CN214704623U - 基于国产mcu的bmc装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种基于国产MCU的BMC装置，包括MCU、以及与所述MCU分别连接的存储模块、网口、串口和接插件，所述接插件包括用于适配刀片电源电压的刀片多路电源接口、用于连接IPMB总线的IPMB接口、用于连接所属刀片板载三极管的刀片测温三极管IO、用于和所属刀片板载芯片通讯的I2C接口、用于连接刀片使能引脚实现远程开关机的GPIO、用于获取所属槽位ID和IPMB地址的槽位ID IO、用于实现所属刀片风扇的转速获取和转速设置的风扇IO和用于和所属刀片通讯的通讯口。本实用新型也公开了一种包括至少一个所述的基于国产MCU的BMC装置的系统，实现自主可控。

Description

基于国产MCU的BMC装置及系统

技术领域

本实用新型涉及基板管理控制器技术领域，尤其涉及一种基于国产MCU的BMC装置及系统；MCU表示微控制单元，Microcontroller Unit；BMC表示基板管理控制器，BaseboardManager Controller。

背景技术

在服务器领域和通用计算平台领域，大量BMC模块或板卡被用来实现对计算机各刀片单元的管理，包括计算刀片、交换刀片、电源刀片、存储刀片、接口扩展刀片等的管理。目前使用量最大的BMC解决方案是基于ASTSPEED公司的AST系列芯片加AMI公司的软件，该方案开发难度低，成熟度高，功能强大，但该方案成本高，功耗高，采用 Linux操作系统，实时性差、启动速度慢，软硬件全部非国产，不能实现自主可控；或者基于FPGA或CPLD实现，但定制度较高，一旦需要更改功能则工作量极大。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，解决现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种基于国产MCU的BMC装置及系统，基于国产的微控制器及国产嵌入式实时操作系统，实现自主可控。

(二)技术方案

基于上述的技术问题，本实用新型提供一种基于国产MCU的 BMC装置，包括MCU、以及与所述MCU分别连接的存储模块、网口、串口和接插件，所述接插件包括用于适配刀片电源电压的刀片多路电源接口、用于连接IPMB总线的IPMB接口、用于连接所属刀片板载三极管的刀片测温三极管IO、用于和所属刀片板载芯片通讯的I2C接口、用于连接刀片使能引脚实现远程开关机的GPIO、用于获取所属槽位ID和IPMB地址的槽位ID IO、用于实现所属刀片风扇的转速获取和转速设置的风扇IO和用于和所属刀片通讯的通讯口。

进一步的，所述网口与MCU通过PHY模块连接，所述串口与 MCU通过串口电平转换模块连接，所述存储模块为Flash存储模块，所述刀片多路电源与MCU通过电阻分压网络连接，所述刀片测温三极管IO与MCU通过温度采集模块连接。

进一步的，所述MCU为兆易创新公司的GD32系列。

进一步的，所述PHY模块为天水天微公司的CX9222芯片。

进一步的，所述串口电平转换模块为深圳国微电子公司的SM232 芯片。

进一步的，所述Flash存储模块为兆易创新公司的GD25Q80芯片。

进一步的，所述温度采集模块为成都华微电子公司的HWD1688 芯片。

本实用新型也公开了一种基于国产MCU的BMC系统，包括至少一个所述的基于国产MCU的BMC装置。

进一步的，所述系统包括适配FreeRTOS实时操作系统、Lwip网络协议栈、FatFs文件系统的通过IPMB总线通讯的底板、交换刀片、电源刀片、计算刀片和存储刀片，所述底板、交换刀片、电源刀片、计算刀片和存储刀片均为所述的基于国产MCU的BMC装置，所述底板通过所述串口和网口连接管理设备及软件。

进一步的，所述底板不包括通讯口、测温接口和测压接口；所述交换刀片不包括串口、网口和风扇IO；所述电源刀片不包括网口、串口、通讯口、风扇IO和存储模块；所述计算刀片不包括网口、串口和风扇IO；所述存储刀片不包括网口、串口和风扇IO；所述测温接口为刀片测温三极管IO，所述测压接口为I2C接口；所述测温接口即刀片测温三极管IO口，所述测压接口即MCU内嵌的ADC模块接口。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：

