CN102073365A - 一种基于MicroTCA标准的媒体服务器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电信级的通用硬件平台，特别涉及一种基于MicroTCA标准的媒体服务器。它的电源为固定在机箱上的2路AC或DC电源，经电源模块转换后提供给背板上的Oring电路输出12V电源给负载电源系统和DC-DC电源模块，该电源模块输出3.3V电源给管理电源系统。它的负载电源系统包括4～16个负载电源模块，输出12V电源给MCH、AMC和散热风扇；它的管理电源系统包括2～14个管理电源模块，输出3.3V电源给MCH和AMC。本发明取消了MicroTCA标准电源模块，采用普通电源模块，由MCH进行管理系统上电，降低了系统供电的复杂性和生产成本，并在背板上增加热插拔电路，实现了热插拔功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电信级的通用硬件平台，特别涉及一种基于Mi croTCA标准，兼容标准的AMC板卡的媒体服务器。
背景技术
作为当今业界流行的模块化硬件平台标准--AdvanedTCA标准的补充，MicroTCA硬件技术标准主要针对的是网络通信、医疗影像处理、嵌入式控制和军工等应用领域，其高带宽、模块化、灵活性及高性价比等方面的优势，已得到更为广泛的应用，成为当今构建高性价比模块化标准硬件平台的优选标准。
一个典型的MicroTCA系统包括：12块AMC(Advanced Mezzanine Card)模块、1或2个MCH(MicroTCA Carrier Hub)、互连背板以及电源和散热等模块。AMC板卡按照其物理尺寸不同有四种形式：单宽全高、单宽半高、双宽全高、双宽半高，不过实际上因为器件高度空间散热等因素影响，以单宽全高最为常见，其它三种形式的板卡在市面上难觅踪迹，一般在开发产品的时候也不采用这三种方式。
虽然MicroTCA标准对机箱的机械结构并未作出具体的规定，但19英寸的机架已经是电信机房的结构标准，因此，一般的电信设备都是19英寸宽度。目前，市场上提供的19英寸MicroTCA机箱的产品大部分使用的是标准的MicroTCA电源模块，由于电源模块占用了槽位，所以，该类机箱只能支持10个全高尺寸的AMC板卡，虽然使用4个半高尺寸的AMC板卡在这些机箱上也能达到12个AMC板卡的容量，但由于AMC板卡本身非常紧凑，板上元器件密度非常高，如果要做成半高尺寸的话一方面元器件高度很难符合要求，另外半高尺寸的AMC板卡散热非常困难，所以半高尺寸的AMC板卡供应稀缺，对于一般使用MicroTCA标准的用户，只能使用10个AMC板卡，有两个半高尺寸的槽位得不到利用，且达不到标准规定的12个AMC板卡容量。
在标准的MicroTCA中，AMC板卡供电是由电源模块的控制实现的，需要电源模块与MCH、AMC板卡通讯后才能给功能模块供电，其中还涉及到一些比较繁琐的IPMI通讯协议，使电源模块结构及使用非常复杂，一般的生产企业或用户开发、使用困难；对电源板卡往往需要较长时间的调试才能使AMC板卡供电；并且不同生产单位所提供的产品其电源模块应用的协议各不相同，相互之间的兼容性差，给用户在使用中带来了困难和麻烦，不利于产品的推广和使用。
发明内容
本发明的目的是为降低MicroTCA系统硬件成本，提高系统容量，增强稳定性和可靠性，提供一种实用能兼容标准AMC板卡的高带宽配置灵活的媒体服务器。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种基于MicroTCA标准的媒体服务器，它包括机箱、背板、电源、散热风扇、AMC和MCH；其特征在于：所述的电源为固定在机箱上的2路AC或DC电源；所述的背板，其上包括Oring电路、DC-DC电源模块、负载电源系统和管理电源系统；2路电源的输入分别经电源模块转换后提供给背板上的Oring电路，Oring电路输出12V电源给负载电源系统和DC-DC电源模块，DC-DC电源模块输出3.3V电源给管理电源系统；所述的负载电源系统包括4～16个负载电源模块，分别输出12V电源给MCH、AMC和散热风扇；所述的管理电源系统包括2～14个管理电源模块，分别输出3.3V电源给MCH和AMC。
