CN115480624A - 风扇控制器、计算机系统及配置风扇控制器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风扇控制器、计算机系统及配置风扇控制器的方法，用以控制具有多个计算机节点的计算机系统中的风扇模块。每个计算机节点具有服务处理器。风扇控制器包含从属模块，接收来自每个服务处理器的风扇速度命令。风扇速度产生器耦接至从属模块，以及风扇模块的子集。风扇速度产生器接收来自从属模块的风扇速度命令，以及来自风扇模块的子集的风扇速度输出。风扇速度产生器是配置以将风扇速度命令输出至子集中的每一风扇模块。

Description

风扇控制器、计算机系统及配置风扇控制器的方法

技术领域

本公开大致涉及最佳化计算机系统中的热效能(thermal performance)的系 统及方法。更具体而言，本公开的态样涉及一种专用的硬件控制器，控制多 节点(multi-node)系统的风扇群组中的风扇。

背景技术

计算机系统(例如桌上型计算机、刀锋服务器、机架型服务器…等)被大量 地部署于各种应用中。像是网络为基系统(network based system)、数据中心或 高密度有限元素(high-density finite element)情境之类的高需求应用，可扩展计 算系统的硬件的运作限制，致使在运作期间产生过剩热(excess heat)。举例来 说，服务器的硬盘、安装在服务器中的存储器模块，及服务器的处理器…等， 运作于高容量，可产生过剩热。个别组件所产生的热通常会被驱散，以防止 对个别组件造成损伤或是效能退化(performancedegradation)。举例来说，过剩 热可使脆弱的电子设备的互连线路熔化，或可对这些电子设备的基板 (substrate)造成损伤。

在计算机系统的典型的多服务器机箱部署中，可以滑动部件(sled)的形式 插入多个服务器单元。每个滑动部件本质上是一个独立的服务器节点，具有 处理器、存储器装置及其他组件。每个服务器节点亦包含像是基板管理控制 器(baseboard managementcontroller；BMC)之类的处理器，监控滑动部件的物 理状态，像是电源及冷却(cooling)。分离在整个机箱的控制器，即机箱管理控 制器(chassis management controller；CMC)，负责像是整个机箱的电源及温度 管理的功能。机箱中的风扇群组匹配每个节点，藉此由各自的节点BMC所控 制，以提供所需的冷却。一或多个BMC将所请求的风扇速度回报给CMC，而CMC设定一或多个风扇的速度，以提供所需的冷却。然而，出于温度管理 的目的而在CMC及BMC之间所传递的讯息数量可变得过剩，削减了其他讯 息可用的整体带宽。此外，由于CMC通常是通用的处理器，必须被固件所编 程，因此可能不具有充足的处理速度以适当地处理来自多节点机箱中的BMC 的所有请求。

图1A展示具有多节点机箱12的计算机系统10(现有技术)。机箱12是 一种实体结构，包含允许插入具有不同的计算机组件的各种滑动部件的定位 特性(registrationfeatures)。在本范例中，机箱12具有一系列节点14、节点16 及节点18，每个节点具有主电路板，主电路板被带有像是处理器、存储装置、 网络接口卡及诸如此类的组件的滑动部件所支持。节点14、节点16及节点 18分别具有BMC，像是BMC 24、BMC 26及BMC 28。BMC 24、BMC26 及BMC 28耦接至集成电路间(Inter-Integrated Circuit；I2C)总线30。机箱12 亦包含机箱管理控制器(CMC)32，通过I2C总线30接收来自BMC 24、BMC 26及BMC 28的风扇控制指令。

机箱12亦具有包含复杂可编程逻辑装置(complex programmable logic device；CPLD)36的风扇板34，以将命令信号发送给机箱12的风扇。CPLD 36亦耦接至I2C总线30，并接收来自CMC 32的风扇速度指令。CPLD 36控 制一系列风扇40、风扇42、风扇44、风扇46及风扇48的风扇速度。在本范 例中，像是风扇40及风扇42之类的某些风扇，实体地匹配节点14，主要以 冷却节点14的组件。风扇40-48是藉由调控CPLD 36所产生的脉宽调制(pulsewidth modulation；PWM)信号的频率所控制。风扇40、风扇42、风扇44、风 扇46及风扇48分别发送速度信号给CPLD 36，CPLD 36以每分钟转数 (revolutions per minute；RPM)反映风扇的实际速度。CMC 32以从CPLD 36所 接收到的RPM数据，监控每个风扇40、风扇42、风扇44、风扇46及风扇 48的实际速度。

BMC 24、BMC 26及BMC 28分别基于所欲冷却的节点14、节点16及 节点18，提供PWM值给CMC 32。有个问题是热低效率(thermal inefficiency)， 因为响应于其中一个BMC请求较高的风扇速度，只有某些风扇可提供较高 的冷却水准。剩余的风扇保持在低转速，因为响应于来自其中一个BMC的单 一PWM命令，CPLD 36仅改变某些风扇。

举例来说，当节点14过热时，对应的BMC 24会发送命令以提升风扇40 及风扇42的速度，以协助为节点14散热。若节点16并未过热，则将使风扇 44维持在相同的速度，于是风扇44将具有与风扇40及风扇42不同的速度。 由于风扇40及风扇42的速度较高，气流将聚集在节点14中，致使像是节点 16之类的邻近节点的温度上升。此气流的不平衡可包括像是节点16之类的 其他节点的运作。

