CN1129074C - 在不中断操作的情况下维护计算机系统的方法及其电力系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种在不中断计算机系统的操作的情况下维护计算机系统的系统及方法，以允许在不关机或中断系统的情况下进行系统组件的更新或维护。在本发明中，将计算机组件连接到计算机系统板上，使用控制电路检测该计算机组件到系统板的连接，响应于检测连接，提供电力给计算机组件的电压输入，并监视提供给计算机组件的电压输入的电力。本发明可以用于如CPU模块和稳压器模块的核心计算机组件。响应于提供给电压输入的电力的电流大小超过一指定幅值的确定，对计算机组件的电压输入端断电。响应于该确定，故障信号被锁定在有效状态；当组件从系统被卸除时，故障信号被重置。本发明也可以用于多个可热插拔组件，其中分别监视提供给每个组件的电力。

Description

在不中断操作的情况下维护计算机系统的方法及其电力系统
技术领域
本发明一般地涉及计算机系统，特别地涉及一种更新或维护计算机组件的方法。
背景技术
现代的计算机系统常常由通过一般互连而连接的多个处理单元和一个主存储器构建而成。常规多处理器计算机系统10的基本结构如图1所示。计算机系统10具有几个处理单元(CPUs)12a，12b和12c，它们被连接于各种外围设备、或输入/输出(I/O)装置14(例如显示监视器、键盘和永久存储装置)、由处理单元用来执行程序指令的存储器装置16(随机存取存储器或RAM)、和其主要目的为每当首先启动计算机时从各外围设备(通常为永久存储器装置)之一中寻找并装载操作系统的固件18。
处理单元12a至12c通过包括总线20的各种装置与外围装置、存储器和固件通信。计算机系统10可以具有很多未示出的例如用于连接到如调制解调器和打印机的各并行和串行端口的附加组件。与图1的框图中所示的那些组件一起使用的有一些其它组件，例如，显示适配器可用来控制视频显示监视器，存储器控制器可以用来访问存储器16等。计算机也可以具有多于三个处理单元。在对称多处理器(SMP)计算机中，所有的处理单元12a至12c一般是相同的，即，它们都使用共同的指令和协议的公用集或子集进行操作，并且一般具有相同的架构。
常规的计算机系统常常允许用户在出厂之后添加或卸除各种组件。对于外围装置，这可以使用“扩展”总线实现，例如工业标准结构(ISA)总线或外围组件互连(PCI)总线。通常由用户添加的另一个组件是主存储器。这个存储器常常由可以随意添加或卸除的多个存储器模块构成。在更近来的计算机设计中，甚至处理单元也可以被添加或拆除。
诸如ISA和PCI总线的扩展总线最初被限制为在向PCI适配器插槽添加或从其卸除任何外围设备之前，必须对整个计算机系统断电，并且然后再次通电(重新引导)以适当地初始化操作系统和任何新的外围设备。最近，诸如“可热插拔的”PCI适配器的计算机硬件组件被设计出来，它可以在计算机完全操作时没有任何作业中断地添加到计算机系统或从其卸除。沿着PCI总线的每一个PCI适配器插槽具有一个分离的电源线、一个分离的重置(reset)线和一个将插槽连接到PCI总线的开关，允许该插槽电隔离于PCI总线并在向该插槽插入新的PCI装置后被再激活。
这个热插拔(hot-plug)的能力从来没有被扩展到核心或低层级组件，如处理器、系统存储器或用于以精确电压产生需要的电源/参考电压的稳压器模块(VRMs)。当可以在一些常规系统中添加或拆除处理器和系统RAM时，这些系统仍必须被断电以进行这样的升级或维护。再有，由于VRM是硬线连接于系统，诸如VRMs的组件通常是不可卸除的，并且任何更换都需要有资格的工程师的专业作业。
