CN220154910U - 一种fpga芯片的io接口控制装置及服务器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种FPGA芯片的IO接口控制装置及服务器，包括：主控板FPGA芯片、至少一个I2C开关控制模块和算力板，所述算力板包括：至少一个温度传感器、至少一个ASIC芯片和算力板FPGA芯片，其中，所述算力板FPGA芯片每个所述ASIC芯片连接，每个所述ASIC芯片临近一个所述温度传感器设置，以由所述温度传感器感应所述ASIC芯片的温度值，具有相同设备地址的温度传感器与一个所述I2C开关控制模块的一端连接，每个所述I2C开关控制模块的另一端与所述主控板FPGA连接，以将ASIC芯片的温度值通过所述I2C开关控制模块发送给所述主控板FPGA。

Description

一种FPGA芯片的IO接口控制装置及服务器

技术领域

本实用新型涉及芯片技术领域，特别涉及一种FPGA芯片的IO接口控制装置及服务器。

背景技术

FPGA(Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。FPGA作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

在FPGA芯片的工作过程中，芯片温度会逐步升高，因此实时采集监测FPGA芯片的温度是至关重要的，以保证不会因为温度过高导致芯片损坏。

但是现有技术存在如下问题：目前多芯片需要温度传感器进行采集时，因为现有温度传感器芯片存在以下问题：固定地址或者地址位数不够，如果采用非固定的地址温度传感器芯片只有3位地址线，这样最多只能采样8个点位。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种FPGA芯片的IO接口控制装置及服务器，以解决背景技术中所提到的问题，克服现有技术中存在的不足。

为了实现上述目的，本实用新型的一个实施例提供一种FPGA芯片的IO接口控制装置，包括：主控板FPGA芯片、至少一个I2C开关控制模块和算力板，所述算力板包括：至少一个温度传感器、至少一个ASIC芯片和算力板FPGA芯片，其中，所述算力板FPGA芯片每个所述ASIC芯片连接，每个所述ASIC芯片临近一个所述温度传感器设置，以由所述温度传感器感应所述ASIC芯片的温度值，具有相同设备地址的温度传感器与一个所述I2C开关控制模块的一端连接，每个所述I2C开关控制模块的另一端与所述主控板FPGA连接，以将ASIC芯片的温度值通过所述I2C开关控制模块发送给所述主控板FPGA。

由上述任一方案优选的是，所述I2C开关控制模块为多个，所述算力板为多个，其中，每个所述I2C开关控制模块的一端与一个所述算力板连接；每个所述I2C开关控制模块的另一端与所述主控板FPGA芯片连接。

由上述任一方案优选的是，一个算力板扩展成多个算力板然后进行温度采集，一个算力板采用8颗ASIC芯片的设计，每一个颗ASIC芯片对应一个温度传感器芯片，每8个温度传感器对应一个I2C开关

由上述任一方案优选的是，所述I2C开关控制模块包括：I2C开关控制单元，所述I2C开关控制单元与选通单元连接，所述选通单元进一步与温度传感器连接。。

由上述任一方案优选的是，所述I2C开关控制单元包括：I2C开关控制芯片、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻，其中，所述I2C开关控制芯片的电源端与外部电源的供电端连接，所述I2C开关控制芯片的接地端与外部公共地连接，在所述I2C开关控制芯片的电源端和接地端之间设有所述第一电容和第二电容，所述I2C开关控制芯片的复位管脚与所述第一电阻连接，所述I2C开关控制芯片的数据线管脚与所述第二电阻连接，所述I2C开关控制芯片的控制线管脚与第三电阻连接。

