CN117931697A - 一种基于CAN总线的ChMC模块及数据交互方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CAN总线的ChMC模块及数据交互方法、应用，ChMC模块，包括连接器、MCU、时钟、CAN隔离器、PHY芯片、FLASH，连接器上具有若干个输入输出管脚，连接器通过输入输出管脚分别与时钟、CAN隔离器、PHY芯片、FLASH数据相接；应用于LRU或VPX架构的设备中，ChMC模块与IPMC模块进行数据交互。将ChMC模块放置于FRU上，通过不同的地址配置和IP地址配置，设置不同的主节点，通过背板将IPMB总线接在一起，实现设备的健康管理功能。本发明架构简单，单个节点即可实现网页管理功能，可以通过网络远程登录，替代以往只能通过CPU来实现网页管理功能，同时集成了风扇控制的PWM管脚，可以实现对设备风扇的智能控制。

Description

一种基于CAN总线的ChMC模块及数据交互方法、应用

技术领域

本发明涉及一种ChMC模块及数据交互方法、应用，尤其涉及一种基于CAN总线的ChMC模块及数据交互方法、应用，属于电子通信领域。

背景技术

在LRU或VPX架构的设备中，通常需要远程查看设备内部各个单元的健康状态、对各FRU单元的进行控制管理，以及各种事件的记录，称为设备的健康管理功能，以保障设备工作的稳定性。整个健康管理功能主要是由各个节点FRU上的IPMC模块来获取和记录本地的健康状态，然后上报给主节点的ChMC模块进行收集和显示。传统的ChMC模块和IPMC模块之间主要是通过I2C总线来进行数据的交互，存在抗干扰能力弱，同时ChMC功能通常在CPU上运行，设计复杂且成本高，以及占用空间大使用不方便等缺点。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种基于CAN总线的ChMC模块及数据交互方法、应用。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于CAN总线的ChMC模块，包括连接器、MCU、时钟、CAN隔离器、PHY芯片、FLASH，连接器上具有若干个输入输出管脚，连接器通过输入输出管脚分别与时钟、CAN隔离器、PHY芯片、FLASH数据相接；

其中，连接器提供对外的输入输出接口；

CAN隔离器实现CAN总线的收发功能，将数据传输到CAN总线上，实现节点之间的通信，且两组CAN总线互为备份；

PHY芯片实现以太网功能，将MCU的以太网信号经过PHY芯片后，输出符合以太网规范的信号，经连接器后对外提供，实现网页管理；

FLASH芯片实现内部信息存储和读取的功能，掉电后依旧保存，实现日志记录。

优选的，输入输出管脚包括：

位于连接器上的电源输入管脚，其直接接于MCU的供电引脚并输入3.3V电压；

位于连接器上的CAN管脚，其由CAN1和CAN2组成，经过CAN隔离器后分别接于MCU的两组CAN接口引脚；

位于连接器上的串口管脚，其直接接于MCU的串口引脚，用于对外提供串口信号；

位于连接器上的以太网管脚，经过PHY芯片后接于MCU的以太网接口上，实现网页显示功能；

位于连接器上的PWM管脚，其直接接于MCU上，用来控制风扇的转速；

位于连接器上的LED管脚，由MCU对外输出LED指示灯信号；

位于连接器上的I2C接口，其直接接于MCU的I2C管脚上，对外提供I2C信号，用于温度信息的读取；

位于连接器上的五个地址管脚，其直接接于MCU的管脚上，用于读取外部地址信息；

位于连接器上的八个ADC管脚，其直接接于MCU的ADC管脚，提供模拟量输入检测功能；

位于连接器上的三个GPIO管脚，其直接接于MCU上，提供读取和控制信号。

优选的，还包括：位于连接器内部的时钟，其直接接于MCU的时钟管脚，提供工作时钟；位于连接器内部的FLASH，提供信息存储的功能。

优选的，MCU对外提供以下接口：

两路串口：一路作为调试接口，一路作为PAYLOAD的通讯串口；

一个本地I2C接口：用于连接温度传感器和EEPROM；

三个PAYLOAD控制管脚实现对PAYLOAD的电源控制、复位控制、状态读取；

八个ADC接口：采集模拟量电压电流；

五个地址位接口：根据背板的上下拉分配地址；

两个指示灯分别作为运行灯和告警灯使用；

一个风扇控制接口通过PWM管脚实现对风扇的控制；

一个百兆以太网实现网页显示以及各种以太网协议转发功能。

基于CAN总线的ChMC模块的数据交互方法，应用于LRU或VPX架构的设备中，ChMC模块与IPMC模块进行数据交互的过程为：

首先读取时钟信号使程序正常运行起来，然后读取地址输入信号，确定地址信息，再根据地址信息配置物理地址，通过串口与PAYLOAD进行通信，通过CAN总线与其他节点进行数据通信，ChMC会读取其他各个节点的健康信息并显示记录下来，通过以太网将数据显示在网页界面，通过FLASH将各个节点的日志和告警信息记录下来。