不幸的是，用户不仅想添加另一个PCI装置，而且更想更换有缺陷的处理器、存储器组或VRM而不中断作业。对于很多计算机系统(特别是用于客户-服务器网络的大型服务器)，有上百个连接于它的用户，要求执行这个维护操作的宕机时间是非常昂贵的。另外，在用于关键任务(mission-critical)应用的系统中，更期望在不中断作业的情况下能够执行所有的维护或更新操作，特别是当需要更换有缺陷的组件的时候。
提供这样可热插拔的装置的一个问题与涉及的电压和电流的控制有关。对于每一个可热插拔的装置的电力特性必须维持单独的控制，可是目前可用的电源设计不能提供这样的控制。扩展热插拔的能力也使以迄今未考虑到的方式对于计算机系统的其它部件，如监视热插拔操作的固件或操作系统的生成适当状态信号成为必需。因此，期望提供一种控制给计算机系统中的可热插拔装置供电的电压源的方法，以允许在不关机或中断系统的情况下进行系统组件的更新或维护。如果该方法能够简单地处理大量的可热插拔装置，并监视用于电力故障的装置，则它会更加有利。
US-A5 875 308描述了用于数据处理系统的外围组件互连(PCI)结构，该数据处理系统包括一个PCI主总线、多个PCI本地总线和一个PCI热插拔桥。每个本地PCI总线具有一个适配器卡插槽。连接在PCI主总线和各PCI本地总线之间的该热插拔桥被用于控制给每个PCI本地总线的电力，以便PCI适配器卡在电力接通期间可以从PCI适配器卡插槽卸除或插入该插槽，同时在位于其它适配器卡插槽的适配器卡内有处理在进行。
EP-A-0 772 134描述了装备有用于接收特征卡(feature cards)的连接器插槽的计算机系统以实现诸如I/O、存储器等的功能。从I/O桥芯片发出的重置控制信号被用于初始化停止来自将被卸除的卡的数据处理活动、将该插槽与总线分离并逐渐减少电力供应的功能。该重置控制信号保持有效，直到卸除原始卡并在插槽中插入新卡。一旦新卡被装入连接器，接通电力，该插槽耦合于总线并使来自桥芯片的重置信号无效。可以从计算机系统中的其它插槽隔离出单个的插槽，以便在不关闭整个计算机系统的情况下可以更换特殊的适配器卡。
WO 93 15459描述了用于在具有由通信总线互连的通电的电路装置的计算机系统的背板上的插槽中插入或卸除电路装置的方法。该方法使用插槽控制器通知该系统一个电路装置将被插入，识别该电路装置在系统中的位置并将该电路装置插入背板上的插槽中，同时系统保持电力供应。通过分隔开背板上的接地脚和连接上拉式电阻器提供检测信号，以便当插入电路装置时该脚将被接地。一旦检测到电路，插槽控制器将对总线判优，等待现存总线业务停止并接通和重置新板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种更新或维护计算机系统的组件的改进的方法及其电力系统。
本发明的优点在于提供这种方法及电力系统，允许更广范围的计算机组件被更新或维护，而不中断系统操作。
再有，本发明的另一个优点在于提供这种方法及电力系统，分别地、仔细地控制和监视提供给任何这种可热插拔装置的电力。
因此，本发明提供一种在不中断计算机系统的操作的情况下维护计算机系统的方法，一般包括：连接至少一个计算机组件到计算机系统板，该计算机组件具有电压输入端；使用计算机系统的控制电路检测计算机组件到系统板的连接；响应所述的检测步骤，向计算机组件的电压输入端提供电力；和监视提供给计算机组件的电压输入端的电力的各步骤。其特征在于该方法包括：将计算机系统的至少一个热插拔的、低层级的非外围组件连接到该计算机系统的一个系统板上的连接器；使能(enable)各自的软启动电路以平滑地接通给连接于系统板的组件或每个组件的供给电压并分别地监视所提供的电力；和使用包括软启动控制逻辑和故障控制逻辑的可编程门阵列，该软启动控制逻辑适用于从软启动电路接收指示连接于系统板的组件的存在的存在检测信号并响应于该存在检测信号，提供开/关信号以使能各自的软启动电路，该故障控制逻辑响应于来自各软启动电路的故障信号，提供重置信号给各软启动电路。