所述的负载电源模块的结构为：AMC或MCH模块的PS#信号端输出到I/O输入扩展模块的输入端；I/O输入扩展模块的控制端经I2C总线与MCH相连；I/O输出扩展模块的控制信号经I2C总线与MCH相连；I/O输出扩展模块的输出信号与负载电源控制电路的控制端相连；负载电源控制电路输出12V负载电源分别输入到MCH、AMC以及散热风扇模块。
所述的管理电源模块的结构为：AMC或MCH模块的PS#信号端的输出信号一路和I/O输入扩展模块的输入端连接，另一路经反向电路后和1/O输出扩展控制模块输出端的输出信号相“与”后连接管理电源控制电路的控制端；I/O输入扩展模块的控制端和I/O输出扩展模块的控制端经I2C总线连接到MCH模块；管理电源控制电路输出3.3V电源分别输入MCH和AMC模块。
本发明提供的一种基于MicroTCA标准的媒体服务器主要包括：标准6U高度19寸机箱、AC/DC电源、背板、1～2个MCH板卡以及1～12个AMC板卡；AMC板卡可以依据功能需求使用具有不同功能的标准AMC板卡。它取消了2个标准MicroTCA电源模块，由MCH来进行管理系统上电，其电源管理过程如下：MCH和AMC槽位的电源在没有板卡插入(即该槽位PS#信号为高时)的时候都是关闭的，当该槽位的板卡插入，PS#信号被拉低，该槽位的管理电源立即上电，管理层面的控制系统开始工作；后续上电过程依MCH和AMC槽位而有所不同。当AMC槽位插上以后，通知主MCH，MCH和该AMC槽位通信正常以后，打开该槽位的负载电源，AMC上电完成开始工作。当MCH槽位插上以后，首先侦测系统有没有主MCH存在，如果侦测到有主设备存在，先将自己设为从MCH，并向主MCH申请将本槽位负载电源上电；如果没有侦测到主MCH，则将自己设为主MCH，将本槽位的负载电源打开，系统开始工作。在本发明中，电源模块只负责供电而不参与电源管理，这样对电源模块的要求大大降低，可以使用价格较低的电源模块；并可以增加2个全高尺寸的AMC板卡槽位。本发明提供的背板，其电气特性完全符合PCIMG MicroTCA.0 Specification1.0RC2标准。本发明对AMC的baseside Port0、1做成双星拓扑结构，双MCH可以做到冗余备份的功能，提高了系统的可靠性。同时，本发明对于AMC其它的port，比如fat pipes以及extended option区域的差分信号，可以按照不同需求快速的进行二次定制开发，使得灵活性大大提高。
与现有技术相比本发明具有以下显著的优点：
1、本发明对系统平台中的互联核心部件---背板进行了改进设计，取消了MicroTCA标准电源模块，采用常用的AD-DC或DC-DC电源模块，同时，改变了电源管理方式，由电源模块参与管理的技术方案，改变为由MCH来进行管理系统上电，从而，可取消标准电源模块插槽，增加2个全高尺寸的AMC板卡槽位，降低了系统供电的复杂性和生产成本，且可支持12个全高尺寸的AMC板卡，提高了系统的容量。
2、本发明在背板上增加热插拔电路，并可通过GPIO进行导通、切断管理，以便于在系统某个单板发生故障需要下电重启时可通过软件进行控制，实现了热插拔功能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于MicroTCA标准的媒体服务器的结构示意框图；
图2是本发明实施例提供的一种基于MicroTCA标准的媒体服务器负载电源系统的结构示意框图；
图3是本发明实施例提供的一种基于MicroTCA标准的媒体服务器管理电源系统的结构示意框图；
图4是本发明实施例提供的一种管理电源模块的结构示意框图；
图5是本发明实施例提供的一种负载电源模块的结构示意框图；
图6是本发明实施例提供的一种管理电源控制电路原理图；
