TWI683962B

TWI683962B - 基於cpld的風扇控制系統及其伺服器

Info

Publication number: TWI683962B
Application number: TW107145676A
Authority: TW
Inventors: 劉坤; 餘婷; 詹鵬
Original assignee: 英業達股份有限公司
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-02-01
Also published as: TW202024485A

Abstract

本發明提供了一種基於CPLD的風扇控制系統，包括一溫度感測器以及一CPLD，所述CPLD用於根據溫度感測器獲取的溫度，控制風扇的轉速，以調節預定散熱位置的溫度。不論是否設有BMC，都可以通過CPLD對風扇的轉速進行控制，相比現有技術，免除專用晶片和額外IO擴展器的設置，有效地降低了方案物料成本，減小了PCB面積以及PCB設計的複雜性。在設有BMC的系統中，通過CPLD對風扇的轉速進行控制還可減輕BMC的負擔。此外，CPLD可靈活地擴展多個風扇控制介面，相比現有技術更加方便。

Description

基於CPLD的風扇控制系統及其伺服器

本發明涉及伺服器硬體技術領域，特別涉及一種基於CPLD的風扇控制系統及伺服器。

伺服器的設計中，一般需要採用風扇來進行散熱，以避免伺服器內部的元器件因為溫度過高而失效甚至損壞。為降低功耗和噪音和延長風扇的壽命，需根據伺服器內部之預定散熱位置的實際溫度狀況調整風扇的轉速。一般的，風扇的轉速控制可通過對風扇輸入一PWM(Pulse Width Modulation，脈衝寬度調製)信號的方式來實現，通過改變PWM信號的占空比，即可對風扇的轉速進行調節。

現有對風扇的控制，主要有兩種方案。請參考圖1，圖1所示是現有第一種方案的風扇控制系統的原理框圖，在該方案中，風扇是由BMC(Baseboard Manager Controller，基板管理控制器)11的風扇控制模組直接控制，預定散熱位置的實際溫度資訊由BMC採集，根據所述實際溫度，查詢存儲在BMC內的溫度轉速表，獲得一PWM輸出信號。而與BMC連接的CPLD(Complex Programmable Logic Device，複雜可程式設計邏輯器件)12判斷BMC是否正常運行，當CPLD 12判斷BMC 11為正常運行時，即將所述PWM輸出信號作為風扇控制信號並通過風扇連接端13輸出至風扇，以達到控制風扇13轉速的目的。而當CPLD 12判斷BMC 11未正常運行時，則可由CPLD 12內部產生一固定的PWM信號作為風扇控制信號並通過風扇連接端13輸出至風扇。此方案的缺點是佔用BMC 11的GPIO(General Purpose Input/Output，通用輸入/輸出介面)非常多，以5風扇雙轉子風扇的系統(即包括5個雙轉子風扇的系統)為例，約需要20個GPIO，非常浪費BMC的GPIO資源。另外此方案只適合用於風扇直接設置於主機板上的情況，因為控制信號太多，接到FANBP(Fan Board，風扇背板)上時，風扇連接器會非常的大，而且風扇的轉速等信號會影響其他信號的品質。

請參考圖2，圖2所示是現有第二種方案的風扇控制系統的原理框圖，該方案採用BMC 21與一專用風扇控制器(如ADT7462晶片等)22共同配合使用，專用的風扇控制器通過風扇連接端26與風扇連接，以採集所述風扇的轉速和狀態(即風扇在位資訊)，當BMC正常運行時，BMC能正常的通過I2C(串列匯流排)訪問到所述專用風扇控制器22，BMC根據採集到的預定散熱位置的實際溫度資訊，控制所述專用風扇控制器22產生適當占空比的PWM信號作為風扇控制信號，用以維持風扇正常工作。而當BMC異常或掛死時，FCB(Fan Control Board，風扇控制背板)上的HW(Hardware)檢測模組23檢測不到BMC發出的正常工作信號，於是HW-PWM生成模組24產生一替代PWM信號作為風扇控制信號，用以對風扇實現控速，其中，可以採用HW檢測模組23控制一PWM選擇器25，來根據BMC是否正常來選擇由專用風扇控制器22輸出BMC產生的PWM信號或由HW-PWM生成模組24產生的替代PWM信號。此方法雖然佔用BMC 21的GPIO資源較少，但是ADT7462晶片等專用風扇控制晶片的價格較貴，且只有4個通道，當需要控制更多風扇時，需多片晶片，價格更貴。