本发明还包括步骤：响应于提供给计算机组件的电压输入端的电力的电流大小超过指定幅值的确定，对计算机组件的电压输入端断电。响应于该确定，将故障信号锁定在有效状态；当从系统卸除计算机组件时，重置该故障信号。
该方法也可以应用于多个可热插拔的组件，其中提供给每个组件的电力被分别监视。控制电路可以按任何期望的次序给各组件顺序供电(sequencepower)。多个来自各计算机组件的电压良好信号(voltage good signals)在控制电路中被合并，并且控制电路根据来自各计算机组件的多个电压良好信号产生一个系统电力良好信号(a system power good signal)。
本发明第二方面是一种计算机系统的电力子系统，包括：具有至少一个用于接收计算机系统的组件的连接器的电路板，所述计算机组件具有一个电压输入端；用于检测计算机组件到所述电路板的连接的控制电路；用于响应于连接的检测提供电力给计算机组件的电压输入端的装置；和用于监视提供给计算机组件的电压输入端的电力的装置。其特征在于该子系统包括：安装于系统板上以接收计算机系统的热插拔的、低层级非外围组件的连接器，用于被使能以平滑地接通给连接于系统板连接器的组件的供给电压并分别地监视所提供的电力的各自的软启动电路；和一个可编程门阵列，该可编程门阵列包括：具有多个存在检测输入的软启动控制逻辑，该软启动控制逻辑适用于从软启动电路接收指示连接于系统板连接器的各组件的存在的存在检测信号并响应于该存在检测信号，提供开/关信号以使能各自的软启动电路；和故障控制逻辑，该故障控制逻辑适用于接收来自软启动电路的故障信号并通过提供重置信号给该软启动电路以响应于计算机组件的卸除。
附图说明
现在将参照附图中所示的最佳实施例，仅以举例的方式描述本发明。
图1是现有技术多处理器计算机系统的框图；
图2是根据本发明的一个实施例，说明由计算机系统使用的多个可热插拔装置之一的控制和监视的计算机系统的电力子系统的框图；
图3是与图2的热插拔控制电路使用的现场可编程门阵列的一个实现的图示表示；和
图4是根据本发明的一个实施例的用于提供电力给可热插拔装置的软启动电路的示意图。
具体实施方式
现在参照图面，特别是参照图2，描述根据本发明构造的电力子系统30的一个实施例，用于具有多个可热插拔装置的计算机系统。图2仅描述了一个这种可热插拔装置32，但是可以理解，下面的描述适用于任何数量的可以由总体计算机架构提供的可热插拔装置。
在本发明可以用于热插拔外围装置的同时，它特别适用于与非外围组件如中央处理单元(CPUs或处理器)、或甚至低层级组件如稳压器模块(VRM)的使用。这里所实现的组件可以是如美国专利申请系列号：09/281080和09/281081中所描述的可热插拔的组件，因此其内容一并包含进来。CPUs和VRMs可以使用安装在系统板上的连接器添加或卸除。
在本实施例中，电力子系统30包括单热插拔控制电路34，和各自的软启动电路36(用于每个可热插拔装置32)。在连接一装置之前，软启动电路36关闭，结果不向装置32提供输入电压(Vin)。当该装置被置于对应的插槽或插座时，从装置32输出的“存在检测”信号变为有效。存在检测线路有一个在可热插拔装置上接地的下拉电阻。当该装置不存在时该信号悬空，当该装置存在时该信号接地。一旦热插拔控制电路34检测到装置32的存在，它使能(enables)软启动电路36，使其向热插拔装置32供应电压(Vin)。下面将进一步描述软启动电路36。