优选的，通过I2C接口获取温度传感器的信息，通过ADC读取模拟量信息，通过GPIO实现对外的控制功能；当健康正常时控制运行灯，当健康状态异常时控制告警灯；同时通过CAN接口与其他节点进行通信，获取其他节点的健康信息。

优选的，通过PWM管脚控制风扇的转速，如果检测到某个节点温度过高，通过控制风扇提高转速，温度降低后降低风扇转速，或通过网页进行手动控制。

基于CAN总线的ChMC模块的应用，将ChMC模块放置于FRU上，通过不同的地址配置和IP地址配置，设置不同的主节点，通过背板将IPMB总线接在一起，实现设备的健康管理功能。

相比于现有技术，本发明具有以下优点：

1、传输通道为CAN总线，抗干扰能力强，传输速率快；

2、具备两路CAN总线，实现主备切换功能，可靠性更高；

3、整个设计采用全国产化元器件，完全自主可控；

4、本发明的接口丰富，满足各种情况下的使用需求，外围电路设计简单，可移植性强，尺寸超小，占用空间小；

5、符合IPMI1.5和IPMI2.0的协议标准，满足VITA46.11规范；

6、具备日志记录功能，网页管理功能，风扇智能控制的功能。

附图说明

图1为本发明ChMC模块的内部连接关系框图。

图2为本发明ChMC模块的外部连接关系框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示的基于CAN总线的ChMC模块，包括连接器、MCU、时钟、CAN隔离器、PHY芯片、FLASH。其中连接器上的输入输出管脚包含电源输入管脚，2组CAN管脚、2组串口管脚、1组以太网管脚、1组PWM管脚、2个LED管脚、1组I2C管脚、5个地址输入管脚、8个ADC输入管脚，3个GPIO管脚。

其中：电源输入管脚位于连接器上，输入3.3V电压，其直接接于MCU的供电引脚；2组CAN管脚位于连接器上且由CAN1和CAN2组成，经过CAN隔离器后分别接于MCU的2组CAN接口引脚；LED管脚位于连接器上，由MCU对外输出LED指示灯信号；2组串口位于连接器上，直接接于MCU的串口引脚，对外提供串口信号；I2C接口位于连接器上，直接接于MCU的I2C管脚上，对外提供I2C信号，用于温度信息的读取；5个地址管脚位于连接器上，直接接于MCU的管脚上，读取外部地址信息；8个ADC管脚位于连接器上，直接接于MCU的ADC管脚，提供模拟量输入检测功能；3个GPIO管脚位于连接器上，直接接于MCU上，提供读取和控制信号；PWM管脚位于连接器上，直接接于MCU上，可以用来控制风扇的转速；以太网管脚位于连接器上，经过PHY芯片后接于MCU的以太网接口上，实现网页显示功能。时钟位于连接器的内部，直接接于MCU的时钟管脚，提供工作时钟；FLASH位于连接器的内部，提供信息存储的功能。

其中，连接器提供对外的输入输出接口，包含不同的接口，包含2路CAN总线，2路I2C总线，1个以太网接口，2路串口，5个地址输入位，3.3V电源输入，8个ADC接口，3个PAYLOAD控制管脚，1路本地I2C接口，2个LED指示灯，1个风扇控制接口，所以ChMC模块具有接口丰富，可移植性强的特点；

CAN隔离器实现CAN总线的收发功能，将数据传输到CAN总线上，实现节点之间的通信，CAN总线本身具有抗干扰能力强，传输速率快的特点。同时，本发明采用2组CAN总线，互为备份，具有可靠性更高的特点；

MCU是ChMC模块的核心，对外提供CAN接口、串口、I2C接口、GPIO接口、ADC接口、地址输入接口、LED、PWM接口、以太网接口等，实现了满足各种情况下的使用需求，外围电路设计简单的特点；