(1)本实用新型在硬件上可配置，再结合软件的分层和模块化设计，使得通过代码的编译开关和存储在文件系统上的配置文件实现了软件的可配置，实现硬件和软件的均可配置，从而使得BMC装置的可配置，根据刀片需求的不同选用不同配置的模块，进而实现由BMC装置构成的系统的可配置，实现自主可控；

(2)本实用新型所述系统由相同的BMC装置构成，根据功能主从自适应，根据底板的槽位ID设置自身地址，并根据IPMB总线上的数据流、网口和串口上的数据流自动判断自身是主机还是从机，并对应的响应相关的指令，用户无需区分模块的主从属性，可以无差别地使用；

(3)本实用新型的系统当一块BMC装置的网口或者串口通讯出现故障时，可以切换另一块BMC装置作主BMC，提升了系统整体的容错性和鲁棒性；

(4)本实用新型的BMC装置使用GD32系列芯片，内置RAM 和Flash，所需外围器件少，芯片成本相对较低且功耗较低，且采用的实时性操作系统实时性较佳；

(5)本实用新型能根据实际需求实现对设备多路温度、多路电压电流、多路风扇转速的测量，能实现对多路风扇转速的独立控制，可实现的功能丰富、使用灵活。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：

图1为本实用新型实施例的基于国产MCU的BMC卡板的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的管理平台的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型的一种基于国产MCU的BMC装置的实施例一如图1 所示，包括MCU、以及与所述MCU分别连接的存储模块、网口、串口和接插件，所述接插件包括刀片多路电源接口、IPMB接口、刀片测温三极管IO、I2C接口、GPIO、槽位ID IO、风扇IO和通讯口，所述网口与MCU通过PHY模块连接，所述串口与MCU通过串口电平转换模块连接，所述刀片多路电源与MCU通过电阻分压网络连接，所述刀片测温三极管IO与MCU通过温度采集模块连接。

所述MCU为兆易创新公司的GD32系列，具体型号根据应用需求的引脚数量确定；通过MAC接口与PHY模块相连，通过SPI接口和存储模块相连，通过I2C接口和温度采集模块相连，通过GPIO、I2C 接口、SPI接口和接插件相连，通过ADC模块和电阻分压网络相连， MCU通用GPIO、I2C接口、SPI接口和接插件相连，ADC模块为内嵌在MCU中，PWM和捕获引脚直接和接插件的风扇IO口相连。特别地，MCU芯片可以选用GD32F207ZG。

所述网口和串口负责和管理设备通讯，所述网口通过PHY模块与 GD32系列的MAC连接，所述PHY模块为天水天微公司的CX9222 芯片，结合GD32 MCU芯片自带的MAC，构建百兆网络；所述串口通过串口电平转换模块与GD32系列的USART连接，所述串口电平转换模块为深圳国微电子公司的SM232芯片。

所述存储器用于存储配置文件和日志，采用Flash存储模块，为兆易创新公司的GD25Q80芯片，也可以根据对存储容量需求的不同，替换为其它型号。

所述刀片多路电源接口：刀片上电源电压包含多种电平，不同刀片电源的电平的数量又不同，基于本方案通用的电阻分压网络及配套可配置软件，可以实现电源电压到GD32系列ADC模块任一通道的映射，支撑本方案BMC板卡适配任一种刀片；电压采集采用MCU自带 ADC模块加外部通用电压转换电路，针对计算机领域常见的24V、12V、 5V、3.3V、2.5V、1.5V等电平，本实用新型提供通用的电阻分压网络，根据具体刀片的电平情况，焊接不同阻值的电阻分压后测量电压，支撑BMC板卡的通用化；

所述IPMB接口：用于连接IPMB总线，和其它BMC组网构成管理平台等系统；

所述刀片测温三极管IO:该接口用于连接所属刀片板载三极管，不同刀片发热情况不同，刀片在设计时可以根据刀片本身的情况进行测温点的布局，本方案BMC板卡提供通用测温接口。BMC板卡本身的温度测量使用板卡功耗最大的MCU其内置测温模块。所述刀片测温三极管IO通过温度采集模块连接GD32，所述温度采集模块为成都华微电子公司的HWD1688芯片。

所述I2C接口:该I2C接口用于和所属BMC刀片板载芯片通讯，例如某一刀片板载了I2C接口的测温芯片，BMC可以通过该接口直接获取刀片温度。

所述GPIO:用于支撑某些功能的实现。例如通过IO电平的变化操控刀片的使能引脚，以支撑BMC模块远程开关机指令；又例如各刀片运行状态，可以通过底板BMC控制底板上的LED灯，实现各系统运行状态指示。

