CN103840991A - I2c总线架构及地址管理方法 - Google Patents

Abstract

一种I²C总线架构，包括一总控端、一与所述总控端相连的主控装置、两个与所述主控装置相连的从属装置以及若干与所述两个从属装置相连的节点，所述I²C总线架构还包括一与所述主控装置相连的地址设置器，所述总控端与所述主控装置之间、所述主控装置与所述两个从属装置之间、所述两个从属装置与所述若干节点之间、所述主控装置与所述两个地址设置器之间通过I²C总线建立连接，所述地址设置器与所述两个从属装置相连，用于设置与其相连的所述两个从属装置的地址。本发明还揭示了一种用于I²C总线架构中的地址管理方法。

Description

I2C总线架构及地址管理方法

技术领域

本发明涉及机架式服务器领域，特别是涉及一种应用于机架式服务器中的I²C总线架构及用于I²C总线架构中的地址管理方法。

背景技术

在高速互联网时代，传统的数据中心以及新兴的云计算和云存储都需要大规模的服务器集群部署，为了在有限空间里部署更多的服务器，机架式服务器成为在这些应用中的首选服务器类型。机架式服务器有多种规格，例如1U（4.445cm高）、2U、4U、6U、8U等，将这些服务器安装在一个立式机柜里，不仅可以有效利用机房的有限空间，而且便于对这些服务器进行统一管理和扩展。为了保障这些服务器能提供高速的运算能力、长时间运行的可靠性和强大的数据吞吐能力，必须对这些服务器的功耗、发热、负载等参数进行实时监控，以及建立最迅速的报警机制。I²C（Inter-Integrated Circuit）总线凭借其接口线少、控制方式简单、器件封装形式小、通信速率较高等优点被广泛用于服务器的监控领域。然而，当服务器（或称节点）的数量较多时，利用I²C总线来建立节点与总控端的连接，必须增加系统资源配备以适应相应的要求，这不可避免的增加系统在硬件和软件上的复杂度和不稳定度。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种应用于机架式服务器中的I²C总线架构及用于I²C总线架构中的地址管理方法，可以在节点数量较多时仍然保持系统控制的简单和稳定。

一种I²C总线架构，所述I²C总线架构包括一总控端、一与所述总控端相连的主控装置、两个与所述主控装置相连的从属装置以及若干与所述两个从属装置相连的节点，所述I²C总线架构还包括一与所述主控装置相连的地址设置器，所述总控端与所述主控装置之间、所述主控装置与所述两个从属装置之间、所述两个从属装置与所述若干节点之间、所述主控装置与所述两个地址设置器之间通过I²C总线建立连接，所述地址设置器与所述两个从属装置相连，用于设置与其相连的所述两个从属装置的地址。

优选地，所述地址设置器和所述两个从属装置中的一从属装置共用一I²C总线建立与所述主控装置的连接。

优选地，所述地址设置器通过地址线连接至每一从属装置的至少一地址针脚。

优选地，所述地址设置器通过地址线重置与其相连的所述两个从属装置的地址针脚的电平。

优选地，所述两个从属装置具有相同的初始地址。

一种I²C总线架构，所述I²C总线架构包括一总控端、一与所述总控端相连的主控装置、两个与所述主控装置相连的从属装置以及若干与所述两个从属装置相连的节点，所述I²C总线架构还包括两个与所述主控装置相连的地址设置器，所述总控端与所述主控装置之间、所述主控装置与所述两个从属装置之间、所述两个从属装置与所述若干节点之间、所述主控装置与所述两个地址设置器之间通过I²C总线建立连接，所述两个地址设置器分别与所述两个从属装置相连，每一地址设置器用于设置与其相连的从属装置的地址。

优选地，每一地址设置器和与其相连的从属装置共用一I²C总线建立与所述主控装置的连接。

优选地，每一地址设置器通过地址线连接至与其相连的从属装置的至少一地址针脚。

优选地，每一地址设置器通过地址线重置与其相连的从属装置的地址针脚的电平。

优选地，所述两个地址设置器具有不同的初始地址，所述两个从属装置具有相同的初始地址。

一种用于I²C总线架构中的地址管理方法，所述地址管理方法包括：

总控端通过I²C总线向主控装置发送地址设置指令；

所述主控装置将所述地址设置指令发送给地址设置器；

所述地址设置器设置与其相连的从属装置的地址；

所述从属装置的地址重置后，向所述主控装置返回重置后的地址；

所述主控装置将所述从属装置重置后的地址报告给所述总控端；及

所述总控端记录所述从属装置重置后的地址。

优选地，所述地址设置器设置与其相连的所述从属装置的地址的步骤包括：所述地址设置器通过地址线重置与其相连的所述从属装置的至少一地址针脚的电平。

与现有技术相比，上述I²C总线架构及用于I²C总线架构中的地址管理方法，通过在总控端和节点之间设定主控装置和从属装置，可以在节点数量较多时仍然保持系统控制的简单和稳定，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本发明一种实施方式中的应用于机架式服务器中的I²C总线架构的线路图。

