座的A1针脚横向位置重合,纵向间距为25mm。
扣板100中的第2组PCIe转接插座105包括两个相同型号的高速差分信号专用插座,即第3个高速差分信号专用插座108,第4个高速差分信号专用插座109。这两个插座具体规格型号为TE Connectivity公司的2170330-1。这两个高速差分信号专用插座的A1针脚横向位置重合,纵向间距为25mm。
扣板100中的第1组PCIe转接插座104和第2组PCIe转接插座105纵向位置相同,对应针脚(例如:第1个高速差分信号专用插座106中的A1针脚与第3个高速差分信号专用插座108中的A1针脚)横向间距为30.48mm。扣板PCB板101为4层阻抗控制PCB板,厚度2.0mm。
扣板PCB板101高度137.5mm,宽度61mm。第1个高速差分信号专用插座106中的A1针脚距离扣板PCB板101左下角边缘,横向距离为4.825mm,纵向距离为49.15mm。
扣板100中的第1个定位销102左侧中心孔,与第2个定位销103左侧中心孔纵向位置重合,横向间距30mm。扣板100中的第1个定位销102左侧中心孔中心距离第1个高速差分信号专用插座106的A1针脚横向为5.675mm;纵向为17.75mm。
处理器刀片选用凌华科技有限公司的aTCA-9710,其ZONE 3(区域3)中布置有两个高速差分信号专用插头(aTCA-9710中编号分别为J31和J32),与PCI Express相关信号针脚定义如下表1和表2所示。
表1
表2
扣板100中的第1组PCIe转接插座104可与处理器刀片aTCA-9710上的ZONE 3(区域3)中的至少两个高速高速差分信号专用插头进行互连。也就是第1个高速差分信号专用插座106与aTCA-9710上的高速差分信号专用插头J31互连,第2个高速差分信号专用插座107与aTCA-9710上的高速差分信号专用插头J32互连。从而将处理器刀片aTCA-9710上的ZONE3(区域3)中的的PCI Express信号转接至扣板100中的第1组PCIe转接插座104。
扣板100中的第1组PCIe转接插座104再将PCI Express信号转接至扣板100中的第2组PCIe转接插座105。
扣板100中的第1组PCIe转接插座104中的第1个高速差分信号专用插座106,与扣板100中的第2组PCIe转接插座105中的第3个高速差分信号专用插座108,至少应有如下表3所示的针脚进行短接互连。而且每一个发送和接收通道中的差分线需要进行阻抗控制和等长控制,每一个发送和接收通道中的差分线之间的差分特性阻抗为100Ω±10Ω,其单端阻抗为50Ω±10Ω;每一个发送和接收通道中的差分线长度差小于等于1mil。
表3
扣板100中的第1组PCIe转接插座104中的第2个高速差分信号专用插座107,与扣板100中的第2组PCIe转接插座105中的第4个高速差分信号专用插座109,至少应有如下表4所示的针脚进行短接互连。而且每一个发送和接收通道中的差分线需要进行阻抗控制和等长控制,每一个发送和接收通道中的差分线之间的差分特性阻抗为100Ω±10Ω,其单端阻抗为50Ω±10Ω;每一个发送和接收通道中的差分线长度差小于等于1mil。
表4
扣板100中的第2组PCIe转接插座105中的第3个高速差分信号专用插座108,第4个高速差分信号专用插座109,分别与转接前单板200上的ZONE 3(区域3)中的第1个PCIe弯针插头202、第2个PCIe弯针插头203进行互连。进而将处理器刀片aTCA-9710上的ZONE 3(区域3)中的的PCI Express信号转接至转接前单板200。经过转接之后,第1个PCIe弯针插头202针脚定义如下表5所示,第2个PCIe弯针插头203针脚定义如下表6所示。
表5
表6
请参阅图5和图6,转接前单板200结构尺寸应符合PICMG 3.0(AdvancedTCA BaseSpecification)规范要求。转接前单板200上的ZONE 2(区域2)中没有对外信号连接器。
其中,转接前单板200上的ZONE 3(区域3)中包括两个相同型号的高速差分信号专用弯针插头,即第1个PCIe弯针插头202、第2个PCIe弯针插头203。这两个弯针插头具体规格型号为TE Connectivity公司的2065657-1。
转接前单板200上的ZONE 3(区域3)中的第1个PCIe弯针插头202、第2个PCIe弯针插头203再将PCI Express信号(即接收0通道至接收23通道,发送0通道至发送23通道)通过PCB阻抗控制差分线连接至PCIe缓冲单元209。
PCIe缓冲单元209由至少6片中继器/转接驱动芯片构成。中继器/转接驱动芯片选用Texas Instruments公司的DS80PCI810。DS80PCI810是具有均衡器的低功耗8通道线性中继器。与PCIe缓冲单元209相关的PCI Express信号包括:24个发送通道和24个接收通道。3片DS80PCI810用于24个发送通道的信号缓冲驱动,3片DS80PCI810用于24个接收通道的信号缓冲驱动。