热插拔(hot-swapping)风扇是更密集的风扇配置中的另一个重要议题。由 于极大化运作时间是重要的，理想上是节点能在替换故障风扇的同时继续运 作。此热插拔程序允许节点在移除与替换特定风扇的同时继续运作。图1B展 示当风扇44不在运作中且需要被插拔的情况下的计算机系统10(现有技术)。 当像是风扇44之类的风扇停止运作，机箱12的所有其他运作中的风扇速度 会增加到极大，以补偿减少的气流，防止整个系统过热的情况。当风扇44被 替换时，在插拔程序的期间，运作中的风扇40、风扇42、风扇46及风扇48 所产生的强烈气流导致风扇44的位置中的强烈逆向气流。其他风扇所导致的 强烈逆向气流可能会妨碍热插拔风扇启动，也就妨碍了热插拔风扇的运作。

因此，在其他的需求中，需要一种专用的、基于硬件的风扇控制器，控制 多节点机箱内的风扇运作，以减少BMC与CMC之间的流量。更进一步需要 一种专用的、基于硬件的风扇控制器，最佳化多个节点之间的冷却。更进一 步需要一种风扇控制器，在风扇进行热插拔的期间，极小化逆向气流，以允 许热插拔风扇开始运作。

发明内容

“实施例”一词及类似的用语，例如实作、配置、态样、范例、选项，意图 广泛地指代本发明及以下权利要求的所有申请标的。包含这些词汇的陈述不 应被理解为限制在此所述的申请标的或限制以下的权利要求的含义或范围。 在此所涵盖的本公开的实施例，是由以下的权利要求而非本发明内容所限定。 本发明内容是本公开的各方面的高阶综述，并且介绍了一些概念，这些概念 在以下实施方式的段落中会进一步描述。本发明内容并不旨在标识出所请求 的申请标的的必要特征，也不旨在单独用于决定所请求的申请标的的范围。藉由参考本发明的整个说明书的适当部分、任何或所有的附图，以及每个权 利要求，应当理解本申请标的。

根据本公开的某些态样，所公开的是一种基于硬件的风扇控制器，用以 控制包含多个计算机节点的计算机系统中的风扇模块。每个计算机节点具有 服务处理器。从属模块接收来自每个服务处理器的风扇速度命令。风扇速度 产生器耦接至从属模块，以及风扇模块的子集。风扇速度产生器接收来自从 属模块的风扇速度命令，以及来自风扇模块的子集的风扇速度输出。风扇速 度产生器是配置以将风扇速度输出至风扇模块的子集中的每个风扇模块。

范例控制器的更进一步的实作，是在服务处理器为基板管理控制器的情 况下的实施例。另一种实作是在计算机系统包含机箱管理控制器，机箱管理 控制器经由系统总线耦接至基板管理控制器的情况下的实施例。另一种实作 是在基于硬件的风扇控制器是复杂可编程逻辑装置(CPLD)、特殊应用集成电 路(ASIC)及现场可编程门阵列(FPGA)的其中一个的情况下的实施例。另一种 实作是在风扇速度产生器是配置在正常模式中，由所接收到来自多个服务处 理器中的每一个的风扇速度命令，决定风扇模块的子集的风扇速度的情况下 的实施例。另一种实作是在风扇速度产生器是配置在热插拔模式中，基于从 风扇模块的子集中的每个风扇模块所接收到的风扇速度输出，决定风扇模块 的子集中的每个风扇模块的风扇速度的情况下的实施例。另一种实作是在风 扇模块的子集中的至少一风扇模块被设定为既定速度，以避免通过风扇模块 的子集中的另一风扇模块的逆向气流的情况下的实施例。另一种实作是在风 扇速度产生器更配置为有限状态机(finite statemachine)，以触发热插拔模式的 情况下的实施例。另一种实作是在多个节点的第一子集对应于多个风扇模块 的子集的情况下的实施例。多个节点的第二子集对应于多个风扇模块的第二 子集。风扇控制器包含第二从属模块，接收来自每个服务处理器的风扇速度 命令。风扇控制器包含第二风扇速度产生器，耦接至第二从属模块及多个风 扇模块的第二子集。第二风扇速度产生器接收来自第二从属模块的风扇速度 命令，及来自风扇模块的第二子集的风扇速度输出。第二风扇速度产生器是 配置以输出风扇速度至风扇模块的第二子集中的每个风扇模块。

所公开的另一个范例是一种计算机系统，包含具有多个风扇模块的机箱。 计算机系统包含专用的基于硬件的风扇控制器，耦接至风扇模块。系统总线 耦接至专用的基于硬件的风扇控制器。计算机系统具有多个滑动部件(sled)， 每个滑动部件具有服务处理器。服务处理器经由系统总线耦接至基于硬件的 风扇控制器。基于硬件的风扇控制器包含风扇速度产生器模块，配置以接收 来自每个服务处理器的风扇速度命令。风扇速度产生器模块接收来自多个风 扇模块的子集中的每个风扇模块的实际风扇速度信号。风扇速度产生器模块 控制多个风扇模块的子集的风扇速度。