由上述任一方案优选的是，两个或多个I2C开关控制模块连接一个所述算力板，每个所述I2C开关控制模块连接所述算力板中的部分温度传感器。

由上述任一方案优选的是，所述I2C开关控制模块的数量为2个，所述算力板包括8个温度传感器，每个所述I2C开关控制模块分别与4个所述温度传感器连接。

由上述任一方案优选的是，所述温度传感器与所述ASIC芯片的数量相同，一一对应邻近设置。

由上述任一方案优选的是，所述温度传感器采用非接触式温度传感器芯片。

本实用新型的另一个实施例提供一种具有FPGA芯片的IO接口控制装置的服务器，包括：PCB板、风扇和电源模块，所述PCB板集成有上述的FPGA芯片的IO接口控制装置，集成有FPGA芯片的IO接口控制装置的PCB板和所述风扇分别与所述电源模块连接。

与现有技术相比，本实用新型所具有的优点和有益效果为：利用I2C开关控制模块可以扩展成N个采样点位。这样又可以节省FPGA的资源，留给其他的功能模块使用，又能节省成本。如果采用多芯片的设计方案时，每个芯片一个温感，占用算力板FPGA芯片的温感2个GPIO资源，如果有N个芯片那么就占用算力板FPGA芯片的2N个GPIO资源，这样就对FPGA资源的浪费，如果选用多GPIO的FPGA芯片，芯片的成本会上升。如果选用I2C开关芯片，可以不占用算力板FPGA芯片的资源，可以把其他的资源留给其他的功能模块使用。需用开关方案可以把ASIC芯片进行最大数量的扩充，可以满足系统的设计要求，又节省了产品的设计成本。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有技术的温度传感器连接至算力板FPGA的结构图；

图2为根据本实用新型实施例的FPGA芯片的IO接口控制装置的结构图；

图3为根据本实用新型实施例的FPGA芯片的IO接口控制装置(单个算力板)的结构图；

图4为根据本实用新型实施例的FPGA芯片的IO接口控制装置(多个算力板)的结构图；

图5为根据本实用新型实施例的I2C开关控制芯片的电路图；

图6为根据本实用新型实施例的I2C开关控制模块的结构图；

图7为根据本实用新型实施例的I2C开关控制模块分组控制的结构图。

其中：100、主控板；110、主控板FPGA芯片；120、I2C开关控制模块；

200、算力板；210、温度传感器；220、ASIC芯片；230、算力板FPGA芯片。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，相关的FPGA芯片进行温度采集的原理如下：T1-T8代表8个相同设备地址的温度传感器，通过I2C接口连接到算力板FPGA的对应接口上，分别采集ASIC1-ASIC8芯片点位的温度。然后算力板的FPGA将采集到的温度值通过I2C总线送到主控板FPGA，如果温度超过了ASIC芯片的限制，整个系统就会关机，实现保护ASIC芯片。但是这种方式存在固定地址或者地址位数不够的问题，如果采用非固定的地址温度传感器芯片只有3位地址线，这样最多只能采样8个点位，采样点位有限，无法满足使用要求。

为解决上述问题，本实用新型提出一种FPGA芯片的IO接口控制装置，采用了I2C开关控制器芯片，固定地址温度传感器芯片，可以进行多点采样设计，从而实现节省FPGA资源。

如图2所示，本实用新型实施例的FPGA芯片的IO接口控制装置，包括：主控板FPGA芯片110芯片、至少一个I2C开关控制模块120和算力板200，算力板200包括：至少一个温度传感器210、至少一个ASIC芯片220和算力板FPGA芯片230芯片，其中，算力板FPGA芯片230芯片每个ASIC芯片220连接，每个ASIC芯片220临近一个温度传感器210设置，以由温度传感器210感应ASIC芯片220的温度值，具有相同设备地址的温度传感器210与一个I2C开关控制模块120的一端连接，每个I2C开关控制模块120的另一端与主控板FPGA芯片110连接，以将ASIC芯片220的温度值通过I2C开关控制模块120发送给主控板FPGA芯片110。图3为根据本实用新型实施例的FPGA芯片的IO接口控制装置(单个算力板)的结构图。

在本实用新型的实施例中，I2C开关控制模块120为多个，算力板200为多个，其中，每个I2C开关控制模块120的一端与一个算力板200连接；每个I2C开关控制模块120的另一端与主控板FPGA芯片110芯片连接。