所述槽位ID IO:该接口用于获取BMC自身所属槽位的ID，再通过ID号来设置本槽位BMC的IPMB地址，以支撑BMC的组网功能。

所述风扇IO:该接口用于实现所属刀片风扇的转速获取和转速设置，风扇转速采集与控制采用MCU自带的PWM模块，捕获模块加外围电路。

通讯口：该接口包含常用SPI、UART、I2C等，用于和所属刀片通讯，一般用来获取相关信息，例如和CPU刀片的CPU通讯以获取 CPU负载率等信息。

接插件向上提供了通讯用的网口和串口，向下提供了BMC板卡所管理的具体刀片所需要的接口，比如接插件中的非IPMB用途的I2C 接口可以连接刀片上的温度采集芯片、电压采集芯片实现对刀片信息的采集，通过GPIO可以连接刀片上的使能引脚实现远程开关机等。

需要说明的是，对服务器而言，可以设置两块或多块具备网口和串口的BMC板卡，基于BMC板卡主从自适应的特性，使得整个系统构成一个多主的管理平台，当一块BMC网口或者串口通讯出现故障，可以切换另一块BMC板卡作主BMC，提升了系统整体的容错性和鲁棒性。如图2所示实施例二，所述管理平台包括七个MBC卡板子卡，包括一个底板、一个交换刀片、两个电源刀片、两个计算刀片和一个存储刀片，通过IPMB总线通讯。

底板BMC子卡为主BMC，包含网口、串口、IPMB接口、风扇 IO、槽位ID IO和存储模块，裁剪掉了通讯、测温、测压等接口，通讯接口即通讯口，测温接口即刀片测温三极管IO口，测压接口即GD32 芯片内嵌的ADC模块接口，GPIO口作为模块开关机控制、LED点灯等控制，也可以裁剪掉，由于该底板在该系统中承载是的管理功能，因此该底板BMC必须具备串口和网口，连接管理设备及软件；另外该底板需要对整体温度进行管理，因此保留了风扇IO接口；同时该底板无其他功能电路，因此无需测温测压，其它刀片的温度可以通过IPMB 总线获取；管理过程中需要保留一些日志记录，保留Flash存储模块；槽位ID IO接口用于识别BMC地址，保留槽位ID IO接口，刀片多路电源接口为基本接口，各BMC子卡均保留(图2中未标出)。

交换刀片BMC子卡作为从BMC，通过IPMB接受主BMC的查询管理，该板卡裁剪串口、网口、风扇IO部分。

电源刀片BMC子卡作为从BMC，主要用来采集电源刀片的传感器信息，实现对电源的远程开关机。电源刀片主要为功率电路，无需和BMC子卡通讯，无需控制风扇，无需记录运行日志，所属BMC子卡裁剪网口、串口、通讯接口、风扇IO、Flash部分。

计算刀片BMC子卡作为从BMC，无需和管理设备通讯，无需控制风扇，裁剪网口、串口和风扇IO部分。

存储刀片BMC子卡作为从BMC，无需和管理设备通讯，无需控制风扇，裁剪网口、串口和风扇IO部分。

所述管理平台采用开源嵌入式FreeRTOS实时操作系统、开源轻量级Lwip网络协议栈、开源轻量级FatFs文件系统和自主编写代码，针对硬件的可配置属性，对软件进行了分层和模块化设计，使得通过代码的编译开关和存储在文件系统上的配置文件实现了软件的可配置，硬件和软件的均可配置这一特点支撑了BMC功能的可配置，进而支撑了本实用新型一种自主可控BMC板卡的系列化，更进一步，支撑了本实用新型在功耗、成本、实时性、可维护性以及自主可控等方面的优点。

所述管理平台支持根据业务场景对硬件进行选配，在PCB相同的情况下通过选择焊接某些芯片和元器件来实现硬件的配置，实现产品的系列化，以降低硬件物料成本和开发成本；也支持根据业务场景对软件进行选配，软件通过代码的编译开关和文件系统的配置文件实现功能配置。

基于本实用新型的思想结合给出的BMC板卡实施例，可以灵活的设计出多种BMC板卡形态；基于本实用新型的BMC板卡及管理平台实施例，也可以搭建出多种类型的管理平台等系统；所述BMC板卡不仅能和多个本系列板卡组成设备管理网络，也能和其他支持IPMB协议的BMC模块或板卡组成网络。

