一种支持全长的PCIE扩展卡板卡系统.pdf

一种支持全长的PCIE扩展卡板卡系统。本发明提出了一种基于Intel X86架构服务器的扩展板卡系统，其包括PCIE热插拔装置、PCIE全长和半长自动切换装置，满足了不同客户对服务器的不同需求，具有相当的便捷性和实用性，该系统还包括普通PCIE卡槽装置，用于全长PCIE卡和半长PCIE卡的直接安装使用。并且为了实现维护的简单化，本发明的PCIE的扩展板卡系统独立设计于计算机服务器中。为了使得操作过程更加安全，在热插拔装置中加入了按键，在将卡拔出之前先按动按键通知CPU为卡槽断电。

1.  一种基于Intel X86架构服务器的扩展板卡系统，其特征在于，包括与第一PCIE卡槽和第二PCIE卡槽连接的PCIE热插拔装置、与全长和半长PCIE卡槽连接的PCIE全长和半长自动切换装置；
所述PCIE热插拔装置通过系统管理总线SMBus与中央处理器CPU相连接，通过控制信号实现所述第一PCIE卡槽和所述第二PCIE卡槽支持热插拔；
所述PCIE全长和半长自动切换装置通过所述对全长和半长PCIE卡槽的状态检测实现全长PCIE与半长PCIE的自动识别和切换。

2.  如权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述PCIE热插拔装置，包括硬件监测HWM芯片和外部按键，所述HWM芯片的SMBus管脚与所述CPU SMBus相连，选择所述HWM芯片的两个IO管脚作为电源控制管脚分别与所述第一PCIE卡槽和所述第二PCIE卡槽的电源控制输入针相连接，选择所述HWM芯片的一个IO管脚作为按键控制输入管脚与所述外部按键相连接，选择所述HWM芯片的两个IO管脚作为卡槽状态输入管脚分别与所述第一PCIE卡槽和所述第二PCIE卡槽的状态检测针PRSNT相连接，所述HWM芯片的复位管脚分别与所述第一PCIE卡槽和所述第二PCIE卡槽复位信号针相连接。

3.  如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述PCIE热插拔装置通过SMBus与CPU相连接，通过控制信号实现所述第一PCIE卡槽和所述第二PCIE卡槽支持热插拔是指：
当需要拔下PCIE卡时，先按动所述外部按键通知CPU将有PCIE卡拔出，这时CPU将通过所述HWM芯片将所述第一PCIE卡槽和/或所述第二PCIE卡槽的复位信号拉低并且断电，从而将所述PCIE卡拔下；当需要插上 PCIE卡时，将所述PCIE卡插入卡槽中，所述卡槽状态检测针PRSNT通过所述HWM芯片向CPU发送状态信号，这时CPU将通过所述HWM芯片将所述第一PCIE卡槽和/或所述第二PCIE卡槽的复位信号拉高并且通电，实现所述PCIE热插拔。

4.  如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述PCIE全长和半长自动切换装置，包括与第一全长PCIE卡槽和第一半长PCIE卡槽连接的第一自动切换装置、与第二全长PCIE卡槽和第二半长PCIE卡槽连接的第二自动切换装置；
所述第一自动切换装置包括第一转换开关，所述第一转换开关的控制管脚与所述第一全长PCIE卡槽PSNT管脚相连接，所述第一转换开关检测所述第一全长PCIE卡槽所插入的PCIE卡的状态实现全长PCIE和半长PCIE信号自动切换。

5.  如权利要求1或4所述的系统，其特征在于，所述第一自动切换装置与所述第二自动切换装置相互独立；
所述第二自动切换装置包括第二转换开关，所述第二转换开关的控制管脚与所述第二全长PCIE卡槽PSNT管脚相连接，所述第二转换开关检测所述第二全长PCIE卡槽所插入的PCIE卡的状态实现全长PCIE和半长PCIE信号自动切换。