注意，在本实施例中仅提供了一个热插拔控制电路34，但是，它适用于处理多个可热插拔装置(结合图3讨论的实例中17个装置)。热插拔控制电路34可以将到各装置的电压按任何期望(预定)的顺序排序。热插拔控制电路34还通过“故障”信号监视软启动电路36的故障。如果检测到故障，热插拔控制电路34关闭软启动电路36。
在本图示说明的实施例中，热插拔控制电路34用现场可编程门阵列(FPGA)实现。图3表示根据本发明配置的热插拔控制FPGA 38的细节方案。
热插拔控制FPGA 38适用于可热插拔VRM、可热插拔CPU模块等的使用。多个存在检测信号被输入到软启动控制逻辑35，该软启动控制逻辑35具有多个各自的软启动开/关线路作为输出。多个故障信号被类似地输入故障控制逻辑37，该故障控制逻辑37具有各自的重置线路作为输出。来自每一个可热插拔VRM或CPU方块(quad)的电压良好信号分别在电力良好控制逻辑39中被合并(consolidate)，该电力良好控制逻辑39产生用于该系统其余部分的电力良好信号。
图4描述了软启动电路36的一个实施例。SOFT_START_ON/OFF信号是一个LVTTL(低压晶体管-晶体管逻辑)电平信号，该电平信号使电力MOSFET 40平滑地将HOTPLUG_INPUT_VOLTAGE(热插拔输入电压)信号提高到提供给该电路的输入电压。在本例中，由连接到例如110伏特AC墙面电源插口的外接电源的电源(未示出)提供的输入电压是48伏特。
如果电流传感电阻器41的电压降超过指定的水平(例如50毫伏)，逻辑电路42(Unitrode器件号为UCC3917)提供故障输出44。几个比较器46、48和50锁定该故障信号，并保持它为高电平(有效)直至SOFT_STRAT_RESET(软启动重置)信号允许它被重置。只要故障信号有效，热插拔控制电路34维持SOFT_START_ON/OFF信号在低电平以保持电力HOTPLUG_INPUT_VOLTAGE43关闭。该重置信号可以在也通过存在检测信号检测的装置卸除的情况下被激活。
Unitrode器件的管脚C1P和C1N连接于高电荷泵电容器(upper chargepump capacitor)，同时C2P和C2N连接于低电荷泵电容器(lower charge pumpcapacitor)。管脚OUTPUT是到NMOS旁路元件(pass element)的输出，和管脚SENSE是从传感电阻器41输入的传感电压。管脚CT上的电容值确定在重试前的最大故障时间；在本实施例中由SOFT_STRAT_RESET电路禁止了这个重试特性。管脚MAXI上的电阻确定最大可允许源电流。管脚FLTOUT#用于故障输出指示。各参考信号包括VSS(该装置的负参考)、管脚VOUT(芯片的接地参考电压，关于系统地悬空)、VREF/CATFLT#(编程MAXI的输出参考电压和灾难性故障输出)。
因此本发明提供了一种分别地控制给可热插拔装置的电压源的方法。它可以(并方便的)使用诸如CPU模块和VRMs作为可热插拔装置。由于FPGA容易修改，本发明还可以灵活运用于任何数量的可热插拔装置。
尽管本发明已经参照具体实施例进行了描述，但本说明不意味着局限于此。参照本发明的描述，本公开的实施例以及本发明可选择的实施例的各种修改对于本领域的技术人员来讲是显然的。因此，在不脱离本发明技术方案的范围的情况下可以作出这些修改。

Claims (13)

1.一种在不中断计算机系统的操作的情况下维护计算机系统的方法，包括如下步骤：
连接至少一个计算机组件(32)到计算机系统板，该计算机组件具有电压输入端；
使用计算机系统的控制电路(34)检测该计算机组件(32)到该板的连接；
响应所述的检测步骤，向计算机组件(32)的电压输入端提供电力；和
监视提供给计算机组件(32)的电压输入端的电力；
其特征在于该方法包括：