综上可知，通过上述的一种基于国产MCU的BMC装置及系统，具有以下优点：

(1)本实用新型在硬件上可配置，再结合软件的分层和模块化设计，使得通过代码的编译开关和存储在文件系统上的配置文件实现了软件的可配置，实现硬件和软件的均可配置，从而使得BMC装置的可配置，根据刀片需求的不同选用不同配置的模块，进而实现由BMC装置构成的系统的可配置，实现自主可控；

(2)本实用新型所述系统由相同的BMC装置构成，根据功能主从自适应，根据底板的槽位ID设置自身地址，并根据IPMB总线上的数据流、网口和串口上的数据流自动判断自身是主机还是从机，并对应的响应相关的指令，用户无需区分模块的主从属性，可以无差别地使用；

(3)本实用新型中当一块BMC装置的网口或者串口通讯出现故障时，可以切换另一块BMC板卡作主BMC，提升了系统整体的容错性和鲁棒性；

(4)本实用新型的BMC装置使用GD32系列芯片，内置RAM 和Flash，所需外围器件少，芯片成本相对较低且功耗较低，且采用的实时性操作系统实时性较佳；

(5)本实用新型能根据实际需求实现对设备多路温度、多路电压电流、多路风扇转速的测量，能实现对多路风扇转速的独立控制，可实现的功能丰富、使用灵活。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于国产MCU的BMC装置，其特征在于，包括MCU、以及与所述MCU分别连接的存储模块、网口、串口和接插件，所述接插件包括用于适配刀片电源电压的刀片多路电源接口、用于连接IPMB总线的IPMB接口、用于连接所属刀片板载三极管的刀片测温三极管IO、用于和所属刀片板载芯片通讯的I2C接口、用于连接刀片使能引脚实现远程开关机的GPIO、用于获取所属槽位ID和IPMB地址的槽位ID IO、用于实现所属刀片风扇的转速获取和转速设置的风扇IO和用于和所属刀片通讯的通讯口。

2.根据权利要求1所述的基于国产MCU的BMC装置，其特征在于，所述网口与MCU通过PHY模块连接，所述串口与MCU通过串口电平转换模块连接，所述存储模块为Flash存储模块，所述刀片多路电源与MCU通过电阻分压网络连接，所述刀片测温三极管IO与MCU通过温度采集模块连接。

3.根据权利要求2所述的基于国产MCU的BMC装置，其特征在于，所述MCU为兆易创新公司的GD32系列。

4.根据权利要求2所述的基于国产MCU的BMC装置，其特征在于，所述PHY模块为天水天微公司的CX9222芯片。

5.根据权利要求2所述的基于国产MCU的BMC装置，其特征在于，所述串口电平转换模块为深圳国微电子公司的SM232芯片。

6.根据权利要求2所述的基于国产MCU的BMC装置，其特征在于，所述Flash存储模块为兆易创新公司的GD25Q80芯片。

7.根据权利要求2所述的基于国产MCU的BMC装置，其特征在于，所述温度采集模块为成都华微电子公司的HWD1688芯片。

8.一种基于国产MCU的BMC系统，其特征在于，包括至少一个权利要求1-7任一项所述的基于国产MCU的BMC装置。

9.根据权利要求8所述的基于国产MCU的BMC系统，其特征在于，所述系统包括适配FreeRTOS实时操作系统、Lwip网络协议栈、FatFs文件系统的通过IPMB总线通讯的底板、交换刀片、电源刀片、计算刀片和存储刀片，所述底板、交换刀片、电源刀片、计算刀片和存储刀片均为权利要求1-7任一项所述的基于国产MCU的BMC装置，所述底板通过所述串口和网口连接管理设备及软件。

10.根据权利要求9所述的基于国产MCU的BMC系统，其特征在于，所述底板不包括通讯口、测温接口和测压接口；所述交换刀片不包括串口、网口和风扇IO；所述电源刀片不包括网口、串口、通讯口、风扇IO和存储模块；所述计算刀片不包括网口、串口和风扇IO；所述存储刀片不包括网口、串口和风扇IO；所述测温接口为刀片测温三极管IO，所述测压接口为I2C接口；所述测温接口即刀片测温三极管IO口，所述测压接口即MCU内嵌的ADC模块接口。

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