CN204833071U - 基于通用型arm架构的服务器平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于通用型ARM架构的服务器平台,包括:冗余电源、主板、CPU节点、千兆以太网交换机、上位机管理服务器、硬盘模组冗余电源将市电转换为标准的ATX电源或12V单电源,并择优供给主板,主板承载CPU节点,主板给每个CPU节点供电,并按照定时间隔依次对每个CPU节点上电,每个CPU节点均与硬盘模组连接,硬盘模组用于扩充系统存储容量,CPU节点采用千兆以太网交换机进行CPU节点间通信,并通过千兆以太网对各CPU节点进行操作,上位机管理服务器通过以太网交换机控制主板。本实用新型是一种低功耗、高性能、支持热插拔的基于通用型ARM架构的服务器平台。
Description
技术领域
本实用新型涉及服务器实现技术领域,尤其涉及一种低功耗、高性能、支持热插拔的基于通用型ARM架构的服务器平台。
背景技术
产品变迁最大的推动力来源于用户需求,在服务器市场,用户对开放、标准化、低成本的需求让x86服务器迅速繁荣,让一度辉煌的大型主机和小型机黯然无光;而今,随着互联网应用日趋丰富成熟、云计算风生水起,并行化、轻量化的负载类型在快速增长,使得用户对服务器的需求再度发生了变化,同时“催熟”了服务器中的一个细分子类——低功耗服务器。在云计算的趋势下,低功耗、小体积的处理器平台会成为主流。目前英特尔一直积极地降低x86架构的芯片的能耗,而低耗能这正是ARM架构的优势,也是机会所在。
EnrgyCoreECX-1000是美国厂商Calxeda开发的业界第一款基于ARM架构、专门面向服务器应用的处理器;AMD也于2014年1月底推出代号为“西雅图”的OpteronA1100ARM处理器,不过至于基于OpteronA1100的服务器成品、OEM合作要到第四季度才会宣布。就目前市场来看,目前低功耗服务器还面临着生态系统并不完善、用户基础相对薄弱等不利因素,基于ARM内核的服务器芯片还刚刚面世,不利于低成本投入,对未来的市场推广,技术完善等存在诸多的不明因素。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种低功耗、高性能、支持热插拔的基于通用型ARM架构的服务器平台。
为了实现上述目的,本实用新型提供的技术方案为:提供一种基于通用型ARM架构的服务器平台,包括:冗余电源、主板、CPU节点、千兆以太网交换机、上位机管理服务器、硬盘模组,冗余电源将市电转换为标准的ATX电源或12V单电源,并通过电源路径选择单元择优供给主板,主板承载若干CPU节点,主板板载DC-DC电源模块将12V电压转换为5V电压,给每个CPU节点供电,并按照定时间隔依次对每个CPU节点上电,每个CPU节点均与硬盘模组连接,硬盘模组用于扩充系统存储容量,CPU节点采用千兆以太网交换机进行CPU节点间通信,并通过千兆以太网对各CPU节点进行操作,上位机管理服务器通过以太网交换机控制主板。
主板具有主控模块,且主控模块为意法半导体STM32单片机,通过单片机IO控制电源开关给每个CPU节点供电,按照200ms间隔依次上电,避免启动电流过大导致系统不稳定或电源进入保护状态。
主控模块通过SPI转以太网口与上位机管理服务器相连,所有模块通过以网络统一进行管理。
CPU节点带有热插拔识别信号,当CPU节点插入主板时,热插拔识别信号对主控模块产生中断信号,主控模块打开该CPU节点电源,并向CPU节点发送开机和复位信号,完成该CPU节点开机操作;当需要移除某个CPU节点,由上位机管理服务器向该CPU节点发送关机信号,CPU节点进入关机流程,主控模块侦测到该CPU节点关机后,关闭该CPU节点电源,并通知维护人员移除该CPU节点。主板具有PCI卡槽,CPU节点通过PCI金手指与主板相连,采用直立安装结构,CPU节点使用PCI规范中3.3V和5V供电管脚;CPU节点与主板通过自定义控制信号进行通讯,其中包括I2C总线、待机控制线、开关机控制线、热插拔中断、板卡片选信号、BOOT启动控制信号、HDMI端口、USBOTG信号线和串口信号。