6.  如权利要求1或4或5所述的系统，其特征在于，所述PCIE全长和半长自动切换装置通过对全长和半长PCIE卡槽的状态检测实现全长PCIE与半长PCIE的自动识别和切换是指：当所述第一全长PCIE卡槽和/或所述第二全长PCIE卡槽插入全长PCIE卡时，卡槽上的在位检测针PSNT产生高信号，所述转换开关检测到所述高信号，转换到全长PCIE信号接通状态；当所述第一全长PCIE卡槽和/或所述第二全长PCIE卡槽插入半长PCIE卡或未插入PCIE卡时，所述卡槽上的在位检测针PSNT始终为低信号，所述转换开关检测到所述低信号，保持在半长PCIE信号接通状态。

7.  如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括普通PCIE卡槽装置，所述普通PCIE卡槽装置包括一个普通全长PCIE卡槽和一个普通半长PCIE卡槽，用于全长PCIE卡和半长PCIE卡的直接安装使用。

8.  如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述支持全长PCIE的扩展板卡系统独立设计于计算机服务器中，并且所述系统中的所述PCIE热插拔装置、所述PCIE全长和半长自动切换装置与所述普通PCIE装置之间相互独立。

一种支持全长的PCIE扩展卡板卡系统
技术领域
本发明涉及计算机服务器，尤其涉及PCIE扩展卡板卡设计技术。
背景技术
PCI-Express是最新的总线和接口标准，由英特尔提出的，它代表着下一代I/O接口标准。它的主要优势就是数据传输速率高，目前最高可达到10GB/s以上，而且还有相当大的发展潜力。PCI Express也有多种规格，从PCI Express 1X到PCI Express 16X，能满足现在和将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。PCI Express(以下简称PCI-E)采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到PCI所不能提供的高带宽。相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输，PCI-E的双单工连接能提供更高的传输速率和质量，它们之间的差异跟半双工和全双工类似。PCI-E的接口根据总线位宽不同而有所差异，包括X1、X4、X8以及X16，而X2模式将用于内部接口而非插槽模式。PCI-E规格从1条通道连接到32条通道连接，有非常强的伸缩性，以满足不同系统设备对数据传输带宽不同的需求。此外，较短的PCI-E卡可以插入较长的PCI-E插槽中使用，PCI-E接口还能够支持热拔插，这也是个不小的飞跃。但目前的每个服务器中也只能实现一种功能。而且，随着网络技术的不断发展，各大网络公司、政府、金融机构等领域都对服务器产生了较大的需求。在服务器的使用中不同部门对服务器的要求是不一样的，尽管PCI-E技术规格允许实现X1(250MB/秒)，X2，X4，X8，X12，X16和X32通道规格，但现有技术中服务器往往只能满足客户某一方面的需求，例如只能使用X8或只能使用X16，如果想满足其他需求需要对服务器做进一步改造，给客户带来很大不便，因此，设计一款便捷、实用且便于维护，使用安全的多功能扩展卡板卡成为本领域技术人员需要解决的一个问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种多功能的支持全长的PCIE扩展卡板卡的设计方法，能够使得服务器中PCIE扩展板相对于服务器主板做单独设计，同时支持热插拔，全长、半长PCIE自动切换识别，具有相当的便捷性和实用性，便于维护和操作。
为了达到上述目的，一种基于Intel X86架构服务器的扩展板卡系统，所述系统包括与第一PCIE卡槽和第二PCIE卡槽连接的PCIE热插拔装置、与全长和半长PCIE卡槽连接的PCIE全长和半长自动切换装置。
所述PCIE热插拔装置通过系统管理总线SMBus与中央处理器CPU相连接，通过控制信号实现所述第一PCIE卡槽和所述第二PCIE卡槽支持热插拔。