经过PCIe缓冲单元209缓冲驱动的PCI Express信号(即接收0通道至接收23通道,发送0通道至发送23通道)再通过PCB阻抗控制差分线分配连接至第1个PCIe扩展插座206和第2个PCIe扩展插座208,PCI Express信号具体分配关系和PCIe扩展插座针脚定义如下表7和表8所示。
其中,第1个PCIe扩展插座206为PCI Express X8扩展插座,具体规格型号为MERITEC公司的983171-164-2MMF。第2个PCIe扩展插座208为PCI Express X16扩展插座,具体规格型号为MERITEC公司的983171-164-2MMF。
表7
表8
转接前单板200可以安装前挡板207,用于固定具有PCI Express总线接口的功能板卡或模块。
转接前单板200中的ZONE 1(区域1)具有一个电源弯针插头205,具体型号为Positronic公司的VPB30W8M6200C1/AA。电源弯针插头205针脚定义符合PICMG 3.0(AdvancedTCA Base Specification)规范要求。
经过电源弯针插头205引入的-48V电源进入-48V缓冲单元210。-48V缓冲单元210以General Electric公司的PIM400KZ为核心进行构建。
-48V缓冲单元210的输出进入+12V供电单元211。+12V供电单元211将输入的-48V变换为+12V,为转接前单板200提供+12V供电电源。+12V供电单元211以Lineage Power公司的QBVW033A0B41-HZ为核心进行构建。
+12V供电单元211的输出进入+3.3V供电单元212。+3.3V供电单元212将输入的+12V变换为+3.3V,为转接前单板200提供+3.3V供电电源。+3.3V供电单元212以EmersonNetwork Power公司的PTH12060WAH为核心进行构建。
Claims (1)
1.一种应用于ATCA架构的高速PCI Express转接驱动单元,其特征在于:所述转接驱动单元包括:
一扣板,包两组插座,一组用以和ATCA架构中处理器刀片上的ZONE 3内的插头互连,一组用于与转接前单板上的ZONE 3内的插头连接;从而将此处理器刀片上的ZONE3中的高速PCI Express信号进行转接;
一转接前单板,至少包括:ZONE 3内的插头、信号驱动组件、PCI Express插槽和电源组件;所述转接前单板上的ZONE 3内的插头和扣板上的插座互连,以连接扣板转接的PCIExpress信号,并进行驱动后再转接为PCI Express插槽形式;
所述的扣板所包含的两组插座在横向即X轴方向间距30.48mm,即一个ATCA架构中两个背板插槽之间的标准间距;
所述的扣板所包含的两组插座在纵向即Y轴方向位置相同;
所述的扣板所包含的两组插座均为高速差分信号专用插座,支持的差分信号传输频率至少为12Gbps;
所述的转接前单板不含有PICMG 3.0规范中规定的的Zone2连接器区域及其相关联的信号;
所述的转接前单板中的信号驱动组件由PCI Express Buffer构成,以实现转接前单板PCI Express插槽和ZONE 3内的插头之间PCI Express信号的缓冲驱动;
所述的转接前单板中的PCI Express插槽为PCI Express X8以上的符合PCI ExpressCard Electromechanical Specification,Revision 1.0规范的标准插座;
所述的转接前单板中的PCI Express插槽数量至少为1个;
所述的转接前单板中的PCI Express插槽为90度弯针PCI Express X16插座形式。
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CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 100085 305-209, zone 6, Xinggu Economic Development Zone, Pinggu District, Beijing Applicant after: Haisheng times Technology Group Co.,Ltd. Address before: 100085 305-209, zone 6, Xinggu Economic Development Zone, Pinggu District, Beijing Applicant before: BEIJING HSERA TIMES TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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GR01 | Patent grant | ||
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