在本实用新型的实施例中，I2C开关控制模块120包括：I2C开关控制单元121，I2C开关控制单元121与选通单元122连接，选通单元122进一步与温度传感器210连接。

如图6所示，根据需要，设定I2C的选通地址，配置温度传感器芯片的地址。例如，如果选用三位地址(A0-A2)的I2C开关芯片，最多可以配置8个从设备地址，并且每个开关芯片上可以挂8个相同地址的温度传感器芯片，那最多就可以挂64个温度传感器芯片，就可以采用64个温度点位，如果采用4位地址线或更多的地址线，就可以挂更多的温度传感器芯片。

如图7所示，两个或多个I2C开关控制模块120连接一个算力板200，每个I2C开关控制模块120连接算力板中的部分温度传感器210。

优选的，I2C开关控制模块120的数量为2个，算力板200包括8个温度传感器210，每个I2C开关控制模块120分别与4个温度传感器210连接。

在本实用新型的实施例中，温度传感器210与ASIC芯片220的数量相同，一一对应邻近设置。

优选的，温度传感器210可以采用非接触式温度传感器芯片。温度传感器210与ASIC芯片220对应邻近设置，感应测量相邻的ASIC芯片220的温度。图4为根据本实用新型实施例的FPGA芯片的IO接口控制装置(多个算力板)的结构图。如图4所示，主控板100可以由一个算力板200扩展成多个算力板200然后进行温度采集，一个算力板200采用8颗ASIC芯片220的设计，每一个颗ASIC芯片220对应一个温度传感器210芯片，每8个温度传感器210对应一个I2C开关控制单元。I2C_SW1～I2C_SWn对应多个开关控制单元。

如图5所示，I2C开关控制单元包括：I2C开关控制芯片、第一电容C5013、第二电容C5014、第一电阻R5031、第二电阻R5017和第三电阻R5018，其中，I2C开关控制芯片的电源端与外部电源的供电端连接，I2C开关控制芯片的接地端与外部公共地连接，在I2C开关控制芯片的电源端和接地端之间设有第一电容C5013和第二电容C5014，I2C开关控制芯片的复位管脚与第一电阻R5031连接，I2C开关控制芯片的数据线管脚与第二电阻R5017连接，I2C开关控制芯片的控制线管脚与第三电阻R5018连接。其中，第一电容C5013和第二电容C5014用于稳压以平抑电压波动和去除高频信号的干扰。第一电阻R5031、第二电阻R5017和第三电阻R5018，用于当复位信号有过充时，对电流进行调整。

本实用新型的FPGA芯片的IO接口控制装置，工作原理如下：采用固定地址的温感芯片，把8个温感芯片通过I2C接口分别连接到I2C开关上，因为I2C总线上的从设备地址不能重复，所以I2C开关就起到了开关通道的作用，每次只打开一路开关，通过轮询采样的方式，把ASIC1-ASIC8的温度通过I2C总线送到主控板100的FPGA上，如果温度超过芯片的设定的限制温度，系统就会自动关机来保护ASIC芯片220。如果选用三位地址的I2C开关芯片，最多可以配置8个从设备地址，并且每个开关芯片上可以挂8个相同地址的温感芯片，那最多就可以挂64个温感芯片，就可以采用64个温度点位，如果采用4位地址线或更多的地址线，就可以挂更多的从设备。

本实用新型还提出一种具有FPGA芯片的IO接口控制装置的服务器，包括：PCB板、风扇和电源模块，所述PCB板集成有上述的FPGA芯片的IO接口控制装置，集成有FPGA芯片的IO接口控制装置的PCB板和所述风扇分别与所述电源模块连接。