PHY芯片实现以太网功能，将MCU的以太网信号经过PHY芯片后，输出符合以太网规范的信号，经连接器后对外提供，实现网页管理功能和特点；

FLASH芯片实现内部信息存储和读取的功能，掉电后依旧保存，实现日志记录的功能和特点；

优选的，MCU的型号为珠海极海的APM32F407VGT6,CAN隔离器型号为芯力特的SIT65HVD235DR，PHY芯片为苏州裕太微的YT8512H，FLASH为上海复旦微的FM25Q128A，连接器和时钟均为国产型号，整个ChMC模块的实物大小为40mm*30mm，占用空间小，实现了自主可控和尺寸超小的特点。

ChMC模块与IPMC模块进行数据交互的过程为：运行时先读取时钟信号使程序正常运行起来，然后读取地址输入信号，确定自己的地址信息，再根据地址信息配置自己的物理地址，通过串口与PAYLOAD进行通信，通过CAN总线与其他节点进行数据通信，ChMC会读取其他各个节点的健康信息并显示记录下来，通过以太网将数据显示在网页界面，通过FLASH将各个节点的日志和告警信息记录下来。

同时通过I2C接口获取温度传感器的信息，通过ADC读取模拟量信息(电压电流等)，通过GPIO实现对外的控制功能，这些功能为读取自身的健康信息，当健康正常时控制运行灯，当健康状态异常时(电压过高，电流过大，温度过高等情况)控制告警灯；同时通过CAN接口与其他节点进行通信，获取其他节点的健康信息。

通过PWM管脚可以控制风扇的转速，如果检测到某个节点温度过高，就控制风扇提高转速，温度降低后降低风扇转速，也可以通过网页进行手动控制，实现智能控制的效果和特点，如图2所示。

具体的，CAN接口与其他节点通信时运行IPMI2.0协议，向下兼容IPMI1.5协议，该协议满足VITA46.11规范。

本发明的外围电路简单，由3.3V电源输入接口供电；2路串口1路作为调试接口，1路作为PAYLOAD的通讯串口；5个地址位根据背板的上下拉分配地址；8个ADC可采集模拟量例如电压电流等；3个PAYLOAD控制管脚可以实现对PAYLOAD的电源控制、复位控制、状态读取；1个本地I2C接口可以接温度传感器和EEPROM等支持I2C的智能元器件；2个指示灯可作为运行灯和告警灯使用；1个FLASH可以实现数据的记录和日志功能；1个百兆以太网可以实现网页显示以及各种以太网协议转发功能；1个风扇控制接口可以通过PWM管脚实现对风扇的控制。

本发明可灵活配置，将ChMC模块放置于FRU上，可以通过不同的地址配置和IP地址配置，设置不同的主节点，通过背板将IPMB总线接在一起，实现设备的健康管理功能；

本发明架构简单，单个节点即可实现网页管理功能，可以通过网络远程登录，替代以往只能通过CPU来实现网页管理功能。同时集成了风扇控制的PWM管脚，可以实现对设备风扇的智能控制。

术语解释：

IPMI：Intelligent Platform Management Interface，智能平台管理接口的缩写，是一个开放的免费标准，用户可以利用IPMI监视服务器的物理健康特征，如温度、电压、风扇工作状态、电源状态等。

IPMB：Intelligent Platform Management BUS，智能平台管理总线的缩写。两组冗余总线的总称，用于连接和控制各种智能设备，通常使用I2C总线。

IPMC：Intelligent Platform Management Controler,智能平台管理控制器，挂在到IPMB上的节点，传输的协议符合IPMI标准。

I2C：Inter-Integrated Circuit集成电路总线,一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。

CAN：Controler Area Network控制器局域网总线，是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，它可以使用双绞线来传输信号，是世界上应用最广泛的现场总线之一。

ChMC：Chassis Management Controler机箱管理控制器，是机箱健康管理的主节点，收集和管理其他的IPMC节点，传输的协议符合IPMI标准。

PAYLOAD；负载模块，位于FRU内部，PAYLOAD加上ChMC可以组成FRU。

FRU：Field Replace Unit现场可更换单元，在设备中作为节点存在。

PWM：Pulse Width Modulation脉宽调制，可以控制风扇的转速。

Flash：内部存储设备。

PHY：以太网物理层芯片，可以实现网口的功能。

LRU：Line Replace Unit现场可更换单元，一种设备的架构形式，FRU加上设备外壳组成LRU。

VPX：新一代高速串行总线标准，也是一种设备的架构形式。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于CAN总线的ChMC模块，其特征在于：包括连接器、MCU、时钟、CAN隔离器、PHY芯片、FLASH，连接器上具有若干个输入输出管脚，连接器通过输入输出管脚分别与时钟、CAN隔离器、PHY芯片、FLASH数据相接；

