CN112260969B - 一种基于cpci架构的刀片式边缘计算设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于CPCI架构的刀片式边缘计算设备，计算设备包括一个背板、一个交换板、多个业务板、第一系统板和第二系统板；交换板安装在背板的中间位置，第一系统板以靠近交换板的方式安装在背板的第一方向上，多个业务板中的部分业务板以远离第一系统板的同侧方向安装在背板的第一方向上，业务板中的其他业务板依次以远离的方式安装在交换板的第二方向上，第二系统板安装在交换板的第二方向上的最远侧，安装在中间位置的交换板用以提供系统板与多个业务板之间及多个业务板之间的最优数据传输路径。最优传输路径是基于系统板的散热以及多个业务板之间的优先级进行排列的，从而提高了业务板、系统板之间的数据传输性能。

Description

一种基于CPCI架构的刀片式边缘计算设备

技术领域

本发明涉及计算机硬件技术领域，特别是一种基于CPCI架构的刀片式边缘计算设备。

背景技术

随着智慧高速理论框架的不断完善，智慧通信站作为“节点”设备，其技术特点在不断的探索中逐渐清晰，智慧通信站的核心设备智慧高速边缘计算设备的技术特点已经非常明确。现有的边缘计算设备成本高、扩展性差，边缘节点设备功能单一，适应的领域窄。

根据应用的需求，智慧高速边缘计算设备至少应具备如下性能：开放的硬件体系架构。开放体系架构便于第三方组件便捷的接入，让边缘计算器在软硬件的助力下迅速提升，只有开放的体系架构才能使“云管端”智慧高速被广大的上下游企业接受，支持和广泛参与，智慧高速才能得到更快更好的实现；嵌入式低功耗的多种异构计算融合。智慧通信站本质上是路侧端设备，因此要求计算设备本身满足低功耗需求、嵌入式硬件软件结合，高可靠性需求以及低维护需求。

现有技术中，由于背板的插槽设计不合理，导致交换板、系统板及业务板的数据传输路径不佳，影响了数据传输的实时性，导致边缘计算设备在一些实时场景，比如，交通视频数据采集时，难以实时的采集到需要的数据，影响了设备的性能，此外，业务板与交换板之间应该需要时再进行数据传输，没有数据采集时，业务板处于工作状态将导致功耗较大。

此外，现有技术中，在背板及交换板的电路设计中，由于芯片布置较密集，芯片之间相互的串扰较为严重，如何屏蔽芯片之间的串扰也是高性能计算中的一个难题，还有散热问题，现有的边缘计算设备中，由于散热风扇的安装位置不合理，导致机器散热性能较差，到致死机，影响了用户体验。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的一个或多个缺陷，提出了如下技术方案。

一种基于CPCI架构的刀片式边缘计算设备，所述计算设备包括一个背板、一个交换板、多个业务板、第一系统板和第二系统板；所述交换板安装在所述背板的中间位置，所述第一系统板以靠近所述交换板的方式安装在所述背板的第一方向上，所述多个业务板中的部分业务板以远离所述第一系统板的同侧方向安装在所述背板的第一方向上，所述业务板中的其他业务板依次以远离的方式安装在所述交换板的第二方向上，所述第二系统板安装在所述交换板的第二方向上的最远侧，安装在中间位置的所述交换板用以提供所述系统板与所述多个业务板之间及所述多个业务板之间的最优数据传输路径。

更进一步地，所述一个交换板、多个业务板和第一、二系统板通过设置在所述背板上的Compact PCI插槽安装在所述背板上。

更进一步地，所述计算设备包括至少二组电源，二组电源以冗余的方式进行供电。

更进一步地，所述计算设备包括散热系统，所述散热系统包括多个散热风扇，所述散热系统设置在所述背板的底部。

更进一步地，所述第一、二系统板至少包括板载CPU、内存和硬盘，并运行有操作系统，用以为所述交换板和业务板提供管理配置、任务调度以及数据存储服务；

所述交换板为所述第一、二系统板与所述业务板之间或所述多个业务板之间提供高速的数据通讯服务；

所述业务板用以根据业务特点配置硬件资源，以任务为核心实现边缘计算的动态调配。

更进一步地，所述计算设备具有10000M带宽的外部数据接入能力，所述交换板与其他板卡之间具有1000M带宽的数据交换能力，所述背板提供33M带宽系统总线。

更进一步地，所述业务板用于采集交通场景中的视频图像数据。

更进一步地，所述多个业务板的每一个具有数据侦测电路，所述侦测电路用于侦测所述业务板是否处于数据采集状态，且判断所述采集的数据是否为有效数据，如果是，所述侦测电路触发所述业务板向所述交换板传输数据的中断，所述交换板基于所述中断将所述业务板采集的数据发送至所述第一或二系统板进行处理。