图7是本发明实施例提供的一种负载电源控制电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
参见附图1，它是本实施例提供的一种基于MicroTCA标准的媒体服务器的结构示意框图，它主要包括机箱、背板、电源、散热风扇、AMC和MCH；其结构为：2路AC/DC电源固定机箱上，背板上包括Oring电路、DC-DC电源模块、负载电源系统和管理电源系统；输入电源分别经电源模块转换后提供给背板上的Oring电路，Oring电路输出12V电源给负载电源系统和DC-DC电源模块，DC-DC电源模块输出3.3V电源给管理电源系统；负载电源系统输出12V电源给MCH、AMC和散热风扇；管理电源系统输出3.3V电源给MCH和AMC。
在该媒体服务器的硬件平台系统中，最多可支持2个MCH、12个AMC模块以及前后两组散热风扇。该系统对电源模块的要求为220V AC(或者-48VDC)输入，+12V单路输出，功率为650W，本发明所述的电源模块，其技术要求比标准的MicroTCA电源模块简单得多，市面上也较容易采购到，且价格相对便宜，成本不到同功率的标准MicroTCA电源模块的三分之一。
在传统的电信机房，一般-48V的DC电源比较常见，但是随着电信设备的发展目前采用AC供电的设备越来越常见。如图1所示，AC或者DC输入电源经过电源模块1、电源模块2转换后分别输出12V_1、12V_2，然后这两种电源经过Oring电路混合成一路12V输出，该12V为整个系统的基础供电。由图可以看出由于Oring电路的存在，2个电源模块互为冗余备份，其中任何一个故障并不影响整个系统的供电。而且，依据系统所采用的电源模块的不同可以使用AC或者DC供电，甚至可以采用AC、DC混合供电，使用非常方便。
参见附图2，它是本实施例提供的一种负载电源系统的结构示意框图；在经过Oring电路混合以后，12V电源直接提供到16个负载电源模块，它们分别给2个MCH模块、12个AMC模块以及前后风扇散热单元提供电源，该负载电源系统中的每个负载电源模块都可以热插拔，方便更换和维护；每个负载电源模块都具有ON/OFF控制端，在工作中，由主MCH进行ON/OFF控制，当主MCH检测到某一个模块出现故障可以将其电源关闭，进行下电后上电复位，也可以直接将其电源关闭，让故障模块停止工作。
参见附图3，它是本实施例提供的一种管理电源系统的结构示意框图；12V电压经过背板的DC-DC电源模块，产生+3.3V，经管理电源模块为整个系统的管理平面提供+3.3V电源(每个管理电源模块分别为1～2个MCH和1～12个AMC提供+3.3V电源)，其工作原理与12V供电基本一致，每路都支持热插拔和ON/OFF控制；该电源管理方案非常灵活，而且每个管理电源模块都支持热插拔。
参见附图4，它是本实施例提供的一种管理电源模块的结构示意框图；管理电源模块的结构为：AMC或MCH模块的PS#信号端的输出信号一路和I/O输入扩展模块的输入端连接，另一路经反向电路后和I/O输出扩展控制模块输出端的输出信号相“与”后连接管理电源控制电路的控制端；I/O输入扩展模块的控制端和I/O输出扩展模块的控制端经I 2C总线连接到MCH模块。管理电源控制电路输出1～14路3.3V电源分别输入MCH和AMC模块。
该管理电源模块的工作原理是：当MCH或者AMC模块插入底板以后，该槽位PS#信号被拉低，经过反向电路，控制该槽位的管理电源控制电路打开，将该槽位的管理电源上电，管理平面开始工作。另外，当某功能模块管理层面出现故障时，主MCH可以通过IO扩展将该槽位的管理电源关闭或者复位。
参见附图5，它是本实施例提供的一种负载电源模块的结构示意框图，负载电源模块的结构为：AMC或MCH模块的PS#信号端输出到I/O输入扩展模块的输入端；I/O输入扩展模块的控制端经I2C总线与1～2个MCH相连；I/O输出扩展模块的控制信号经I 2C总线与1～2个MCH相连；I/O输出扩展模块的输出信号与负载电源控制电路的控制端相连；负载电源控制电路输出1～16路12V负载电源分别输入到MCH、AMC以及风扇散热模块。