范例计算机系统的更进一步的实作，是在服务处理器为基板管理控制器 的情况下的实施例。另一种实作是在计算机系统包含机箱管理控制器，机箱 管理控制器经由系统总线耦接至基板管理控制器的情况下的实施例。另一种 实作是在风扇速度产生器模块更配置以将从多个风扇模块的子集所接收到的 实际风扇速度信号，发送至系统总线上的外部控制器的情况下的实施例。另 一种实作是在基于硬件的风扇控制器是复杂可编程逻辑装置(CPLD)、特殊应 用集成电路(ASIC)及现场可编程门阵列(FPGA)的其中一个的情况下的实施例。 另一种实作是在风扇速度产生器模块是配置在正常模式中，由所接收到来自每个服务处理器的风扇速度命令，决定多个风扇模块的子集的风扇速度的情 况下的实施例。另一种实作是在风扇速度产生器模块是配置在热插拔模式中， 基于从风扇模块的子集中的每个风扇模块所接收到的实际风扇速度信号，决 定多个风扇模块的子集的风扇速度的情况下的实施例。另一种实作是在多个 风扇模块的子集中的至少一风扇模块被设定为既定速度，以避免通过多个风 扇模块的子集中的另一风扇模块的逆向气流的情况下的实施例。另一种实作 是在风扇速度产生器模块是配置为有限状态机，以触发热插拔模式的情况下 的实施例。另一种实作是在多个滑动部件的第一子集对应于多个风扇模块的 子集的情况下的实施例。多个滑动部件的第二子集对应于多个风扇模块的另 一子集。基于硬件的风扇控制器包含第二风扇速度产生器模块，第二风扇速 度产生器模块耦接至多个风扇模块的另一子集。第二风扇速度产生器模块接 收来自多个风扇模块的另一子集的风扇速度命令及风扇速度输出。第二风扇 速度产生器模块是配置以输出风扇速度至多个风扇模块的另一子集中的每个 风扇模块。

所公开的另一个范例是一种配置硬件控制器以运作机箱的风扇模块的方 法，其中机箱包含多个计算机节点，每个计算机节点具有服务处理器。多个 总线接口模块被配置，总线接口模块各自对应于服务处理器。至少一群风扇 模块从风扇模块所创建。风扇控制器是配置以接收来自每一群风扇模块的实 际速度信号。来自每个服务处理器的风扇速度命令被接收。该群风扇模块中 的每个风扇模块的风扇速度被决定。经由硬件控制器，该群风扇模块中的每 个风扇模块的风扇速度被控制。

以上发明内容并非意图代表本公开的每个实施例或每个态样。反之，前 述的发明内容仅提供在此列举的某些新颖的态样及特征的范例。以上特征及 优点，以及本公开的其他特征及优点，当关联于搭配的附图及附加的权利要 求，从以下用来实施本发明的代表性实施例及模式的详细叙述中，将轻易地 显而易见。有鉴于参考附图的各种实施例的详细叙述，本公开的额外的态样 对于本领域技术人员而言是显而易见的。以下提供附图的简单叙述。

附图说明

本公开及其优点与附图，将可从以下代表性实施例的叙述，搭配附加的 附图，而更佳地理解。这些附图仅描绘代表性实施例，且因此并非视为各种 实施例或权利要求的范围的限制。

图1A是多个计算节点的机箱的风扇控制(现有技术)的方块图。

图1B是展示风扇故障情况下的多个计算节点的机箱的风扇控制(现有技 术)的方块图。

图2是根据本公开的某些态样，具有多节点机箱的计算机系统的方块图。

图3是根据本公开的某些态样，图2中的计算机系统的基于硬件的范例 风扇控制器的方块图。

图4是根据本公开的某些态样，配置在图3中基于硬件的风扇控制器中 的其中一个PWM产生器模块的方块图。

图5是根据本公开的某些态样，由PWM产生器模块所执行以决定正常 模式中的风扇速度的例程的流程图。

图6是根据本公开的某些态样，由PWM产生器所执行以决定热插拔模 式中的风扇速度的例程的流程图。

图7是根据本公开的某些态样，展示当PWM产生器在热插拔模式中， 热插拔风扇模块对于风扇速度的控制的时序图。

【符号说明】

10:计算机系统

12:机箱

14，16，18:节点

24.26.28:基板管理控制器(BMC)

30:I2C总线

32:机箱管理控制器(CMC)

34:风扇板

36:复杂可编程逻辑装置(CPLD)

40，42，44，46，48:风扇

100:计算机系统

110:机箱

112，114，116，118:滑动部件

120:风扇板

122:复杂可编程逻辑装置(CPLD)

124:I2C总线

126:机箱管理控制器(CMC)

130:风扇群组

132a，132b，132c，132d:风扇模块

140:风扇群组

142a，142b，142c，142d:风扇模块

152，154，156，158:基板管理控制器(BMC)

160:滑动部件

162:基板管理控制器(BMC)

164:风扇群组

310:I2C接口

312，314，316，318:I2C从属模块

320:风扇群组控制器

322:风扇群组PWM产生器

330:风扇群组控制器

332:风扇群组PWM产生器

340:风扇群组控制器

342:风扇群组PWM产生器

410:正常模式PWM产生器

412:热插拔模式PWM产生器

420:多工器

422:有限状态机

424:PWM波形产生器

430:信号总线

510-520:步骤

610-638:步骤

710:轨迹

720，722，724，726:阶段

730，732:轨迹点

734:轨迹点，

736:阶段

738:轨迹点

740:阶段

具体实施方式

各种实施例是参考附加的附图所叙述，其中类似的参考符号在整个附图 中是用以指明类似的或均等的元件。附图并不一定是依比例所绘制，且仅提 供以绘示本公开的态样及特征。列举出的众多特定细节、关系及方法提供对 于本公开的某些态样及特征的充分理解，然而本领域技术人员将承认，这些 态样及特征可以在没有一或多种特定细节、有其他关系，或有其他方法的情 况下所实施。在某些实例中，出于示图的目的，并未展示出已知的结构或操 作。在此公开的各种实施例不一定受限于绘示出的动作或事件的顺序，因为某些动作可依不同的顺序发生，和/或与与其他动作或事件同时发生。此外， 实作本公开的某些态样及特征并非一定需要所有绘示出的动作或事件。