更进一步地，所述背板上的每个Compact PCI插槽的IDSEL引脚通过110欧电阻接地址线址线址线，所有插槽的M66EN引脚相连后通过110欧姆电阻下拉到地，或接0.01欧电阻上拉到3.3V，每个插槽的Healthy引脚接一个0.01uF的电容后接地。

更进一步地，所述交换板包括一RTL8382L芯片、第一RTL8218芯片、第二RTL8218芯片，所述第一、二RTL8218芯片分别与所述相连接RTL8382L芯片，所述第一RTL8218芯片与两个RJ45网口连接，所述RTL8382L芯片与所述交换板左侧的插槽相连接，所述第二RTL8218芯片与所述交换板右侧的插槽相连接，所述第一、二RTL8218芯片在电路板上相邻布置，所述第一、二RTL8218芯片的MDIREF引脚通过2.94千欧电阻接地。

本发明的技术效果为：本发明中的一种基于CPCI架构的刀片式边缘计算设备，所述计算设备包括一个背板、一个交换板、多个业务板和第一、二系统板；所述交换板安装在所述背板的中间位置，所述多个业务板以所述交换板为对称轴对称的安装在所述背板上，所述第一、二系统板以远离所述交换板的方向分别安装所述交换板的两侧，安装在中间位置的所述交换板用以提供所述系统板与所述多个业务板之间及所述多个业务板之间的最优数据传输路径。所述最优传输路径是基于系统板的散热以及多个业务板之间的优先级进行排列的，从而提高了业务板、系统板之间的数据传输性能，使边缘计算设备在一些实时场景，交通视频数据采集时，可以实时的采集到需要的视频数据，满足了性能需求，集成在板卡底部的风扇系统，解决了传统模式因机箱内空气流动不畅，导致系统板不能有效散热的问题，这种设置加速了散热进程，单位体积内部署更多的计算单元，提升设备应用效能，通过在背板及交换板相应的管脚处设置具体大小的电阻或电容以屏蔽芯片之间的串扰，提高了交换板、背板数据处理的速度，本发明的业务板中设置了侦测电路，其可以确定业务板是否处于数据采集状态，如果否，将业务板置于休眠状态，如果是，进一步判断所采集的数据是否为有效数据，比如，数据量过小、或者数据变化率较大等，这都是无效数据，确定数据有效时，才通过中断建立与交换板的数据传输通道，保证了交换板不会一直被某个交换板占用，提高了系统性能，且降低了业务板的平均功耗。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是根据本发明的实施例之一的一种基于CPCI架构的刀片式边缘计算设备的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1示出了本发明的一种基于CPCI架构的刀片式边缘计算设备，所述计算设备包括一个背板、一个交换板、多个业务板、第一系统板和第二系统板；所述交换板安装在所述背板的中间位置，所述第一系统板以靠近所述交换板的方式安装在所述背板的第一方向上，所述多个业务板中的部分业务板以远离所述第一系统板的同侧方向安装在所述背板的第一方向上，所述业务板中的其他业务板依次以远离的方式安装在所述交换板的第二方向上，所述第二系统板安装在所述交换板的第二方向上的最远侧，安装在中间位置的所述交换板用以提供所述系统板与所述多个业务板之间及所述多个业务板之间的最优数据传输路径。如图1所示，第一方向是交换板的右侧，第二方向是交换板的左侧，当然，方向可以随设备的不同位置而定义。

在一个实施例中，包括14块业务板，交换板的两侧各安装7块交换板，第一系统板以靠近的方式安装在所述交换板的右侧方向，然后依次向右再安装7块交换板，另外7块交换板依次以远离的交换板方式安装在交换板的左侧，第一个系统板安装在交换板的最左侧，这是因为系统板至少包括板载CPU、内存和硬盘，并运行有操作系统，用以为所述交换板和业务板提供管理配置、任务调度以及数据存储服务，其运行时消耗能量较大，散热量也较大，将其安装在交换板的恰当位置，这样安装在机箱上，第一、二系统板与机箱壳体形成散热通道，以提高散热效率。