图2为本发明一种实施方式中的两个从属装置的初始地址表。

图3为本发明一种实施方式中的地址设置器与两个从属装置的连接示意图。

图4为本发明一种实施方式中的两个从属装置的重置后地址表。

图5为本发明一种实施方式中的用于I²C总线架构中的地址管理方法的流程图。

图6为本发明另一种实施方式中的应用于机架式服务器中的I²C总线架构的线路图。

主要元件符号说明

总控端	10
		主控装置	20
从属装置	31、32
		节点	41、42、43、44
地址设置器	50、51、52

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，图中示意性的示出了根据本发明一种实施方式的应用于机架式服务器中的I²C总线架构，所述I²C总线架构包括总控端10、主控装置20、两从属装置31、32以及若干节点41、42、43、44。本领域的技术人员应当理解，所述从属装置和所述节点的数量可以根据实际应用的需求增加或减少，并不限于图1所示实施方式中的数量。

所述总控端10通过一I²C总线Bus_0与所述主控装置20相连，所述I²C总线Bus_0包括串行数据线Bus_0_SDA和串行时钟线Bus_0_SCL。所述总控端10用于实时监控所述I²C总线架构中的所述节点41、42、43、44的工作状态，包括功耗、发热、负载等参数，为了实现监控，所述总控端10通过所述I²C总线架构向所述节点41、42、43、44发送指令，所述节点41、42、43、44响应接收到的指令将自身工作状态通过所述I²C总线返回给所述总控端10或者执行指令对应的操作。所述总控端10可以内置有人机交互界面，将所述节点41、42、43、44的工作状态呈现给系统管理员，或者在某个节点出现异常状况时发出警报。所述总控端10也可以连接到其他的设备，比如通过网络连接到远程监视器，将所述节点41、42、43、44的工作状态发送给其他的设备以供系统管理员监视。

所述主控装置20通过I²C总线Bus_1、I²C总线Bus_2分别与所述从属装置31、32相连。所述主控装置20用于接收来自所述总控端10的指令，并根据所述指令的类型将所述指令发送给处于下一级的所述从属装置31、32。

所述从属装置31、32通过I²C总线Bus_3、I²C总线Bus_4、I²C总线Bus_5、I²C总线Bus_6分别与所述节点41、42、43、44相连。所述从属装置31、32用于接收来自所述主控装置20的指令，并根据所述指令的类型将所述指令发送给处于下一级的所述节点41、42、43、44。

所述节点41、42、43、44位于所述I²C总线架构的最底端，接收到来自所述从属装置31、32的指令，并相应这些指令执行相应的操作。在机架式的服务器应用中，所述节点41、42、43、44即为单个服务器。

所述主控装置20和所述从属装置31、32均可以工作在两种模式下，一种是Switch模式（交换模式)，在这种模式下，所述主控装置20和所述从属装置31、32将接收到的指令以单播的方式发送给特定的从属装置或节点，另一种是Hub模式（集线模式），在这种模式下，所述主控装置20和所述从属装置31、32将接收到的指令以广播的方式发送给与其相连的所有从属装置或节点。在这两种工作模式之外，还可以有Multiplexer模式（混合模式），即将前述两种工作模式混合使用。

所述I²C总线架构中的每一设备，包括所述总控端10、所述主控装置20、所述两个从属装置31、32以及所述若干节点41、42、43、44都具有一个设备地址，这个设备地址通常用8位二进制数来表示，例如10010110，对应设备上的8个地址针脚的高低电平来表示这个8位地址。所述I²C总线架构要能够正常工作，即所述总控端10要能够准确的将指令发送至指定的一个或多个节点，必须确保所述I²C总线架构中的每一设备都具有唯一的地址，否则就会出现地址冲突，指令不能准确送达。而在工厂的标准制程中，为了便于批量生产和组装，具有相同功能、相同构造的设备往往具有相同的初始地址（或称默认地址），这使得包含了两个以上这样设备的系统在初始化过程中必须首先解决地址冲突的问题。