为了详细叙述本发明，除非被具体地否认，否则单数形包含复数形，反 之亦然；且“包含”一词意指“无限制地包含”。此外，表近似的词汇，例如“约”、 “几乎”、“大体上”、“大概”及类似的词汇，能在此被用来意指“在”、“近”、“近 于”、“3-5％的范围内”或“可接受的制造公差内”，或者其任何的逻辑组合。

本公开涉及像是CPLD之类基于硬件的风扇控制器，为多节点机箱中的 不同风扇群组控制风扇模块的风扇速度。机箱中的节点的BMC直接与基于 硬件的风扇控制器通信风扇速度命令。藉此释放机箱管理控制器(CMC)以供 其他运作管理任务。基于硬件的风扇控制器包含两个模式，以设定所有风扇 模块的风扇速度。正常模式允许有效率地分配所有节点之间的风扇所产生的 气流。正常模式例程基于来自所有BMC所请求的风扇速度命令，为相同风扇 群组中的风扇模块，以脉宽调制(PWM)信号的形式，决定风扇速度命令。CPLD 可为相同群组中的所有风扇，基于来自BMC的风扇速度命令，计算最佳的 PWM值。第二种模式为热插拔模式，控制特定风扇群组中的风扇模块的风扇 速度，以避免将风扇模块热插拔时的逆向气流。藉由观察风扇速度，以频率 产生器信号(FG)为形式的输出被转换为风扇群组中的风扇模块的每分钟转数 (RPM)。基于风扇群组中的风扇的RPM，风扇群组中的风扇模块的PWM值 被调整，以减少通过热插拔风扇模块的逆向气流。这允许热插拔风扇启动并 加强到所欲的速度。

图2是计算机系统100的方块图，计算机系统包含基于硬件的风扇控制 器，以控制风扇模块的风扇速度。计算机系统100包含多节点机箱110，多节 点机箱110支承滑动部件112、滑动部件114、滑动部件116及滑动部件118。 在本范例中，滑动部件112、滑动部件114、滑动部件116及滑动部件118中 的每个滑动部件为服务器节点，具有分离的计算机处理、存储及网络功能， 允许与其他服务器节点进行数据通信。机箱110对滑动部件112、滑动部件114、滑动部件116及滑动部件118供电，并管理整体的运作。

机箱110包含风扇板120，风扇板120支承像是复杂可编程逻辑装置 (CPLD)122之类基于硬件的风扇控制器，配置以进行不同的风扇管理功能。 CPLD 122可通过像是I2C总线124之类的系统总线，与滑动部件112、滑动 部件114、滑动部件116、滑动部件118，以及其他控制器通信。机箱管理控 制器(CMC)126亦耦接至I2C总线124。在本范例中，CMC 126是编程以处理 管理作业(像是机箱110的电力管理)的通用处理器。

滑动部件112、滑动部件114、滑动部件116及滑动部件118的冷却，是 由风扇群组130及风扇群组140所处理，每个风扇群组具有机箱110的风扇 模块的总数量的子集。在本范例中，风扇群组130匹配滑动部件112及滑动 部件114，且包含风扇模块132a、风扇模块132b、风扇模块132c及风扇模块 132d。于是，风扇模块132a、风扇模块132b、风扇模块132c及风扇模块132d 主要专用于冷却滑动部件112及滑动部件114。同样地，风扇群组140匹配滑 动部件116及滑动部件118，并包含风扇模块142a、风扇模块142b、风扇模 块142c及风扇模块142d。于是，风扇模块142a、风扇模块142b、风扇模块 142c及风扇模块142d主要专用于冷却滑动部件116及滑动部件118。风扇模 块132a、风扇模块132b、风扇模块132c、风扇模块132d、风扇模块142a、 风扇模块142b、风扇模块142c及风扇模块142d在本范例中为相同的模块， 在滑动部件112、滑动部件114、滑动部件116及滑动部件118维持运作的同 时，可插入机箱110，或从机箱110中移除。风扇模块132a、风扇模块132b、 风扇模块132c、风扇模块132d、风扇模块142a、风扇模块142b、风扇模块 142c及风扇模块142d中的每个风扇模块包含入口转片(inlet motor)及出口转 片(outlet motor)。每个转片是由对应的转片所转动。转片速度及两个转片的转 速可由脉宽调制(PWM)信号所控制。每个风扇模块亦包含两个速度传感器， 将实际的风扇速度以频率产生器(FG)信号的形式输出。所接收到的FG信号， 分别被CPLD 122转换为风扇模块的入口转片及出口转片的每分钟转数 (RPM)。