该负载电源模块的工作原理是：主MCH上电以后，轮询查询各槽位的在位信号PS#，若检测到该槽位的PS#被拉低后，通过IPMB总线与该槽位进行通讯，并通过IO扩展器将该槽位的负载电源控制电路设置为ON，该槽位负载电源就可以上电，业务层面就可以开始工作了。当业务层面出现故障时，主MCH可以通过IO扩展电路将该槽位的负载电源关闭。
参见附图6，它是本实施例提供的一种管理电源控制电路原理图；管理电源统一为3.3V，ISL6118为热插拔控制器，它可以处理2路热插拔，所以在该系统中一共需要7个这样的电路来给2个MCH以及12个AMC提供管理电源。
参见附图7，它是本发明实施例提供的一种负载电源控制电路原理图；负载电源统一为12V，ISL6115及其附属器件构成整个热插拔控制电路，它只能处理单路电源，所以在系统中一共需要16个这样的电路来给2个MCH、12个AMC以及2个风扇散热单元提供负载电源。
业务层面的板间信号拓扑结构，本发明所提供的背板结构完全支持PC IMGMicroTCA.0Specificationl.0RC2规范中推荐的12个AMC模块容量的要求，而且不需要使用4个半高尺寸的AMC来达到此要求，能够完全支持12个全高尺寸的AMC模块。
AMC模块的Port0接到左边的MCH，AMC模块的Port1接到右边的MCH，这样构成了一个双星型的拓扑结构。在实际使用中这两个Port的SerDes信号为千兆以太网，这样就构成了一个完整的基于千兆以太网的高速互联硬件平台，12个AMC模块可以通过千兆以太网进行相互之间的数据传输。另外，对于AMC的Fat pipe端口也以4路SerDes为一组，连接到了MCH上面，这里可以用于RapidIO或者PCIe等高速数据传输用途。对Fatpipe拓扑的处理不一定也是双星结构，如果系统不需要这样的拓扑结构，可以进行自定义互联拓扑以实现不同的功能。
对于需要时钟同步的系统，12个AMC也可以通过双星型的拓扑结构从MCH获取时钟，保证各AMC功能模块能够做到精确的时钟同步。
Claims (3)
1.一种基于MicroTCA标准的媒体服务器，它包括机箱、背板、电源、散热风扇、AMC和MCH；其特征在于：所述的电源为固定在机箱上的2路AC或DC电源；所述的背板，其上包括Oring电路、DC-DC电源模块、负载电源系统和管理电源系统；2路电源的输入分别经电源模块转换后提供给背板上的Oring电路，Oring电路输出12V电源给负载电源系统和DC-DC电源模块，DC-DC电源模块输出3.3V电源给管理电源系统；所述的负载电源系统包括4～16个负载电源模块，分别输出12V电源给MCH、AMC和散热风扇；所述的管理电源系统包括2～14个管理电源模块，分别输出3.3V电源给MCH和AMC。
2.根据权利要求1所述的一种基于MicroTCA标准的媒体服务器，其特征在于：所述的负载电源模块的结构为：AMC或MCH模块的PS#信号端输出到I/O输入扩展模块的输入端；I/O输入扩展模块的控制端经I2C总线与MCH相连；I/O输出扩展模块的控制信号经I 2C总线与MCH相连；I/O输出扩展模块的输出信号与负载电源控制电路的控制端相连；负载电源控制电路输出12V负载电源分别输入到MCH、AMC及散热风扇模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于MicroTCA标准的媒体服务器，其特征在于：所述的管理电源模块的结构为：AMC或MCH模块的PS#信号端的输出信号一路和I/O输入扩展模块的输入端连接，另一路经反向电路后和I/O输出扩展控制模块输出端的输出信号相“与”后连接管理电源控制电路的控制端；I/O输入扩展模块的控制端和I/O输出扩展模块的控制端经I2C总线连接到MCH模块；管理电源控制电路输出1～14路3.3V电源分别输入MCH和AMC模块。
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