当所述两个从属装置31、32具有相同的初始地址时，例如，在图2所示的所述两个从属装置31、32的初始地址表里，这两个从属装置31、32的初始地址都是11000011，P0至P7代表8位地址的第0位至第7位。当然，本领域的技术人员应当理解，实际应用中并不限于本实施方式中举例的8位二进制数来表示设备地址，也可以是16位、32位、64位或其他位数。

所述两个从属装置31、32具有相同的初始地址会引发地址冲突的问题，针对这个问题，图1所示的所述I²C总线架构还包括一地址设置器50，所述地址设置器50具有唯一的地址。所述地址设置器50通过I²C总线Bus_2与所述主控装置20相连，当然，在其他实施方式中，所述地址设置器50也可以通过I²C总线Bus_1与所述主控装置20相连。因为所述地址设置器50具有唯一的地址，所以其与所述两个从属装置31、32中的任一共用I²C总线建立与所述主控装置20的连接，都不会妨碍所述I²C总线架构的寻址。所述地址设置器50与所述两个从属装置31、32相连。

请参阅图3，图中示意性的示出了所述地址设置器50与所述两个从属装置31、32的连接关系。所述两个从属装置31、32分别使用P0至P7这8个地址针脚来表示其8位地址。在高电平有效的实施方式中，当一个地址针脚的电平为高电平时，其表示的该位地址为1，当其为低电平时，其表示的该位地址为0。

所述地址设置器50具有四个地址设置针脚A1至A4，其中两个地址设置针脚A1、A2分别通过地址线A_1、A_2连接至所述从属装置31的最低位的两个地址针脚P1和P0，两个地址设置针脚A3、A4分别通过地址线A_3、A_4连接至所述从属装置32的最低位的两个地址针脚P1和P0。根据图2所示的初始地址表示例，所述从属装置31、32的最低位的两个针脚P1、P0初始电平均为高电平。

当所述I²C总线架构初始化时，所述地址设置器50将与其相连的所述两个从属装置31、32的地址设置为不同的地址。例如，如图4所示，所述地址设置器50通过地址线A_1将所述从属装置31的地址针脚P1设置为低电平，通过地址线A_2将所述从属装置31的地址针脚P0保持为高电平，这样，所述从属装置31的地址就变更为11000001；所述地址设置器50通过地址线A_3将所述从属装置32的地址针脚P1保持为高电平，通过地址线A_4将所述从属装置32的地址针脚P0设置为低电平，这样，所述从属装置32的地址就变更为11000010。于是，所述两个从属装置31、32的地址就具有了不同的地址，解决了因其初始地址相同导致的地址冲突问题。

所述地址设置器50通过改变两个地址针脚的电平，可以产生四个不同的地址，即00、01、10、11，可以解决具有相同初始地址的最多四个设备共存在一个I²C总线架构里的地址冲突问题。同理可推知，所述地址设置器50可以通过设置改变不同数量的地址针脚的电平，来实现不同数量的设备的地址冲突问题，例如，改变一个地址针脚的电平，可以最多让两个设备获得不同的地址，改变三个地址针脚的电平，可以最多让八个设备获得不同的地址，改变四个地址针脚的电平，可以最多让十六个设备获得不同的地址。

请参阅图5，图中示意性的示出了根据本发明一种实施方式的用于I²C总线架构中的地址管理方法的流程图，所述方法包括以下步骤：

步骤S501，所述总控端10通过I²C总线Bus_0向所述主控装置20发送地址设置指令。

步骤S502，所述主控装置20通过I²C总线Bus_2将所述地址设置指令发送给所述地址设置器50。

步骤S503，所述地址设置器50通过地址线A_1、A_2设置所述从属装置31的地址，通过地址线A_3、A_4设置所述从属装置32的地址，将所述两个从属装置31、32设置为不同的地址。

步骤S504，所述从属装置31的地址重置后，通过I²C总线Bus_1向所述主控装置20返回其重置后的地址，所述从属装置32的地址重置后，通过I²C总线Bus_2向所述主控装置20返回其重置后的地址。