每个滑动部件具有分离的服务处理器或服务控制器，以监控滑动部件的 物理状态，以及作业管理。对于滑动部件112、滑动部件114、滑动部件116 及滑动部件118，服务处理器可分别为基板管理控制器(BMC)152、BMC 154、 BMC 156及BMC 158。BMC 152、BMC 154、BMC 156及BMC 158中的每 一个亦耦接至I2C总线124，以允许与CPLD 122及CMC 126通信。以下将 解释，BMC 152、BMC 154、BMC 156及BMC 158通过I2C总线124，将风 扇速度命令以PWM命令信号的形式发送给CPLD 122。风扇速度命令是由 BMC基于滑动部件所需的冷却所决定。CPLD 122将风扇速度值以PWM信 号的形式发送给所有的风扇模块，像是风扇群组130及风扇群组140的风扇 模块。CPLD 122从来自像是风扇群组130及风扇群组140的风扇模块之类的 所有风扇模块的FG信号接收实际速度。虽然以上所公开的是四个滑动部件， CPLD122可扩展额外的滑动部件，而使滑动部件数量扩展至机箱110所能容 纳的M个滑动部件。在本范例中，此M个滑动部件为滑动部件160，带有对 应的BMC 162。滑动部件数量亦受限于可安装在机箱上的风扇群组的数量， 数量K个风扇群组的最后一个风扇群组为风扇群组164。

图3展示CPLD 122的功能性模块的方块图。CPLD 122是配置为I2C接 口310，以及对应于图2中机箱110内的风扇群组及计算节点的数量的K个 风扇群组控制器。在本范例中，CPLD 122是在制造厂所配置图2中的机箱 110的特定硬件规格。I2C接口310包含M个I2C从属模块，像是I2C从属 模块312、I2C从属模块314、I2C从属模块316及I2C从属模块318，对应 于M个BMC中的每个BMC。因此，在本范例中，I2C从属模块132通过I2C 总线124，从像是BMC 152、BMC 154、BMC 156及BMC 162之类的所有M 个BMC接收风扇速度命令。同样地，I2C从属模块314通过I2C总线124， 从像是BMC 152、BMC 154、BMC 156及BMC 162之类的所有M个BMC 接收风扇速度命令。I2C从属模块312、I2C从属模块314、I2C从属模块316 及I2C从属模块318中的每一个，将来自从图2中机箱110的每个BMC所 接收到的风扇速度命令的PWM参数存储在暂存器中。

CPLD 122亦编程以运作风扇群组控制器，风扇群组控制器对应于控制机 箱110上的每个风扇群组中的所有风扇。在本范例中，有K个风扇控制器， 每个风扇控制器控制单一风扇群组(一组风扇模块)。每个风扇群组为两个节点 提供主要的冷却。于是，M个节点有K个风扇控制器，且因此M是K的两 倍。相应地，机箱110的风扇模块被分为K个风扇群组。然而，可分派任何 数量的节点给每个风扇控制器及对应的风扇群组。在本范例中，风扇群组控 制器320是配置以控制风扇群组130的风扇模块，风扇群组130的风扇模块 为图2中滑动部件112及滑动部件114中的节点提供冷却。另一个风扇群组 控制器330是配置以控制风扇群组140的风扇模块，风扇群组140的风扇模 块为图2中滑动部件116及滑动部件118中的节点提供冷却。最后一个风扇 群组控制器340是配置以控制最后一个风扇群组140的风扇模块，风扇群组 140冷却机箱110的最后一组的两个节点。

风扇群组控制器320包含像是风扇群组PWM产生器322之类的风扇速 度产生器。风扇群组控制器330包含像是风扇群组PWM产生器332之类的 风扇速度产生器。风扇群组控制器340包含风扇群组PWM产生器342。风扇 群组PWM产生器322、风扇群组PWM产生器332及风扇群组PWM产生器 342输出PWM控制信号，PWM控制信号分别被路由至风扇群组130、风扇 群组140及风扇群组164中的风扇模块。风扇群组PWM产生器322、风扇群 组PWM产生器332及风扇群组PWM产生器342亦从其各自对应的风扇群 组中的所有风扇模块接收风扇速度输出FG信号，并将FG信号转换为RPM 值。

大体而言，K个风扇群组PWM产生器的每一个读取M个PWM命令， 这些PWM命令是由K个风扇群组PWM产生器各自对应的I2C从属模块从 M个BMC所接收。基于来自BMC的M个PWM命令，风扇群组PWM产 生器为各自对应的风扇群组中的风扇计算单一PWM信号。风扇群组的风扇 将FG信号回传给风扇群组PWM产生器。在本范例中，每个风扇输出入口转 片及出口转片的FG信号。风扇群组PWM产生器基于接收到的FG信号决定 RPM。在正常运作中，风扇群组PWM产生器322从存储在I2C从属模块312 中的M个BMC的每一个读取风扇速度指令，并决定PWM值。PWM值被发 送给风扇群组130的所有风扇模块132a-132d，而使所有风扇模块132a-132d皆以相同的速度转动。K个风扇群组PWM产生器将发送给每个风扇模块的 PWM信号，也发送给各自对应的从属模块，以存储在暂存器中。举例来说， 风扇群组PWM产生器322发送风扇群组130中的风扇模块数量的两倍(入口 RPM及出口RPM)，一共8个RPM输出信号。从来自每个风扇模块的FG信 号转换的RPM输出，亦通过I2C总线124而被发送给对应的BMC。BMC可 读取各自对应的从属模块中的暂存器，以判断风扇模块的实际速度是否符合 来自PWM信号的期望速度。

风扇群组控制器320及风扇群组控制器330个别可具有两种模式：正常 模式及热插拔模式，以控制风扇模块的风扇速度。图4展示像是风扇群组 PWM产生器322之类的其中一个风扇群组PWM产生器的方块图。风扇群组 PWM产生器322的组件是从图2中的CPLD 122所配置。风扇群组PWM产 生器322包含正常模式PWM产生器410及热插拔模式PWM产生器412。PWM产生器410及PWM产生器412个别输出PWM值。正常模式PWM产 生器410接受图2中机箱110的所有节点的BMC所输出的风扇速度命令， 以决定PWM值。热插拔模式PWM产生器412接受来自风扇模块的FG信号 速度输出，并且将FG信号转换为RPM，以为风扇群组中的风扇模块决定 PWM值。