将计算机系统的至少一个热插拔的、低层级的非外围组件(32)连接到该计算机系统的一个系统板上的连接器，
使能各自的软启动电路(36)以平滑地接通给连接于系统板的组件或每个组件的供给电压并分别地监视所提供的电力；和
使用包括软启动控制逻辑(35)和故障控制逻辑(37)的可编程门阵列(38)，该软启动控制逻辑(35)适用于从软启动电路(36)接收指示连接于计算机系统板的组件的存在的存在检测信号并响应于该存在检测信号，提供开/关信号以使能各自的软启动电路，该故障控制逻辑(37)响应于来自各软启动电路的故障信号，提供重置信号给各软启动电路。
2.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：
确定提供给所连接的计算机组件(32)的电压输入端的电力的电流大小超过指定幅值；和
响应于所述确定步骤，对计算机组件(32)的电压输入端断电。
3.如权利要求2所述的方法，还包括步骤：
响应于所述确定步骤，将故障信号锁定在有效状态；
从系统板卸除计算机组件(32)；
检测计算机组件(32)的卸除；和
响应于所述检测计算机组件(32)的卸除的步骤，重置该故障信号。
4.如任一前述权利要求所述的方法，其中所述连接步骤将CPU模块连接到系统板。
5.如权利要求1至3任一所述的方法，其中所述连接步骤将稳压器模块连接到系统板。
6.如权利要求4所述的方法，其中所述连接步骤将稳压器模块连接到系统板。
7.如权利要求1所述的方法，其中控制电路(34)按预定的次序给多个组件(32)顺序供电。
8.如权利要求7所述的方法，还包括步骤：
在控制电路(34)中合并来自各计算机组件的多个电压良好信号；和
根据多个来自各计算机组件(32)的电压良好信号，使用控制电路产生系统电力良好信号。
9.一种用于计算机系统的电力子系统，包括：
具有至少一个用于接收计算机系统的组件(32)的连接器的电路板，所述计算机组件(32)具有一个电压输入端；
用于检测计算机组件(32)到所述电路板的连接的控制电路(34)；
用于响应于连接的检测，提供电力给计算机组件(32)的电压输入端的装置；和
用于监视提供给计算机组件(32)的电压输入端的电力的部件；
其特征在于该子系统包括：
安装于系统板上以接收计算机系统的热插拔的、低层级非外围组件(32)的连接器，
适用于被使能以平滑地接通给连接于系统板连接器的组件(32)的供给电压并分别地监视所提供的电力的各自的软启动电路(36)；和
一个可编程门阵列(38)，该可编程门阵列(38)包括：
具有多个存在检测输入的软启动控制逻辑(35)，该软启动控制逻辑(35)用于从软启动电路(36)接收指示连接于系统板连接器的各组件(32)的存在的存在检测信号并响应于该存在检测信号，提供开/关信号以使能各自的软启动电路(36)，和
故障控制逻辑(37)，该故障控制逻辑(37)用于接收来自软启动电路的故障信号并通过提供重置信号给该软启动电路(36)以响应于计算机组件的卸除。
10.如权利要求9所述的电力子系统，进一步包括用于响应于提供给计算机组件(32)的电压输入端的电力的电流大小超过指定幅值的确定，对计算机组件(32)的电压输入端断电的装置。
11.如权利要求10所述的电力子系统，还包括：
用于响应于该电流大小超过指定幅值的确定，将故障信号锁定在有效状态的装置(46、48、50)。
12.如权利要求11所述的电力子系统，其中所述供电装置按预定次序将给各组件(32)顺序供电。
13.如权利要求12所述的电力子系统，还包括：
用于合并来自各计算机组件的多个电压良好信号的部件；和
用于根据多个来自各计算机组件的电压良好信号，产生系统电力良好信号的部件。
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