除此之外，一方面，若一些風扇控制系統中不設有BMC，則只能通過硬體搭建的電路產生固定的風扇控制信號以控制風扇以固定速度轉動，導致轉速控制不靈活，功耗大。另一方面，採用上述兩種方案的風扇控制系統中，均需要IO擴展器擴展多個GPIO來讀取風扇的在位資訊(即風扇狀態)和風扇的電源正常資訊，還需要線纜傳輸BMC正常工作資訊，這均造成了浪費。再一方面，通過BMC直接控制風扇或通過BMC結合專用風扇控制器控制風扇，均加重了BMC的負擔，需要較高版本的BMC才能實現，這也在一定程度上加大了成本。

本發明的目的在於提供一種基於CPLD的風扇控制系統及伺服器，以解決現有風扇控制系統存在的轉速控制不靈活、功耗大、佔用BMC的GPIO資源多、專用晶片價格貴且通道少、需採用高版本BMC等問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基於CPLD的風扇控制系統，其包括：一溫度感測器，用於採集至少一個預定散熱位置的溫度；以及，一CPLD，電性連接所述溫度感測器和至少一個風扇，所述CPLD用於根據所述溫度感測器所採集的所述溫度，控制所述風扇的轉速，以調節所述預定散熱位置的溫度。

可選的，所述CPLD包括：電性連接的一暫存器與一風扇控制器，所述暫存器用於從所述風扇處獲取包括風扇的在位資訊在內的一部分運行參數，從所述CPLD處獲取包括風扇的轉速在內的另一部分運行參數以及所述溫度，並暫存所獲取的所有所述運行參數以及所述溫度，所述風扇控制器與所述溫度感測器和所述風扇連接，用於根據所述溫度和所述運行參數，控制所述風扇的轉速。

可選的，所述風扇控制器包括：一溫度讀取模組，電性連接所述溫度感測器，用於讀取所述溫度感測器所採集的所述溫度；一轉速計算模組，電性連接所述溫度讀取模組，用於根據所述溫度，計算得到一第一轉速；一PWM生成模組，分別電性連接所述轉速計算模組和所述暫存器，用於根據所述第一轉速以及所述暫存器中暫存的所述運行參數產生所述風扇控制信號以輸出至所述風扇。

可選的，當所述溫度感測器用於採集多個預定散熱位置的溫度時，所述風扇控制器還包括一最大溫度判定模組，所述最大溫度判定模組電性連接在所述溫度讀取模組和所述轉速計算模組之間，用於從所述溫度讀取模組讀取的所有的所述預定散熱位置的溫度中判定出最大溫度；所述轉速計算模組用於根據所述最大溫度計算得到第一轉速。

可選的，所述風扇控制器還包括：一風扇轉速感測模組，電性連接所述風扇，用於感測所述風扇的轉速，並將感測到的所述轉速存儲到所述暫存器中；以及，一風扇狀態感測模組，分別電性連接所述風扇轉速感測模組和所述暫存器，用於根據所述風扇轉速感測模組感測到的所述風扇的轉速與所述第一轉速，判斷所述風扇的狀態是否正常，將所述風扇的狀態資訊存儲到所述暫存器中。

可選的，所述風扇狀態感測模組用於比較所述風扇轉速感測模組感測到的所述轉速與所述第一轉速的比值是否在一預設閾值的範圍內，以判斷所述風扇的狀態是否正常。

可選的，所述運行參數還包括所述風扇的電源正常資訊，所述暫存器還用於獲取所述風扇的電源正常資訊。

可選的，所述基於CPLD的風扇控制系統還包括BMC，所述BMC用於通過所述CPLD控制所述風扇的轉速，所述CPLD選擇性地用於在所述BMC的控制下或根據自身控制所述風扇的轉速。

可選的，當所述CPLD用於在所述BMC的控制下控制所述風扇的轉速時，所述BMC用於根據所述溫度生成一第二轉速；所述CPLD用於根據所述第二轉速生成所述風扇控制信號，輸出至所述風扇，以控制所述風扇的轉速。

可選的，所述BMC或所述CPLD中存儲有一預設的溫度轉速表，所述BMC用於根據溫度在所述預設的溫度轉速表內查表獲得所述第二轉速。

可選的，所述BMC和所述溫度感測器均通過I2C匯流排電性連接所述CPLD。

為解決上述技術問題，本發明還提供一種伺服器，其包括至少一個風扇以及如上所述的基於CPLD的風扇控制系統，各個所述風扇連接所述基於CPLD的風扇控制系統的CPLD。