PWM产生器410及PWM产生器412的输出耦接至多工器 (multiplexer)420的输入。多工器420是由有限状态机(finite state machine)422 的输出所控制。多工器420将从其中一个输入所接收到的PWM值，输出给 PWM波形产生器(waveform generator)424。PWM波形产生器424产生PWM 信号，PWM信号被输出给风扇群组的每个风扇模块。有限状态机422所包含 的输入，是基于指示风扇群组的每个风扇模块是否存在的信号。举例来说， 每个风扇模块可输出风扇模块存在引脚状态信号(fan module present pin status signal)。若其中一个风扇模块不存在，有限状态机422会选取热插拔模式。于 是，有限状态机422决定是否需要热插拔模式，基于判断风扇群组的其中一 个风扇模块在何时是不存在的。信号总线430包含从风扇群组的风扇模块所 输出的FG速度输出信号。FG速度信号被信号总线430所传达至热插拔模式 PWM产生器412。热插拔模式PWM产生器412会为每个风扇的入口转片及出口转片分别发送PWM入口值及PWM出口值，PWM入口值及PWM出口 值可被图2中的CMC 126或其中一个BMC所收集，以供诊断的目的。

在正常模式中，正常模式PWM产生器410从对应的I2C从属模块读取 PWM参数，并使用例程(routine)以为对应的风扇群组决定最佳的PWM值。 正常模式通常会选取M个BMC所请求的风扇PWM极大值，以为来自风扇 群组中的风扇模块的节点提供最佳的冷却。

在热插拔模式中，热插拔模式PWM产生器412使用每个风扇模块所接 收到的FG风扇速度信号以决定风扇群组中的热插拔风扇及其他风扇的RPM。 若热插拔模式PWM产生器412检测到热插拔风扇的RPM不正确，运作中的 风扇的PWM值将会被调整，使得运作中的风扇的风扇速度防止通过热插拔 风扇的逆向气流。这为热插拔风扇提供一个机会，以产生足以加速正常运作 的扭力。被风扇群组所冷却的节点可继续运作。

图5是正常模式PWM产生器410以周期性的基础(像是每秒一次)所进 行的正常模式例程的流程图。正常模式PWM产生器410使用例程以基于从 图2中所有的BMC所接收到的PWM命令，判断风扇群组的每个风扇模块的 PWM值。在本范例中，多节点系统的BMC被指派为主机1到M，其中主机 M为最后的BMC。在步骤510，例程首先将主机索引设定为1，并将PWM 极大值设定为0。在步骤512，例程判断从主机索引BMC所接收到的PWM 值是否大于PWM极大值。若PWM值大于极大值，则在步骤514将PWM极 大值设定为接收到的PWM值。接着，在步骤516比较索引与节点总数M的 大小。若在步骤514，PWM值小于PWM极大值，则维持当下的PWM极大值，并在步骤516比较索引与节点总数的大小。若主机索引不等于M，则在 步骤518将主机索引加一。接着，例程返回步骤512，并将从新的主机BMC 所接收到的PWM参数，与PWM极大值进行比较。若在步骤516索引值等 于节点数量，表示所有的PWM命令参数已由所有BMC所检核，则例程在步 骤520输出当下的PWM极大值。接着，当下的PWM极大值被正常模式PWM 产生器410作为PWM值而输出到风扇群组的风扇模块。

图6是图4中的热插拔模式PWM产生器412所执行的热插拔模式例程 的流程图。例程起始在步骤610，设定初始值。于是，初始的设定为，所有风 扇PWM位于100％、重试次数为零、重试极限为R1，以及PWM低位值为 风扇模块的PWM极大值的某个设定的比例。在本范例中，重试极限值R1可 设定为10，而PWM低位值则为PWM极大值的25％。在步骤612，例程首 先经由图4中的有限状态机422判断风扇群组的所有的风扇模块是否皆存在。 这表示风扇模块已完成热插拔。在步骤612，若并非所有的风扇模块皆存在， 则例程返回以继续判断是否所有的风扇皆存在。若所有的风扇皆存在，则在 步骤614将风扇模块的PWM值设定为100％。接着，在步骤616，例程等待 一段既定时间，使风扇群组中的风扇模块达到全速。举例来说，对于本范例 中的风扇模块而言，既定时间可为2秒钟，但对于不同的风扇模块所达到全 速的时间不同，既定时间的值也不同。接着，在步骤618，热插拔模式PWM 产生器412从所有的风扇模块读取实际风扇速度，并判断每个风扇群组的 RPM是否位于RPM极大值。若所有的风扇速度皆为极大，则在步骤620指 示插拔成功。接着，例程经由来自有限状态机422的控制信号离开热插拔模 式。