主控模块通过I2C总线读取CPU节点序列号和MAC地址信息,每个CPU节点自带4KFRAM存储器,用于储存序列号、MAC地址和配置信息,重刷系统固件不会丢失;FRAM为统一地址,由CPU节点上电后,配合板卡片选信号,经由I2C总线分别上报给主控模块,让主控模块知晓每个PCI卡槽对应的CPU节点地址及CPU节点容量情况。
主控模块可根据负载情况动态调整各CPU节点的工作状态,当某个CPU节点处于空闲状态暂时不需要在线时,可让对应的CPU节点进入低功耗待机模式,单个CPU节点耗电量降低至0.15W,且支持快速唤醒操作;若需要对CPU节点容量进行更改,或进行故障排除需要删除某个CPU节点时,亦可通过开关机控制线完全关闭某个CPU节点。
每个CPU节点具备一路USBOTG接口,通过USBHUB和信号选择开关汇聚为一路USB输入端口,由主控模块控制每个CPU节点的BOOT模式位,并配合复位信号让某个CPU节点进入固件更新模式。
每个CPU节点可独立运行Linux或Android系统,并通过HDMI端口切换显示节点用户界面不会占用网络带宽。
与现有的技术相比,本实用新型能够使用通用型ARM处理器芯片构建专用的低功耗、低成本、高性能服务器平台。尤其适合小规模应用,有利于ARM平台在服务器领域的推广和整个生态链的完善。本实用新型具备良好的系统扩展性和维护性。
通过以下的描述并结合附图,本实用新型将变得更加清晰,这些附图用于解释本实用新型的实施例。
附图说明
图1为本实用新型基于通用型ARM架构的服务器平台框图。
图2为如图1所示的基于通用型ARM架构的服务器平台的电源框图。
图3为如图1所示的基于通用型ARM架构的服务器平台的CPU节点框图。
图4为如图1所示的基于通用型ARM架构的服务器平台的主板框图。
具体实施方式
现在参考附图描述本实用新型的实施例,附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述,如图1、2所示,本实用新型实施例公开的基于通用型ARM架构的服务器平台100,包括:冗余电源、主板、CPU节点、千兆以太网交换机、上位机管理服务器、硬盘模组,冗余电源将市电转换为标准的ATX电源或12V单电源,并通过电源路径选择单元择优供给主板,主板承载若干CPU节点,主板板载DC-DC电源模块将12V电压转换为5V电压,给每个CPU节点供电,各个CPU节点是通过PCI卡槽与主板进行连接,并按照定时间隔依次对每个CPU节点上电,每个CPU节点均与硬盘模组连接,硬盘模组用于扩充系统存储容量,CPU节点采用千兆以太网交换机进行CPU节点间通信,并通过千兆以太网对各CPU节点进行操作,上位机管理服务器通过以太网交换机控制主板。
如图3所示,CPU节点通过CPU节点板卡插装在主板的PCI卡槽上,图3是CPU节点板卡的框图,CPU节点板卡是整个服务器的核心模块,具备热插拔功能,每个CPU节点板卡带有一颗4核心CORTEXA9的ARM32位处理器,主频1Ghz,在本实例中采用FreescaleIMX6工业级4核处理器芯片,配备64Bit位宽1066MhzDDR3或者LDDR3内存,最高支持2GB容量;8G以上的EMMCFlash存储器,支持EMMC4.41规范,带宽104MB/s;能够独立运行Linux或Android系统;具备SATA2接口,通过外接固态硬盘扩展系统存储容量;板载千兆以太网口,用于集群之间的数据通信;CPU节点自带4KFRAM用于存储序列号、MAC地址、出厂及用户配置信息。通过PCI金手指的形式和主板相连。单个CPU节点的最大功耗为4.5W,平均功耗在3W以内,采用5V单电源供电。