綜上所述，在本發明提供的基於CPLD的風扇控制系統及伺服器中，所述基於CPLD的風扇控制系統包括CPLD以及溫度感測器，所述CPLD用於根據溫度感測器獲取的溫度，控制風扇的轉速，以調節預定散熱位置的溫度。不論是否設有BMC，都可以通過CPLD對風扇的轉速進行控制，相比現有技術，免除專用晶片和額外IO擴展器的設置，有效地降低了方案物料成本，減小了PCB面積以及PCB設計的複雜性。在設有BMC的系統中，通過CPLD對風扇的轉速進行控制還可減輕BMC的負擔。此外，CPLD可靈活地擴展多個風扇控制介面，相比現有技術更加方便。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

11、21‧‧‧BMC

12、300‧‧‧CPLD

13、26‧‧‧風扇連接端

22‧‧‧風扇控制器

23‧‧‧HW檢測模組

24‧‧‧HW-PWM生成模組

25‧‧‧PWM選擇器

310‧‧‧暫存器

320‧‧‧風扇控制器

321‧‧‧溫度讀取模組

322‧‧‧最大溫度判定模組

323‧‧‧轉速計算模組

324‧‧‧PWM生成模組

325‧‧‧風扇轉速感測模組

326‧‧‧風扇狀態感測模組

400‧‧‧溫度感測器

500‧‧‧BMC

600‧‧‧風扇連接端

本領域的普通技術人員將會理解，提供的附圖用於更好地理解本發明，而不對本發明的範圍構成任何限定。其中：圖1是現有風扇控制系統方案一的原理框圖；圖2是現有風扇控制系統方案二的原理框圖；圖3是本發明一實施例提供的基於CPLD的風扇控制系統的原理框圖，其具有BMC；圖4是本發明一實施例提供的基於CPLD的風扇控制系統的原理框圖，其中無BMC。

為使本發明的目的、優點和特徵更加清楚，以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且未按比例繪製，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。此外，附圖所展示的結構往往是實際結構的一部分。特別的，各附圖需要展示的側重點不同，有時會採用不同的比例。

如在本說明書和所附請求項中所使用的，單數形式“一”、“一個”以及“該”包括複數物件，除非內容另外明確指出外。如在本說明書和所附請求項中所使用的，術語“或”通常是以包括“和/或”的含義而進行使用的，除非內容另外明確指出外。

請參考圖3和圖4，其分別是本發明一實施例提供的基於CPLD的風扇控制系統的原理框圖，其中圖3的系統包括一BMC，而圖4的系統不具有BMC。所述基於CPLD的風扇控制系統包括一溫度感測器400以及一CPLD300。所述溫度感測器400用於採集至少一個預定散熱位置的溫度(如伺服器主機板或伺服器主機殼等)，所述CPLD 300電性連接所述溫度感測器400和至少一個風扇(風扇於圖中未圖示，風扇通過風扇連接端600與CPLD 300連接)，所述CPLD 300用於根據所述溫度感測器400所採集的所述溫度，控制所述風扇的轉速，以調節所述預定散熱位置的溫度。較佳的，所述溫度感測器400均通過I2C匯流排電性連接所述CPLD 300。

在本發明實施例提供的基於CPLD的風扇控制系統中，不論是否設有BMC，都可以通過CPLD對風扇的轉速進行控制，相比現有技術，免除專用晶片和額外IO擴展器的設置，有效地降低了方案物料成本，減小了PCB面積以及PCB設計的複雜性。在設有BMC的系統中，通過CPLD對風扇的轉速進行控制還可減輕BMC的負擔。此外，CPLD可靈活地擴展多個風扇控制介面，相比現有技術更加方便。

下面結合附圖，對本發明實施例提供的基於CPLD的風扇控制系統作進一步的解釋說明。

請參考圖4，所述CPLD 300包括電性連接的一暫存器310與一風扇控制器320，所述暫存器310用於從所述風扇處獲取包括風扇的在位資訊(即指風扇是否處於正常狀態，若風扇燒壞或風扇的供電掉落等，均視為風扇不在位)在內的一部分運行參數，從所述CPLD 300處獲取包括風扇的轉速在內的另一部分運行參數以及所述溫度，並暫存所獲取的所有所述運行參數以及所述溫度，所述風扇控制器320與所述溫度感測器400和所述風扇連接，用於根據所述溫度和所述運行參數，控制所述風扇的轉速。