若在步骤618并非所有风扇模块的RPM值皆为极大，则例程在步骤622 判断重试次数是否已达重试极限。若在步骤622重试次数未达重试极限，则 例程在步骤626将RPM为极大的风扇模块的PWM值设定为PWM低位值。 接着，在步骤628，例程将RPM非极大的风扇模块的PWM值设定为PWM 极大值。接着，在步骤630，例程测量已被设定PWM极大值的所有风扇模块 的第一RPM。再来，在步骤632，例程测量已被设定PWM极大值的所有风 扇模块的第二RPM。在本范例中，有限状态机422控制测量第一RPM与测 量第二RPM之间的时间间隔(例如1秒钟)。接着，在步骤634，使用第一RPM 值及第二RPM值以决定第一RPM值与第二RPM值之间的斜率(slope)。再 来，将第二RPM值设定为第一RPM值。接着，在步骤636，例程判断风扇 群组中的所有风扇模块是否皆满足：(1)其RPM斜率值大于零(表示某些风扇 未达RPM极大)；或(2)RPM斜率等于零，且第一RPM值为极大(表示风扇模 块已达RPM极大)。若在步骤636有风扇群组的任何风扇模块并未满足上述 两个条件的其中之一，则例程返回步骤632，并测量RPM已达极大的所有风 扇模块的第二RPM值。若风扇群组中的所有风扇模块皆有满足上述两个条件 的其中之一，则在步骤638将重试次数加一，且例程返回步骤614，以将输入 到风扇模块的所有PWM值设定为极大。

若在步骤622重试次数已达重试极限，则例程在步骤624指示热插拔失 败。例程将其他风扇的PWM输出设定为100％，并将风扇故障LED灯打开 以指示故障。

在其他风扇降速以允许热插拔的同时，在热插拔例程的期间，成功热插 拔的风扇模块增加风扇速度的时序，可见在图7中的时序图。图7包含轨迹 710，展示在图6中的热插拔例程的期间，风扇群组的热插拔风扇的RPM。 在阶段720，图4中的有限状态机422通过读取检测到的风扇模块存在引脚 状态信号，检测有风扇模块正在进行热插拔。仍请参考图4，有限状态机422 将多工器420的输入切换为热插拔模式PWM产生器所产生的PWM信号。 回到图7，例程藉此在阶段722将风扇群组中的所有风扇模块的PWM信号 设定为PWM极大值。当在阶段724检测到逆向气流所导致的热插拔风扇模 块故障，例程在阶段726将运作中的风扇模块设定为PWM低位值，并将热 插拔风扇设定为PWM极大。

将其他风扇设定为PWM低位值，极小化了逆向气流。因此，当接收到 PWM极大信号，若热插拔风扇模块正确地运作中，热插拔风扇模块应能够提 升RPM直到全速。在时间点t1测量第一RPM(如轨迹点730)，并在稍后的时 间点t2测量第二RPM(如轨迹点732)。由于第二RPM应大于第一RPM，所 决定的斜率会是正数。随着RPM值增加(如轨迹点734)，例程在阶段736将 所有风扇的PWM值设定为极大。假设热插拔风扇模块正常运作中，当RPM 维持在极大时(如轨迹点738)，斜率会是零。这表示热插拔成功，于是有限状 态机422会在阶段740离开热插拔模式，并切换为正常模式。

上述图5及图6中的例程，是图2中CPLD 122用以进行正常模式或热 插拔模式的范例机器可读指令的代表。在本范例中，机器可读指令包括由(a) 处理器；(b)控制器；和/或(c)一或多个其他合适的处理装置所执行的算法。算 法可实施于像是快闪存储器、CD-ROM、软盘、硬盘、数字影音(多功能)光盘 (DVD)或其他存储器装置之类的有形介质所存储的软件中。然而，本领域技术 人员将易于理解，整个算法和/或其部分可替代地由处理器之外的装置所执行， 和/或以已知的方式(例如可由特定应用集成电路(ASIC)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程逻辑装置(FPLD)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)、离散逻辑 装置…等所实作)，实施于固件或专用硬件中。举例来说，接口的任何或所有 的组件可由软件、硬件和/或固件所实作。并且，流程图所代表的某些或所有 的机器可读指令，可以人工实作。此外，虽然本说明书叙述了范例例程，本领 域技术人员将易于理解，可替代地使用实作范例机器可读指令的许多其他方 法。

在本范例中，CPLD 122是由L所制造的MachX02，但可使用其他合适 的可编程硬件装置。可编程应拟风扇控制器可以是专用的电路装置，像是任 何合适的复杂可编程逻辑装置(CPLD)、特殊应用集成电路(application specific integrated circuit；ASIC)或现场可编程门阵列(field programmable gate array； FPGA)，实作本说明书所叙述的风扇控制模式。若风扇控制器是专用的特制电 路装置，像是ASIC，则功能以设计在硬件本身之中。若电源系统控制电路包 含像是CPLD或FPGA之类的可编程硬件，则装置硬件可编程于安装进计算 机系统100之前。CPLD 122中的PWM产生器的数量，可根据机箱中的节点 及风扇模块的数量，在工厂中进行配置。替代地，可为变动数量的风扇模块 配置设定数量的PWM产生器，且使用者可根据机箱中的节点及风扇模块的 数量，选择PWM产生器及对应的风扇模块的数量。

相对于像是CMC之类的通用处理器而言，CPLD 122在运行风扇控制例 程方面更加稳定。CPLD 122亦使用硬件而非软件以执行例程，并且提供了更 快速的响应及风扇控制信号的判断。

虽然本发明已参考一或多种实作所绘示及叙述，当本领域技术人员阅读 与理解本说明书及附加的附图，将会想到或知道均等的替代及修改。此外， 虽然本发明的特定特征可能已仅参考数种实作之一所公开，在可能需要或利 于任何给定的特定应用的情况下，这种特征可以与其他种实作的一或多个其 他特征合并。