如图1和2所示,主板具有主控模块,且主控模块为意法半导体STM32单片机,通过单片机IO控制电源开关给每个CPU节点供电,按照200ms间隔依次上电,避免启动电流过大导致系统不稳定或电源进入保护状态。
如图3所示,CPU节点带有热插拔识别信号,当CPU节点插入主板时,热插拔识别信号对主控模块产生中断信号,主控模块打开该CPU节点电源,并向CPU节点发送开机和复位信号,完成该CPU节点开机操作;当需要移除某个CPU节点,由上位机管理服务器向该CPU节点发送关机信号,CPU节点进入关机流程,主控模块侦测到该CPU节点关机后,关闭该CPU节点电源,并通知维护人员移除该CPU节点。CPU节点可以根据实际情况进行扩充和删减,满足不同应用需求,同时让系统的搭建维护更为灵活方便。
如图4所示,主控模块通过SPI转以太网口与上位机管理服务器相连,所有模块通过以网络统一进行管理。
如图3、4所示,主板具有多个PCI卡槽,而图2显示出其中一个,CPU节点通过PCI金手指与主板相连,采用直立安装结构,利于散热和优化机架内部空间使用率;为避免将CPU节点插入标准PCI系统导致CPU节点故障,CPU节点使用PCI规范中3.3V和5V供电管脚,其余未使用电压均做预留处理;CPU节点与主板通过自定义控制信号进行通讯,其中包括I2C总线、待机控制线、开关机控制线、热插拔中断、板卡片选信号、BOOT启动控制信号、HDMI端口、USBOTG信号线和串口信号。
如图3、4所示,主控模块通过I2C总线读取CPU节点序列号和MAC地址信息,每个CPU节点自带4KFRAM存储器,用于储存序列号、MAC地址和配置信息,重刷系统固件不会丢失;FRAM为统一地址,无法接入公共总线,由CPU节点上电后,配合板卡片选信号,经由I2C总线分别上报给主控模块,让主控模块知晓每个PCI卡槽对应的CPU节点地址及CPU节点容量情况。
如图4所示,主控模块可根据负载情况动态调整各CPU节点的工作状态,当某个CPU节点处于空闲状态暂时不需要在线时,给待机控制脚一下降沿脉冲触发信号即可让对应的CPU节点进入低功耗待机模式,单个CPU节点耗电量降低至0.15W,且支持快速唤醒操作;若需要对CPU节点容量进行更改,或进行故障排除需要删除某个CPU节点时,亦可通过开关机控制线完全关闭某个CPU节点。系统由多个节点组合而成,是统一的整体又相对独立。
如图4所示,每个CPU节点具备一路USBOTG接口,通过USBHUB和信号选择开关汇聚为一路USB输入端口,由主控模块控制每个CPU节点的BOOT模式位,并配合复位信号让某个CPU节点进入固件更新模式。此方法不需要BOOTLOADER做引导,目前可以做到同时烧录4块板卡,适合整个系统的重建工作;若只需要对系统做部分修改,可经由以太网口进行系统升级。每个CPU节点配备一路1000M以太网口,RGMII是目前市面上主流ARM芯片的标配接口,配合廉价的PHY芯片即可实现低成本的高速以太网应用,大部分ARM芯片均可实现节点应用,既可以选择即将推广的64位ARMCORTEXA57芯片,也可以选用较低层次的ARMCORTEXA8内核,实现系统的低成本和多样化;节点板卡通过网口与外部千兆以太网交换机相连,由上位主控服务器对各个节点进行监控管理。
每个CPU节点可独立运行Linux或Android系统,并通过HDMI端口切换显示节点用户界面不会占用网络带宽。主控模块同样通过以太网口与上位机管理服务器相连。管控流数据量不大,故采用SPI转以太网模组方案,不需要带以太网MAC的单片机,让单片机的选择更加灵活;通过以太网接收管理服务器命令,主板协助完成各个节点的控制工作,整个系统采用单一网络进行管控。与现有的技术相比,结合图1-4,本实用新型能够使用通用型ARM处理器芯片构建专用的低功耗、低成本、高性能服务器平台。尤其适合小规模应用,有利于ARM平台在服务器领域的推广和整个生态链的完善。本实用新型具备良好的系统扩展性和维护性。