所述PCIE全长和半长自动切换装置通过对全长和半长PCIE卡槽的状态检测实现全长PCIE与半长PCIE的自动识别和切换。
优选地，所述PCIE热插拔装置，包括硬件监测HWM芯片和外部按键，所述HWM芯片的SMBus管脚与所述CPU SMBus相连，选择所述HWM芯片的两个IO管脚作为电源控制管脚分别与所述第一PCIE卡槽和所述第二PCIE卡槽的电源控制输入针相连接，选择所述HWM芯片的一个IO管脚作为按键控制输入管脚与所述外部按键相连接，选择所述HWM芯片的两个IO管脚作为卡槽状态输入管脚分别与所述第一PCIE卡槽和所述第二PCIE卡槽的状态检测针PRSNT相连接，所述HWM芯片的复位管脚分别与所述第一PCIE卡槽和所述第二PCIE卡槽复位信号针相连接。
优选地，所述PCIE热插拔装置通过SMBus与CPU相连接，通过控制信号实现所述第一PCIE卡槽和所述第二PCIE卡槽支持热插拔是指：
当需要拔下PCIE卡时，先按动所述外部按键通知CPU将有PCIE卡拔出，这时CPU将通过所述HWM芯片将所述第一PCIE卡槽和/或所述第二 PCIE卡槽的复位信号拉低并且断电，从而将所述PCIE卡拔下；当需要插上PCIE卡时，将所述PCIE卡插入卡槽中，所述卡槽状态检测针PRSNT通过所述HWM芯片向CPU发送状态信号，这时CPU将通过所述HWM芯片将所述第一PCIE卡槽和/或所述第二PCIE卡槽的复位信号拉高并且通电，实现所述PCIE热插拔。
优选地，所述PCIE全长和半长自动切换装置，包括与第一全长PCIE卡槽和第一半长PCIE卡槽连接的第一自动切换装置、与第二全长PCIE卡槽和第二半长PCIE卡槽连接的第二自动切换装置。
所述第一自动切换装置包括第一转换开关，所述第一转换开关的控制管脚与所述第一全长PCIE卡槽PSNT管脚相连接，所述第一转换开关检测所述第一全长PCIE卡槽所插入的PCIE卡的状态实现全长PCIE和半长PCIE信号自动切换。
优选地，所述第一自动切换装置与所述第二自动切换装置相互独立。
所述第二自动切换装置包括第二转换开关，所述第二转换开关的控制管脚与所述第二全长PCIE卡槽PSNT管脚相连接，所述第二转换开关检测所述第二全长PCIE卡槽所插入的PCIE卡的状态实现全长PCIE和半长PCIE信号自动切换。
优选地，所述PCIE全长和半长自动切换装置通过对全长和半长PCIE卡槽的状态检测实现全长PCIE与半长PCIE的自动识别和切换是指：当所述第一全长PCIE卡槽和/或所述第二全长PCIE卡槽插入全长PCIE卡时，卡槽上的在位检测针PSNT产生高信号，所述转换开关检测到所述高信号，转换到全长PCIE信号接通状态；当所述第一全长PCIE卡槽和/或所述第二全长PCIE卡槽插入半长PCIE卡或未插入PCIE卡时，所述卡槽上的在位检测针PSNT始终为低信号，所述转换开关检测到所述低信号，保持在半长PCIE信号接通状态。
优选地，所述系统还包括普通PCIE卡槽装置，所述普通PCIE卡槽装置包括一个普通全长PCIE卡槽和一个普通半长PCIE卡槽，用于全长PCIE卡和半长PCIE卡的直接安装使用。
优选地，所述支持全长PCIE的扩展板卡系统独立设计于计算机服务器中，并且所述系统中的所述PCIE热插拔装置、所述PCIE全长和半长自动切换装置与所述普通PCIE装置之间相互独立。
与现有技术相比，本发明提出了一种支持全长的PCIE扩展卡板卡设计，能够使得服务器中PCIE扩展板做单独设计，同时支持热插拔，全长、半长PCIE自动切换识别，和普通PCIE板卡，从而便于通过不同的配置来满足不同客户的需求，具有相当的便捷性和实用性。并且由于本发明的PCIE的扩展板卡系统独立设计于计算机服务器中，即，PCIE扩展板卡与CPU板单独设计，并不设计在同一块板卡上，实现了维护的简单化，便于操作。而且本发明在热插拔装置中加入了按键，在将卡拔出之前先按动按键通知CPU为卡槽断电，使得操作过程更加安全。
附图说明