与现有技术相比，本实用新型相对于现有技术具有以下有益效果：利用I2C开关控制模块可以扩展成N个采样点位。这样又可以节省FPGA的资源，留给其他的功能模块使用，又能节省成本。如果采用多芯片的设计方案时，每个芯片一个温感，占用算力板FPGA芯片的温感2个GPIO资源，如果有N个芯片那么就占用算力板FPGA芯片的2N个GPIO资源，这样就对FPGA资源的浪费，如果选用多GPIO的FPGA芯片，芯片的成本会上升。如果选用I2C开关芯片，可以不占用算力板FPGA芯片的资源，可以把其他的资源留给其他的功能模块使用。需用开关方案可以把ASIC芯片进行最大数量的扩充，可以满足系统的设计要求，又节省了产品的设计成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本领域技术人员不难理解，本实用新型包括上述说明书的实用新型内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种FPGA芯片的IO接口控制装置，其特征在于，包括：主控板FPGA芯片、至少一个I2C开关控制模块和算力板，所述算力板包括：至少一个温度传感器、至少一个ASIC芯片和算力板FPGA芯片，其中，所述算力板FPGA芯片每个所述ASIC芯片连接，每个所述ASIC芯片临近一个所述温度传感器设置，以由所述温度传感器感应所述ASIC芯片的温度值，具有相同设备地址的温度传感器与一个所述I2C开关控制模块的一端连接，每个所述I2C开关控制模块的另一端与所述主控板FPGA连接，以将ASIC芯片的温度值通过所述I2C开关控制模块发送给所述主控板FPGA。

2.如权利要求1所述的FPGA芯片的IO接口控制装置，其特征在于，所述I2C开关控制模块为多个，所述算力板为多个，其中，每个所述I2C开关控制模块的一端与一个所述算力板连接；每个所述I2C开关控制模块的另一端与所述主控板FPGA芯片连接。

3.如权利要求1所述的FPGA芯片的IO接口控制装置，其特征在于，一个算力板扩展成多个算力板然后进行温度采集，一个算力板采用8颗ASIC芯片的设计，每一个颗ASIC芯片对应一个温度传感器芯片，每8个温度传感器对应一个I2C开关。

4.如权利要求1所述的FPGA芯片的IO接口控制装置，其特征在于，所述I2C开关控制模块包括：I2C开关控制单元，所述I2C开关控制单元与选通单元连接，所述选通单元进一步与温度传感器连接。

5.如权利要求4所述的FPGA芯片的IO接口控制装置，其特征在于，所述I2C开关控制单元包括：I2C开关控制芯片、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻，其中，所述I2C开关控制芯片的电源端与外部电源的供电端连接，所述I2C开关控制芯片的接地端与外部公共地连接，在所述I2C开关控制芯片的电源端和接地端之间设有所述第一电容和第二电容，所述I2C开关控制芯片的复位管脚与所述第一电阻连接，所述I2C开关控制芯片的数据线管脚与所述第二电阻连接，所述I2C开关控制芯片的控制线管脚与第三电阻连接。

6.如权利要求1所述的FPGA芯片的IO接口控制装置，其特征在于，两个或多个I2C开关控制模块连接一个所述算力板，每个所述I2C开关控制模块连接所述算力板中的部分温度传感器。

7.如权利要求6所述的FPGA芯片的IO接口控制装置，其特征在于，所述I2C开2关控制模块的数量为2个，所述算力板包括8个温度传感器，每个所述I2C开关控制模块分别与4个所述温度传感器连接。

8.如权利要求1所述的FPGA芯片的IO接口控制装置，其特征在于，所述温度传感器与所述ASIC芯片的数量相同，一一对应邻近设置。

9.如权利要求1或8所述的FPGA芯片的IO接口控制装置，其特征在于，所述温度传感器采用非接触式温度传感器芯片。

10.一种具有FPGA芯片的IO接口控制装置的服务器，其特征在于，包括：PCB板、风扇和电源模块，所述PCB板集成有如权利要求1-9任意一项所述的FPGA芯片的IO接口控制装置，集成有FPGA芯片的IO接口控制装置的PCB板和所述风扇分别与所述电源模块连接。