步骤S505，所述主控装置20通过I²C总线Bus_0将所述两个从属装置31、32重置后的地址报告给所述总控端10。

步骤S506，所述总控端10记录所述两个从属装31、32置重置后的地址。

请参阅图6，图中示意性的示出了根据本发明另一种实施方式的应用于机架式服务器中的I²C总线架构，在这种实施方式中，所述I²C总线架构除了包括总控端10、主控装置20、两个从属装置31、32及若干节点41、42、43、44，还包括两个地址设置器51、52。

所述两个地址设置器51、52均具有唯一的地址。所述地址设置器51通过I²C总线Bus_1与所述主控装置20相连，所述地址设置器52通过I²C总线Bus_2与所述主控装置20相连。

所述地址设置器51通过地址线A_1、A_2连接至所述从属装置31的两个地址针脚，所述地址设置器52通过地址线A_3、A_4连接至所述从属装置32的两个地址针脚。

在这种实施方式中，通过增加地址设置器的数量以弥补单一地址设置器的地址设置针脚有限的局限性，在从属装置的数量较大的应用场景中，也可以有效解决这些从属装置的地址冲突问题。

相对于现有技术，上述I²C总线架构及用于I²C总线架构中的地址管理方法，通过在总控端和节点之间设定主控装置和从属装置，可以在节点数量较多时仍然保持系统控制的简单和稳定，具有很高的实用价值。

对本领域的技术人员来说，可以根据本发明的发明方案和发明构思结合生产的实际需要做出其他相应的改变或调整，而这些改变和调整都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种I²C总线架构，其特征在于：所述I²C总线架构包括一总控端、一与所述总控端相连的主控装置、两个与所述主控装置相连的从属装置以及若干与所述两个从属装置相连的节点，所述I²C总线架构还包括一与所述主控装置相连的地址设置器，所述总控端与所述主控装置之间、所述主控装置与所述两个从属装置之间、所述两个从属装置与所述若干节点之间、所述主控装置与所述两个地址设置器之间通过I²C总线建立连接，所述地址设置器与所述两个从属装置相连，用于设置与其相连的所述两个从属装置的地址。

2.如权利要求1所述的I²C总线架构，其特征在于：所述地址设置器和所述两个从属装置中的一从属装置共用一I²C总线建立与所述主控装置的连接。

3.如权利要求1所述的I²C总线架构，其特征在于：所述地址设置器通过地址线连接至每一从属装置的至少一地址针脚。

4.如权利要求3所述的I²C总线架构，其特征在于：所述地址设置器通过地址线重置与其相连的所述两个从属装置的地址针脚的电平。

5.如权利要求1所述的I²C总线架构，其特征在于：所述两个从属装置具有相同的初始地址。

6.一种I²C总线架构，其特征在于：所述I²C总线架构包括一总控端、一与所述总控端相连的主控装置、两个与所述主控装置相连的从属装置以及若干与所述两个从属装置相连的节点，所述I²C总线架构还包括两个与所述主控装置相连的地址设置器，所述总控端与所述主控装置之间、所述主控装置与所述两个从属装置之间、所述两个从属装置与所述若干节点之间、所述主控装置与所述两个地址设置器之间通过I²C总线建立连接，所述两个地址设置器分别与所述两个从属装置相连，每一地址设置器用于设置与其相连的从属装置的地址。

7.如权利要求6所述的I²C总线架构，其特征在于：每一地址设置器和与其相连的从属装置共用一I²C总线建立与所述主控装置的连接。

8.如权利要求6所述的I²C总线架构，其特征在于：每一地址设置器通过地址线连接至与其相连的从属装置的至少一地址针脚。

9.如权利要求8所述的I²C总线架构，其特征在于：每一地址设置器通过地址线重置与其相连的从属装置的地址针脚的电平。

10.如权利要求6所述的I²C总线架构，其特征在于：所述两个地址设置器具有不同的初始地址，所述两个从属装置具有相同的初始地址。

11.一种用于I²C总线架构中的地址管理方法，其特征在于：所述地址管理方法包括：

总控端通过I²C总线向主控装置发送地址设置指令；

所述主控装置将所述地址设置指令发送给地址设置器；

所述地址设置器设置与其相连的从属装置的地址；

所述从属装置的地址重置后，向所述主控装置返回重置后的地址；

所述主控装置将所述从属装置重置后的地址报告给所述总控端；及

所述总控端记录所述从属装置重置后的地址。

12.如权利要求11所述的用于I²C总线架构中的地址管理方法，其特征在于：所述地址设置器设置与其相连的所述从属装置的地址的步骤包括：

所述地址设置器通过地址线重置与其相连的所述从属装置的至少一地址针脚的电平。

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