下面对本发明实施例中的附图进行说明，实施例中的附图是用于对本发明的进一步理解，与说明书一起用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限制。
图1支持全长PCIE的扩展板卡系统示意图；
图2PCIE扩展板卡结构框图；
图3PCIE设备的热插拔结构图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述，并不能用来限制本发明的保护范围。
设计一款便捷、实用的多功能扩展卡板卡成为本领域技术人员需要解决的一个问题。针对这一问题，我们考虑到，为了使一个服务器能够具有多个 扩展功能、满足不同客户的需求，将PCIE扩展板卡与CPU板设计成不在同一块板卡上，从而可以实现维护的简单化，将CPU IO扩展板卡设计成支持热插拔，可以自动识别、切换全长和半长PCIE扩展板卡，从而便于通过不同的配置来满足不同客户的需求。
如图1所示，本发明一种基于Intel X86架构服务器的扩展板卡系统10，包括与第一PCIE卡槽111和第二PCIE卡槽112连接的PCIE热插拔装置11、与全长和半长PCIE卡槽连接的PCIE全长和半长自动切换装置12；所述系统10还包括一个普通PCIE卡槽装置13，各装置之间相互独立，为了便于拆卸和维护，此系统独立设计于计算机服务器中。较佳的实施例可参考图2中的详细原理框图。
如图2所示，PCIE热插拔装置11，包括一个HWM芯片110和外部按键113，HWM芯片110的SMBus管脚经连接器与CPU SMBus相连，选择所述HWM芯片110的两个IO管脚作为电源控制管脚分别与第一PCIE卡槽111和第二PCIE卡槽112的电源控制输入针相连接，选择所述HWM芯片110的一个IO管脚作为按键控制输入管脚与外部按键113相连接，选择所述HWM芯片110的两个IO管脚作为卡槽状态输入管脚分别与第一PCIE卡槽111和第二PCIE卡槽112的状态检测针PRSNT相连接，所述HWM芯片110的复位管脚分别与所述第一PCIE卡槽111和所述第二PCIE卡槽112的复位信号针相连接。这里所述第一PCIE卡槽111和所述第二PCIE卡槽112之间时相互独立的，并且优选地，可以全部为X16全长卡槽。
当需要拔下PCIE卡时，先按动所述外部按键113通知CPU将有PCIE卡拔出，这时CPU将通过所述HWM芯片110将所述第一PCIE卡槽111和/或所述第二PCIE卡槽112的复位信号拉低并且断电，从而将所述PCIE卡拔下；当需要插上PCIE卡时，将所述PCIE卡插入卡槽中，所述卡槽状态检测针PRSNT通过所述HWM芯片110向CPU发送状态信号，这时CPU将通过所述HWM芯片110将所述第一PCIE卡槽111和/或所述第二PCIE卡槽112的复位信号拉高并且通电，实现所述PCIE热插拔。本发明在热插拔装置中加入了按键113，在将卡拔出之前先按动按键113通知CPU为卡槽断电，使得操作过程更安全。
在此，当需要插上PCIE卡时，也可以设计成通过按键控制，插上PCIE卡后，通过按键为PCIE卡槽上电，并将复位信号拉高，只是这样相比于通过检测针PRSNT的状态实现控制，操作上有些繁琐。同样地，当需要拔下PCIE卡时，也可以设计成通过检测针的状态实现对卡槽复位信号拉低和断电的控制，只是这种方法在拔下PCIE卡时，卡槽上仍带电，安全性较差。
系统管理总线SMBus源于I2C总线，最高总线频率为100KHz，SMBus上的从设备具有超时功能，当从设备发现主设备发出的时钟信号保持低电平超过35ms时，将引发从设备的超时复位。在正常情况下，SMBus的主设备使用的总线频率最低为10KHz，以避免从设备在正常使用过程中出现超时。SMBus在x86处理器系统中主要作用是管理处理器系统的外部设备，并收集外设的运行信息，特别是一些与智能电源管理相关的信息。PCIE插槽为SMBus预留了接口，以便于PCIE设备与处理器系统进行交互。
HWM全称为Hardware monitor，主要实现串行数据和并行数据的转换。具体为将一组I2C信号转换为一组GPIO信号(通用输入/输出信号)，实现中央处理器CPU对热插拔操作的控制。HWM的具体芯片可以选择：PCA9555，PCA9554等。