所述多块（如14块）业务板按照所承载的业务需求划分优先级，将优先级最高的业务板靠近交换板安装，优先级越低的交换板离所述交换板越远，这样，安装在中间位置的所述交换板用以提供所述系统板与所述多个业务板之间及所述多个业务板之间的最优数据传输路径，所述最优传输路径是基于系统板的散热以及多个业务板之间的优先级进行排列的，从而提高了业务板、系统板之间的数据传输性能，使边缘计算设备在一些实时场景，交通视频数据采集时，可以实时的采集到需要的视频数据，满足了性能需求，这是本发明的一个重要发明点。

在一个实施例中，所述一个交换板、多个业务板和第一、二系统板通过设置在所述背板上的Compact PCI插槽安装在所述背板上。采用Compact PCI的结构，可以使得设备经久耐用；此外，CompactPCI设计可以从前面板拔插板卡，更换Compact PCI板卡非常简单，无需拆下机箱盖。此外，由于I/O接线都是通过后面板，前面的Compact PCI板卡上没有任何连线，因此更换板卡非常快捷简便。维修时间将会从小时级（传统工业PC）缩减为分钟级，从而缩短了MTTR（平均维修时间），Compact PCI卡牢牢地固定在机箱上，顶端和底部均有导轨支持。前面板紧固装置将前面板与周围的机架安全地固定在一起。卡与槽的连接部分通过针孔连接器紧密地连接。由于卡的四面均将其牢牢地固定在其位置上，因此即使在剧烈的冲击和震动场合，也能保证持久连接而不会接触不佳。。即解决了现有技术中的板卡难以更换的技术问题。

在一个实施例中，所述计算设备包括至少二组电源，二组电源以冗余的方式进行供电。本发明的计算设备拥有双电源，主备共存，可以在系统供电电源发生故障时，根据系统运行状态，迅速切换到备用电源，避免电源中断造成数据丢失和损坏，保证负荷不断电连续运行。

在一个实施例中，所述计算设备包括散热系统，所述散热系统包括多个散热风扇，所述散热系统设置在所述背板的底部。集成在板卡底部的风扇系统，解决了传统模式因机箱内空气流动不畅，导致系统板不能有效散热的问题，这种设置加速了散热进程，单位体积内部署更多的计算单元，提升设备应用效能，这是本发明的另一个发明点。

在一个实施例中，所述交换板为所述第一、二系统板与所述业务板之间或所述多个业务板之间提供高速的数据通讯服务。即本发明的所述计算设备具有10000M带宽的外部数据接入能力，所述交换板与其他板卡之间具有1000M带宽的数据交换能力，所述背板提供33M带宽系统总线。交换板为系统提供10G的数据接入能力，并为各个扩展板卡间提供千兆通讯高速高带宽通讯能力。以利于数据的实时传输，可用于如交通现场视频数据的传输及处理。

所述业务板用以根据业务特点配置硬件资源，以任务为核心实现边缘计算的动态调配。比如，所述业务板用于采集交通场景中的视频图像数据。当然，由于本发明的边缘计算设备具有高开放性、高可靠性、可热插拔等特性，使得该技术除了可以广泛应用在通讯、网络、计算机，也适合实时系统控制、产业自动化、实时数据采集、军事系统等需要高速运算、智能交通、航空航天、医疗器械、水利等模块化及高可靠度、可长期使用的应用领域。

在一个实施例中，所述多个业务板的每一个具有数据侦测电路，所述侦测电路用于侦测所述业务板是否处于数据采集状态，且判断所述采集的数据是否为有效数据，如果是，所述侦测电路触发所述业务板向所述交换板传输数据的中断，所述交换板基于所述中断将所述业务板采集的数据发送至所述第一或二系统板进行处理。本发明的业务板中设置了侦测电路，其可以确定业务板是否处于数据采集状态，如果否，将业务板置于休眠状态，如果是，进一步判断所采集的数据是否为有效数据，比如，数据量过小、或者数据变化率较大等，这都是无效数据，确定数据有效时，才通过中断建立与交换板的数据传输通道，保证了交换板不会一直被某个交换板占用，提高了系统性能，且降低了业务板的平均功耗，这是本发明的另一个重要发明点。

在一个实施例中，所述背板上的每个Compact PCI插槽的IDSEL引脚通过110欧电阻接地址线址线址线，所有插槽的M66EN引脚相连后通过110欧姆电阻下拉到地，或接0.01欧电阻上拉到3.3V，每个插槽的Healthy引脚接一个0.01uF的电容后接地。所述交换板包括一RTL8382L芯片、第一RTL8218芯片、第二RTL8218芯片，所述第一、二RTL8218芯片分别与所述相连接RTL8382L芯片，所述第一RTL8218芯片与两个RJ45网口连接，所述RTL8382L芯片与所述交换板左侧的插槽相连接，所述第二RTL8218芯片与所述交换板右侧的插槽相连接，所述第一、二RTL8218芯片在电路板上相邻布置，所述第一、二RTL8218芯片的MDIREF引脚通过2.94千欧电阻接地。通过在背板及交换板相应的管脚处设置具体大小的电阻或电容以屏蔽芯片之间的串扰，提高了交换板、背板数据处理的速度，这是本发明的另一个重要发明点。