進一步的，所述風扇控制器320包括一溫度讀取模組321，一轉速計算模組323以及一PWM生成模組324，所述溫度讀取模組321電性連接所述溫度感測器400，用於讀取所述溫度感測器400所採集的所述溫度；所述轉速計算模組323電性連接所述溫度讀取模組321，用於根據所述溫度，計算得到一第一轉速(即風扇的預定轉速)；所述PWM生成模組324分別電性連接所述轉速計算模組323和所述暫存器310，用於根據所述第一轉速以及所述暫存器310中暫存的所述運行參數產生所述風扇控制信號以輸出至所述風扇(通過風扇連接端600輸出至風扇)，這裡，風扇控制信號可以是一用於風扇控速的PWM信號。

在本發明實施例提供的基於CPLD的風扇控制系統中，CPLD 300可作為主控端，通過溫度讀取模組321，可經由I2C訪問溫度感測器400並獲取溫度感測器400所採集的溫度，而後溫度讀取模組321將該溫度送入轉速計算模組323，該轉速計算模組323可根據所述溫度，計算得到一第一轉速並送入PWM生成模組324，該PWM生成模組324根據第一轉速以及暫存器310中暫存的其它運行參數，輸出一風扇控制信號以對風扇的轉速進行控制。特別的，PWM生成模組324所生成的風扇控制信號，可對風扇實現平滑控速和線性控速，即可根據所述溫度感測器400所採集的溫度變化，即時改變風扇的轉速，以實現預定散熱位置的溫度合適和保持穩定，同時能夠最小化風扇的轉速，以降低能耗並延長風扇的壽命。可選的，CPLD中存儲有一預設的溫度轉速表，轉速計算模組323可根據溫度感測器400所採集的溫度在所述預設的溫度轉速表內查表獲得所述第一轉速，如此，PWM生成模組324可根據該第一轉速對風扇實現分檔控速。例如，當溫度感測器400所採集的溫度(亦即預定散熱位置的溫度)

25℃時，風扇控制信號(PWM信號)可選25%；25℃<溫度

30℃時，PWM信號可選30%；30℃<溫度

40℃時，PWM信號可選50%；溫度>40℃時， PWM信號可選80%等，將PWM信號根據溫度的高低分檔，每檔設置了默認轉速，如此可實現風扇的分檔控速。

較佳的，當所述溫度感測器400用於採集多個預定散熱位置的溫度時，所述風扇控制器320還包括一最大溫度判定模組322，所述最大溫度判定模組322電性連接在所述溫度讀取模組321和所述轉速計算模組323之間，用於從所述溫度讀取模組321讀取的所有的所述預定散熱位置的溫度中判定出最大溫度；所述轉速計算模組323用於根據所述最大溫度計算得到第一轉速。一般的，伺服器中會採用多個風扇對其進行散熱，於是溫度感測器400可具有多個溫度感測頭，用於採集多個預定散熱位置的溫度。而最大溫度判定模組322可將該多個預定散熱位置的溫度進行判斷，並判定出最大溫度，而風扇控制器320則根據該最大溫度對多個風扇進行控速，避免最大溫度處的預定散熱位置過熱而損壞設備。

更佳的，所述風扇控制器還包括一風扇轉速感測模組325以及一風扇狀態感測模組326，所述風扇轉速感測模組325電性連接所述風扇(亦可通過風扇連接端600連接風扇)，用於感測所述風扇的轉速，並將感測到的所述轉速存儲到所述暫存器310中；所述風扇狀態感測模組326分別電性連接所述風扇轉速感測模組325和所述暫存器310，用於根據所述風扇轉速感測模組325感測到的所述風扇的轉速與所述第一轉速，判斷所述風扇的狀態是否正常，將所述風扇的狀態資訊存儲到所述暫存器310中。這裡，風扇轉速感測模組325獲得的所述風扇的轉速是該風扇的實際轉速，而第一轉速是風扇的預設轉速，將兩者進行比較，若兩者的比值在一預設閾值的範圍內(如0.8~1.2的範圍內，即風扇的實際轉速與計算得到的第一轉速的誤差在±20%的範圍內)，則風扇狀態感測模組326判斷風扇處於正常狀態。否則為非正常狀態，CPLD 300可通過對外示警等方式對外輸出該非正常狀態。當然，在一些具有BMC的系統中，CPLD 300還可以將風扇狀態感測模組326的判斷結果(即風扇的正常與否狀態)提供給BMC讀取，以便進行進一步的操作。