以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已,当然不能以此来限定本实用新型之权利范围,因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化,仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种基于通用型ARM架构的服务器平台,其特征在于,包括:冗余电源、主板、CPU节点、千兆以太网交换机、上位机管理服务器、硬盘模组,冗余电源将市电转换为标准的ATX电源或12V单电源,并通过电源路径选择单元择优供给主板,主板承载若干CPU节点,主板板载DC-DC电源模块将12V电压转换为5V电压,给每个CPU节点供电,并按照定时间隔依次对每个CPU节点上电,每个CPU节点均与硬盘模组连接,硬盘模组用于扩充系统存储容量,CPU节点采用千兆以太网交换机进行CPU节点间通信,并通过千兆以太网对各CPU节点进行操作,上位机管理服务器通过以太网交换机控制主板。
2.如权利要求1所述的基于通用型ARM架构的服务器平台,其特征在于,主板具有主控模块,且主控模块为意法半导体STM32单片机,通过单片机IO控制电源开关给每个CPU节点供电,按照200ms间隔依次上电,避免启动电流过大导致系统不稳定或电源进入保护状态。
3.如权利要求2所述的基于通用型ARM架构的服务器平台,其特征在于,主控模块通过SPI转以太网口与上位机管理服务器相连,所有模块通过以网络统一进行管理。
4.如权利要求2所述的基于通用型ARM架构的服务器平台,其特征在于,CPU节点带有热插拔识别信号,当CPU节点插入主板时,热插拔识别信号对主控模块产生中断信号,主控模块打开该CPU节点电源,并向CPU节点发送开机和复位信号,完成该CPU节点开机操作;当需要移除某个CPU节点,由上位机管理服务器向该CPU节点发送关机信号,CPU节点进入关机流程,主控模块侦测到该CPU节点关机后,关闭该CPU节点电源,并通知维护人员移除该CPU节点。
5.如权利要求2所述的基于通用型ARM架构的服务器平台,其特征在于,主板具有PCI卡槽,CPU节点通过PCI金手指与主板相连,采用直立安装结构,CPU节点使用PCI规范中3.3V和5V供电管脚;CPU节点与主板通过自定义控制信号进行通讯,其中包括I2C总线、待机控制线、开关机控制线、热插拔中断、板卡片选信号、BOOT启动控制信号、HDMI端口、USBOTG信号线和串口信号。
6.如权利要求5所述的基于通用型ARM架构的服务器平台,其特征在于,主控模块通过I2C总线读取CPU节点序列号和MAC地址信息,每个CPU节点自带4KFRAM存储器,用于储存序列号、MAC地址和配置信息,重刷系统固件不会丢失;FRAM为统一地址,由CPU节点上电后,配合板卡片选信号,经由I2C总线分别上报给主控模块,让主控模块知晓每个PCI卡槽对应的CPU节点地址及CPU节点容量情况。
7.如权利要求5所述的基于通用型ARM架构的服务器平台,其特征在于,主控模块可根据负载情况动态调整各CPU节点的工作状态,当某个CPU节点处于空闲状态暂时不需要在线时,可让对应的CPU节点进入低功耗待机模式,单个CPU节点耗电量降低至0.15W,且支持快速唤醒操作;若需要对CPU节点容量进行更改,或进行故障排除需要删除某个CPU节点时,亦可通过开关机控制线完全关闭某个CPU节点。
8.如权利要求5所述的基于通用型ARM架构的服务器平台,其特征在于,每个CPU节点具备一路USBOTG接口,通过USBHUB和信号选择开关汇聚为一路USB输入端口,由主控模块控制每个CPU节点的BOOT模式位,并配合复位信号让某个CPU节点进入固件更新模式。
9.如权利要求5所述的基于通用型ARM架构的服务器平台,其特征在于,每个CPU节点可独立运行Linux或Android系统,并通过HDMI端口切换显示节点用户界面不会占用网络带宽。
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