本发明的设备的机箱采用 0.5U+3U+0.5U 三段式设计，可以满足桌面和机架两种应用场 景，机箱外尺寸为： 360.5×437×177 mm （把手 宽度为 20.5mm） 在机箱前 面板两侧设计有把手，方便备移动和安装到机架上。机箱的上下面板均匀布置 4mm的通孔，一是减轻机箱 重量二增加的通风面积，利于散热。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质 中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后所应说明的是：以上实施例仅以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于CPCI架构的刀片式边缘计算设备，其特征在于：所述计算设备包括一个背板、一个交换板、多个业务板、第一系统板和第二系统板；所述交换板安装在所述背板的中间位置，所述第一系统板以靠近所述交换板的方式安装在所述背板的第一方向上，所述多个业务板中的部分业务板以远离所述第一系统板的同侧方向安装在所述背板的第一方向上，所述业务板中的其他业务板依次以远离的方式安装在所述交换板的第二方向上，所述第二系统板安装在所述交换板的第二方向上的最远侧，第一方向是交换板的右侧，第二方向是交换板的左侧；

所述多个业务板按照所承载的业务需求划分优先级，将优先级最高的业务板靠近交换板安装，优先级越低的交换板离所述交换板越远，安装在中间位置的所述交换板用以提供所述系统板与所述多个业务板之间及所述多个业务板之间的最优数据传输路径，所述最优数据传输路径是基于系统板的散热以及多个业务板之间的优先级进行排列的；

所述背板上的每个Compact PCI插槽的IDSEL引脚通过110欧电阻接地，所有插槽的M66EN引脚相连后通过110欧姆电阻下拉到地，或接0.01欧电阻上拉到3.3V，每个插槽的Healthy引脚接一个0.01uF的电容后接地；所述交换板包括一RTL8382L芯片、第一RTL8218芯片、第二RTL8218芯片，所述第一、二RTL8218芯片分别与所述RTL8382L芯片相连接，所述第一RTL8218芯片与两个RJ45网口连接，所述RTL8382L芯片与所述交换板左侧的插槽相连接，所述第二RTL8218芯片与所述交换板右侧的插槽相连接，所述第一、二RTL8218芯片在电路板上相邻布置，所述第一、二RTL8218芯片的MDIREF引脚通过2.94千欧电阻接地。

2.根据权利要求1所述的计算设备，其特征在于，所述一个交换板、多个业务板和第一、二系统板通过设置在所述背板上的Compact PCI插槽安装在所述背板上。

3.根据权利要求2所述的计算设备，其特征在于，所述计算设备包括至少二组电源，二组电源以冗余的方式进行供电。

4.根据权利要求3所述的计算设备，其特征在于，所述计算设备包括散热系统，所述散热系统包括多个散热风扇，所述散热系统设置在所述背板的底部。

5.根据权利要求4所述的计算设备，其特征在于，所述第一、二系统板至少包括板载CPU、内存和硬盘，并运行有操作系统，用以为所述交换板和业务板提供管理配置、任务调度以及数据存储服务；

所述交换板为所述第一、二系统板与所述业务板之间或所述多个业务板之间提供高速的数据通讯服务；

所述业务板用以根据业务特点配置硬件资源，以任务为核心实现边缘计算的动态调配。

6.根据权利要求5所述的计算设备，其特征在于，所述计算设备具有10000M带宽的外部数据接入能力，所述交换板与其他板卡之间具有1000M带宽的数据交换能力，所述背板提供33M带宽系统总线。

7.根据权利要求6所述的计算设备，其特征在于，所述业务板用于采集交通场景中的视频图像数据。

8.根据权利要求7所述的计算设备，其特征在于，所述多个业务板的每一个具有数据侦测电路，所述侦测电路用于侦测所述业务板是否处于数据采集状态，且判断采集的数据是否为有效数据，如果是，所述侦测电路触发所述业务板向所述交换板传输数据的中断，所述交换板基于所述中断将所述业务板采集的数据发送至所述第一或二系统板进行处理。

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