其中，连接器提供对外的输入输出接口；

CAN隔离器实现CAN总线的收发功能，将数据传输到CAN总线上，实现节点之间的通信，且两组CAN总线互为备份；

PHY芯片实现以太网功能，将MCU的以太网信号经过PHY芯片后，输出符合以太网规范的信号，经连接器后对外提供，实现网页管理；

FLASH芯片实现内部信息存储和读取的功能，掉电后依旧保存，实现日志记录。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的ChMC模块，其特征在于：所述输入输出管脚包括：

位于连接器上的电源输入管脚，其直接接于MCU的供电引脚并输入3.3V电压；

位于连接器上的CAN管脚，其由CAN1和CAN2组成，经过CAN隔离器后分别接于MCU的两组CAN接口引脚；

位于连接器上的串口管脚，其直接接于MCU的串口引脚，用于对外提供串口信号；

位于连接器上的以太网管脚，经过PHY芯片后接于MCU的以太网接口上，实现网页显示功能；

位于连接器上的PWM管脚，其直接接于MCU上，用来控制风扇的转速；

位于连接器上的LED管脚，由MCU对外输出LED指示灯信号；

位于连接器上的I2C接口，其直接接于MCU的I2C管脚上，对外提供I2C信号，用于温度信息的读取；

位于连接器上的五个地址管脚，其直接接于MCU的管脚上，用于读取外部地址信息；

位于连接器上的八个ADC管脚，其直接接于MCU的ADC管脚，提供模拟量输入检测功能；

位于连接器上的三个GPIO管脚，其直接接于MCU上，提供读取和控制信号。

3.根据权利要求2所述的基于CAN总线的ChMC模块，其特征在于：还包括：位于连接器内部的时钟，其直接接于MCU的时钟管脚，提供工作时钟；位于连接器内部的FLASH，提供信息存储的功能。

4.根据权利要求2所述的基于CAN总线的ChMC模块，其特征在于：MCU对外提供以下接口：

两路串口：一路作为调试接口，一路作为PAYLOAD的通讯串口；

一个本地I2C接口：用于连接温度传感器和EEPROM；

三个PAYLOAD控制管脚实现对PAYLOAD的电源控制、复位控制、状态读取；

八个ADC接口：采集模拟量电压电流；

五个地址位接口：根据背板的上下拉分配地址；

两个指示灯分别作为运行灯和告警灯使用；

一个风扇控制接口通过PWM管脚实现对风扇的控制；

一个百兆以太网实现网页显示以及各种以太网协议转发功能。

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于CAN总线的ChMC模块的数据交互方法，其特征在于：应用于LRU或VPX架构的设备中，ChMC模块与IPMC模块进行数据交互的过程为：

首先读取时钟信号使程序正常运行起来，然后读取地址输入信号，确定地址信息，再根据地址信息配置物理地址，通过串口与PAYLOAD进行通信，通过CAN总线与其他节点进行数据通信，ChMC会读取其他各个节点的健康信息并显示记录下来，通过以太网将数据显示在网页界面，通过FLASH将各个节点的日志和告警信息记录下来。

6.根据权利要求5所述的基于CAN总线的ChMC模块的数据交互方法，其特征在于：通过I2C接口获取温度传感器的信息，通过ADC读取模拟量信息，通过GPIO实现对外的控制功能；当健康正常时控制运行灯，当健康状态异常时控制告警灯；同时通过CAN接口与其他节点进行通信，获取其他节点的健康信息。

7.根据权利要求5所述的基于CAN总线的ChMC模块的数据交互方法，其特征在于：通过PWM管脚控制风扇的转速，如果检测到某个节点温度过高，通过控制风扇提高转速，温度降低后降低风扇转速，或通过网页进行手动控制。

8.根据权利要求1-4任一项所述的基于CAN总线的ChMC模块的应用，其特征在于：将ChMC模块放置于FRU上，通过不同的地址配置和IP地址配置，设置不同的主节点，通过背板将IPMB总线接在一起，实现设备的健康管理功能。