可選的，所述運行參數還包括所述風扇的電源正常資訊，所述暫存器310還用於獲取所述風扇的電源正常資訊，風扇的電源正常資訊即表示對風扇供電的電源是否已準備好並連接至風扇。若風扇的電源正常資訊表明為不正常，則風扇無法正常運轉。該參數的獲取和提供，可提高本實施例提供的基於CPLD的風扇控制系統的強健性(robustness)。

請參考圖3，其是本發明一實施例提供的基於CPLD的風扇控制系統，其包括一BMC 500，所述BMC 500用於通過所述CPLD 300控制所述風扇的轉速，所述CPLD 300選擇性地用於在所述BMC 500的控制下或根據自身控制所述風扇的轉速。在具有BMC的系統中，BMC 500較佳通過I2C匯流排與CPLD 300連接，更佳為與暫存器310連接，可通過I2C匯流排獲取暫存器310中所存儲的溫度感測器400所採集之溫度、風扇的轉速、風扇控制信號(即PWM生成模組324所輸出的PWM信號)、風扇在位信號以及風扇電源正常信號中的一種或多種。所述基於CPLD的風扇控制系統可以根據需要，由CPLD 300選擇是否由BMC控制風扇的轉速或由CPLD 300自身對風扇進行控制。當BMC掛死時，CPLD 300的風扇控制器320可以接管風扇控制，比現有CPLD或是硬體輸出固定的PWM控制風扇做法更靈活，能夠支援平滑控速和線性控速，或者分檔控速等。而在具有BMC的系統中，也可以由CPLD自身對風扇進行控制，即僅通過CPLD 300實現對風扇的控速，BMC通過I2C(Inter-Integrated Circuit)僅獲取風扇的轉速或預定散熱位置的溫度，或者其它運行參數等，如此可以減輕BMC的負擔。而且相對現有技術，佔用BMC的pin腳(引腳)資源極少，只需要一組I2C信號接到CPLD即可，有效地降低了系統的物料成本。

進一步，當所述CPLD 300用於在所述BMC 500的控制下控制所述風扇的轉速時，所述BMC 500用於根據所述溫度生成一第二轉速；所述CPLD 300用於根據所述第二轉速生成所述風扇控制信號，輸出至所述風扇，以控制所述風扇的轉速。如上所述，BMC 500可通過訪問暫存器310獲得風扇運行中的各種參數，如此其亦可根據所述溫度生成一第二轉速，並將該第二轉速送入CPLD 300，CPLD 300則可選用該第二轉速替代自身生成的第一轉速，進而輸出所述風扇控制信號(PWM信號)以對風扇實現控速。較佳的，該第二轉速可送入CPLD 300的PWM生成模組324，該PWM生成模組324可通過選擇第一轉速或第二轉速，實現在CPLD 300自身對風扇控速或者BMC 500通過CPLD 300對風扇實現控速兩種方式之間的切換。當BMC 500掛死或發生其它故障時，可即時切換至CPLD 300自身對風扇控速，可靠性高。

較佳的，所述BMC 500或CPLD 300中可存儲有一預設的溫度轉速表，所述BMC 500用於根據溫度在所述預設的溫度轉速表內查表獲得所述第二轉速，如同上述CPLD 300中查表獲得第一轉速的過程，這裡BMC 500也可查表獲得第二轉速，以實現對風扇的分檔控速。具體原理請參考上述查表獲得第一轉速的過程，此處不再贅述。需理解，這裡BMC 500或CPLD 300中存儲的預設的溫度轉速表，可與上述CPLD 300用於查表獲得第一轉速的溫度轉速表相同，也可以不同。本發明對此不限。

本發明實施例還提供一種伺服器，其包括至少一個風扇以及如上所述的基於CPLD的風扇控制系統，各個所述風扇連接所述基於CPLD的風扇控制系統的CPLD 300，具體可通過風扇連接端600連接至CPLD 300。由於所述伺服器包括上述的基於CPLD的風扇控制系統，其具有所述基於CPLD的風扇控制系統所具有的有益效果，在此不再贅述。

上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明範圍的任何限定，本發明領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬於請求項的保護範圍。

300‧‧‧CPLD