实现PCIE设备热插拔的过程具体地与PRSNT1#和PRSNT2#信号相关。在基于PCIE总线的Add-in卡中，PRSNT1#和PRSNT2#信号直接相连，而在处理器主板中，PRSNT1#信号接地，而PRSNT2#信号通过上拉电阻接为高。PCIE设备的热插拔结构如图3所示。
如图3所示，当Add-In卡没有插入时，处理器主板的PRSNT2#信号由上拉电阻接为高，而当Add-In卡插入时主板的PRSNT2#信号将与PRSNT1#信号通过Add-In卡连通，此时PRSNT2#信号为低。处理器主板的热插拔控制逻辑将捕获这个“低电平”，得知Add-In卡已经插入，从而触发系统软件进行相应地处理。
Add-In卡拔出的工作机制与插入类似。当Add-in卡连接在处理器主板时，处理器主板的PRSNT2#信号为低，当Add-In卡拔出后，处理器主板的PRSNT2#信号为高。处理器主板的热插拔控制逻辑将捕获这个“高电平”，得知Add-In卡已经被拔出，从而触发系统软件进行相应地处理。
不同的处理器系统处理PCIE设备热拔插的过程并不相同，在一个实际 的处理器系统中，热拔插设备的实现也远比图3中的示例复杂得多。值得注意的是，在实现热拔插功能时，Add-in Card需要使用“长短针”结构。如图3所示，PRSNT1#和PRSNT2#信号使用的金手指长度是其他信号的一半。因此当PCIE设备插入插槽时，PRSNT1#和PRSNT2#信号在其他金手指与PCIE插槽完全接触，并经过一段延时后，才能与插槽完全接触；当PCIE设备从PCIE插槽中拔出时，这两个信号首先与PCIE插槽断连，再经过一段延时后，其他信号才能与插槽断连。系统软件可以使用这段延时，进行一些热拔插处理。
所述PCIE全长和半长自动切换装置12，包括与第一全长PCIE卡槽123和第一半长PCIE卡槽124连接的第一自动切换装置、与第二全长PCIE卡槽125和第二半长PCIE卡槽126连接的第二自动切换装置。
其中第一自动切换装置包括第一转换开关121，所述第一转换开关121的控制信号与第一全长PCIE卡槽123相应PSNT信号相连，所述第一转换开关121检测所述第一全长PCIE卡槽123所插入的PCIE卡的状态实现全长PCIE和半长PCIE信号自动切换。
所述第一自动切换装置与所述第二自动切换装置相互独立。
第二自动切换装置包括第二转换开关122，所述第二转换开关122的控制管脚与第二全长PCIE卡槽125相应的PSNT管脚相连，所述第二转换开关122检测所述第二全长PCIE卡槽125所插入的PCIE卡状态实现全长PCIE和半长PCIE信号自动切换。
具体地，所述PCIE全长和半长自动切换装置12通过对全长和半长PCIE卡槽的状态检测实现全长PCIE与半长PCIE的自动识别和切换是指：当所述第一全长PCIE卡槽123和/或所述第二全长PCIE卡槽125插入全长PCIE卡时，卡槽上的在位检测针PSNT产生高信号，所述转换开关检测到所述高信号，转换到全长PCIE信号接通状态；当所述第一全长PCIE卡槽123和/或所述第二全长PCIE卡槽125插入半长PCIE卡或未插入PCIE卡时，所述卡槽上的在位检测针PSNT始终为低信号，所述转换开关检测到所述低信号，保持在半长PCIE信号接通状态。
其中，转换开关主要通过PSNT管脚的高低状态实现信号的不同通道切 换，即，可简单理解为单刀双掷开关，只是所切换的信号线为PCIE信号，需要考虑开关应该支持PCIE3.0信号。可选芯片型号例如PI3PCIE3412ZHEX
本发明的基于Intel X86架构服务器的扩展板卡系统10还包括普通PCIE卡槽装置13，该装置包括一个普通全长PCIE卡槽131和一个普通半长PCIE卡槽132，用于完成普通的全长和半长PCIE扩展。
需要说明的是，以上所述的实施例仅是为了便于本领域的技术人员理解而已，并不用于限制本发明的保护范围，在不脱离本发明的发明构思的前提下，本领域技术人员对本发明所做出的任何显而易见的替换和改进等均在本发明的保护范围之内。