虽然本发明的各种实施例已被叙述如上，应被理解的是，该等实施例仅 被呈现以作为范例，而非限制。虽然所公开的实施例已参考一或多种实作所 图示及叙述，当本领域技术人员阅读及理解本说明书及附加的附图时，将想 到或知晓均等的替换及修改。此外，虽然本发明的特定特征可仅参考数个实 作中的一个所公开，这种特征可与其他实施例的一或多个其他特征进行组合， 而该其他特征对于任何给定的或特定的应用而言，可能是期望的或有利的。 因此，本发明的广度及范围不应受限于任何以上叙述的实施例。反之，本发明的范围应根据以下的权利要求及其均等物所定义。

Claims (10)

1.一种基于硬件的风扇控制器，用以控制计算机系统中的多个风扇模块，该计算机系统包含多个计算机节点，每一计算机节点具有服务处理器，该基于硬件的风扇控制器包括：

从属模块，接收来自每一服务处理器的风扇速度命令；以及

风扇速度产生器，耦接至该从属模块及该多个风扇模块的子集，该风扇速度产生器接收来自该从属模块的风扇速度命令，及来自所述风扇模块的该子集的风扇速度输出，其中该风扇速度产生器是配置以输出风扇速度至该子集中的每一风扇模块。

2.如权利要求1所述的基于硬件的风扇控制器，其中该服务处理器为基板管理控制器(baseboard management controller)；以及

其中该计算机系统包含机箱管理控制器，该机箱管理控制器经由系统总线耦接至该基板管理控制器。

3.如权利要求1所述的基于硬件的风扇控制器，其中该风扇速度产生器是配置在正常模式中，由所接收到来自每一服务处理器的风扇速度命令，决定该多个风扇模块的该子集的该风扇速度；

其中该风扇速度产生器是配置在热插拔模式中，基于从所述风扇模块的该子集中的每一风扇模块所接收到的风扇速度输出，决定所述风扇模块的该子集中的每一风扇模块的该风扇速度。

4.如权利要求1所述的基于硬件的风扇控制器，其中该多个节点的第一子集对应于该多个风扇模块的该子集，其中该从属模块是第一从属模块，且该风扇速度产生器是第一风扇速度产生器，其中该多个节点的第二子集对应于该多个风扇模块的第二子集，以及其中该基于硬件的风扇控制器还包括：

第二从属模块，接收来自每一所述服务处理器的风扇速度命令；以及

第二风扇速度产生器，耦接至该第二从属模块及该多个风扇模块的该第二子集，该第二风扇速度产生器接收来自该第二从属模块的风扇速度命令，及来自该多个风扇模块的该第二子集的风扇速度输出，其中该第二风扇速度产生器是配置以输出该风扇速度至该多个风扇模块的该第二子集中的每一风扇模块。

5.一种计算机系统，包括：

机箱，包含多个风扇模块；

专用的基于硬件的风扇控制器，耦接至该多个风扇模块；

系统总线，耦接至该专用的基于硬件的风扇控制器；以及

多个滑动部件(sled)，每一滑动部件具有服务处理器，该服务处理器经由该系统总线耦接至该基于硬件的风扇控制器；

其中该基于硬件的风扇控制器包含风扇速度产生器模块，配置以进行：

接收来自每一服务处理器的风扇速度命令；

接收来自该多个风扇模块的一子集中的每一风扇模块的实际风扇速度信号；以及

控制该多个风扇模块的该子集的风扇速度。

6.如权利要求5所述的计算机系统，其中该服务处理器为基板管理控制器；以及

其中该计算机系统还包括机箱管理控制器，该机箱管理控制器经由该系统总线耦接至该基板管理控制器。

7.如权利要求5所述的计算机系统，其中该风扇速度产生器模块更配置以将从该多个风扇模块的该子集所接收到的该实际风扇速度信号，发送至该系统总线上的外部控制器。

8.如权利要求5所述的计算机系统，其中该风扇速度产生器模块是配置在正常模式中，由所接收到来自每一服务处理器的该风扇速度命令，决定该多个风扇模块的该子集的该风扇速度；以及

其中该风扇速度产生器模块是配置在热插拔模式中，基于从所述风扇模块的该子集中的每一风扇模块所接收到的该实际风扇速度信号，决定该多个风扇模块的该子集的该风扇速度。

9.如权利要求5所述的计算机系统，其中该多个滑动部件的第一子集对应于该多个风扇模块的该子集，其中该多个滑动部件的第二子集对应于该多个风扇模块的另一子集，其中该风扇速度产生器模块是第一风扇速度产生器模块，其中该专用的基于硬件的风扇控制器包含第二风扇速度产生器模块，该第二风扇速度产生器模块耦接至该多个风扇模块的该另一子集，该第二风扇速度产生器模块接收来自该多个风扇模块的该另一子集的风扇速度命令及风扇速度输出，以及其中该第二风扇速度产生器模块是配置以输出风扇速度至该多个风扇模块的该另一子集中的每一风扇模块。

10.一种配置硬件控制器以运作机箱的多个风扇模块的方法，该机箱具有多个计算机节点，每一计算机节点具有服务处理器，该方法包括：

配置多个总线接口模块，所述总线接口模块各自对应于服务处理器；

从该多个风扇模块创建至少一群风扇模块；

配置风扇控制器，以接收来自每一群风扇模块的实际速度信号；

接收来自每一服务处理器的风扇速度命令；

决定该群风扇模块中的每一风扇模块的风扇速度；以及

经由该硬件控制器，控制该群风扇模块中的每一风扇模块的风扇速度。

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