一种新型Rack节点中板及其设计方法与流程

本发明涉及一种新型rack节点中板及其设计方法，属于rack服务器设计技术领域。

背景技术：

随着it行业的不断发展，云计算、大数据时代来临。互联网应用范围不断扩大和用户业务需求的不断增长，高密度服务器机柜系统已经逐渐成为趋势。rack服务器机柜的出现正好顺应了云计算和大数据的发展要求。这种rack服务器机柜具有46u高度，每u高度空间可自由布置计算节点或者存储节点，1u空间可以部署最多3个计算节点。

随着rack服务器机柜系统处理数据能力提升、存储密度增大、节点类型多样化，对整机柜管理功能提出了更高的要求。新型的rack管理系统要求整机柜中散热、节点、电源管理信息收集和控制更快速，故障信息上报更快捷，兼容的机型更多，产品稳定性更高。

现有rack中采用二级管理的架构，rmc为第一级管理，通过二级管理实现系统的监控、管理、告警；节点中板为第二级管理，实现4u空间内的所有节点的带外监控、告警上报、风扇监控。现有节点中板采用1颗简单的mcu进行的设计，无法满足新型rack机柜快速收集和控制系统信息、兼容更多机型、故障快速处理的需求。

为了解决以上技术问题，迫切需要一种新型rack节点中板。

技术实现要素：

针对上述技术的不足，本发明提供了一种新型rack节点中板及其设计方法，其能够满足新型rack机柜快速收集和控制系统信息、兼容更多机型、故障快速处理的需求。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

本发明提供的一种新型rack节点中板，其特征是，包括ast1250芯片，ast1250芯片分别与节点模块、风扇模块和节点主板管理控制器连接。

进一步地，该新型rack节点中板还包括gpio接口、wdt、节点reset电路、节点在位检测电路、风扇在位检测电路、风扇状态指示灯控制电路、风扇控制板在位检测电路、i2c总线、uart接口芯片、网络芯片、sdram、spiflash和电源电路，所述ast1250芯片通过gpio接口分别与wdt、节点reset电路、节点在位检测电路、风扇在位检测电路、风扇状态指示灯控制电路和风扇控制板在位检测电路连接，ast1250芯片通过i2c总线分别与节点主板ipmb、风扇控制板功耗监测模块、资产管理系统、rtc芯片、温度检测电路连接，ast1250芯片通过pwm/tach通道与风扇控制板连接，ast1250芯片通过uart接口芯片与uart芯片连接，ast1250芯片通过网络芯片分别与rj45芯片和rmc芯片连接，所述的sdram、spiflash和电源电路分别与ast1250芯片连接。

进一步地，所述电源电路包括二级电源板、热插拔电路和电源转换电路，所述二级电源板的输入端与接线铜排连接，所述热插拔电路的输入端通过节点背板与二级电源板的输出端连接，热插拔电路的输出端通过电源转换电路与ast1250芯片连接。

本发明还提供了一种新型rack节点中板设计方法，其特征是，通过设计新型rack节点中板的管理系统功能框图、系统互联拓扑及其逻辑框图来实现新型rack节点中板的设计。

进一步地，所述的设计方法包括以下具体步骤：

步骤s1，设计新型rack节点中板管理系统功能框图，所述新型rack节点中板管理系统功能包括二级管理系统功能、节点管理功能和风扇管理功能；

步骤s2，设计新型rack节点中板系统互联拓扑，所述新型rack节点中板系统互联拓扑包括rack系统中的该新型rack节点中板与节点背板、二级电源板、主板依次互联的拓扑，该新型节点中板与风扇控制板、风扇的互联拓扑，以及该新型节点中板与一级管理主板的互联拓扑；

步骤s3，设计新型rack节点中板逻辑框图。

进一步地，所述步骤s1包括以下具体步骤：

步骤s11，通过节点中板与4u空间内的节点模块互联，用以实现节点信息监控、管理功能；

步骤s12，通过节点中板与4u空间内的风扇模块互联，用以实现风扇信息监控、管理功能；

步骤s13，通过节点中板与管理主板互联，用以实现4u空间内节点、风扇管理信息的上报，以及实现管理系统对4u空间内节点、风扇的管理控制策略执行。

进一步地，所述步骤s2包括以下具体步骤：

步骤s21，设计节点管理互联拓扑：(1)节点中板与节点背板、二级电源板、节点bmc拓扑互联，用以实现4u空间节点信息的监控管理；(2)节点中板通过ipmb总线与4u空间内12个节点的主板bmc通信，用以实现基于ipmb规范的12个节点的带外监控管理；(3)节点主板bmc通过多路i2c总线与各节点内部的被监控芯片、部件相连，用以负责节点资产管理、实时监控和故障诊断；

步骤s22，设计风扇管理互联拓扑：(1)节点中板与风扇控制板、风扇拓扑互联，用以实现4u空间散热监控管理；(2)节点中板通过pwm、tach、present信号与风扇通信，用以实现3个风扇转速调节和风量补偿调节等功能管理；(3)节点中板通过i2c与风扇控制板上的功耗监测芯片通信，用以实现4u空间内的风扇功耗监控；

步骤s23，设计管理系统互联拓扑：(1)节点中板与管理主板通过网络接口控制器(nic)互联，用以实现节点中板到管理主板的通信；(2)节点主板通过网络交换机(100m管理网络)与管理主板互联，用以实现节点中板与管理主板的节点信息上报、散热信息上报、故障信息上报、一级管理命令接收。

进一步地，所述步骤s3包括以下具体步骤：

步骤s31，主芯片选型：新型的rack节点中板采用ast1250作为主芯片进行二级管理设计；

步骤s32，节点、风扇状态监测设计:节点中板通过gpio进行12个节点的在位检测、节点bmcreset、风扇控制板在位检测、风扇在位检测和风扇状态指示灯控制，用以实现4u空间内节点、风扇的状态的快速检测；

步骤s33，节点管理设计：节点中板通过14组i2c进行12个节点的ipmb通信、风扇控制板功耗监测、资产管理、rtc、温度检测；

步骤s34，节点中板wdt功能设计：节点中板通过gpio练级外置的wdt(watchdogtimer)，当节点中板的ast1250芯片每间隔1～2秒进行喂狗操作，如果节点中板失效，则不会发生喂狗操作，wdt芯片会触发节点中板重新启动，风扇控制板检测到该信息将恢复到预设的满足散热需求的转速控制；

步骤s35，节点中板wdt功能设计：节点中板通过i2c通道连接rtc，节点中板通过rtc芯片读取时间，当节点中板掉电后，rtc芯片切换到电池供电，系统时间能继续运行，ast1250芯片重新上电后可直接读取该rtc芯片内的时间；

步骤s36，节点中板管理通系统信设计：节点中板通过网络接口控制器与管理主板互联，用以实现一级管理与二级管理的快速通信。

本发明的有益效果是：

1)采用ast1250为新型rack节点中板主芯片，提高了rack二级管理芯片处理能力和效率；

2)节点中板与节点bmc采用1对1的i2c通道进行节点管理通信，实现了节点信息的快速采集和上报；

3)加入wdt设计，当节点中板失效时，通过wdt会触发节点中板重启，提高了产品可靠性；

4)加入rtc功能，保障了系统log的时间正确性，提高了故障上报准确性；

5)节点中板通过100m管理网络(nic)与管理主板通信，提高了rack一级管理与二级管理的通信效率。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明进行说明。

图1为本发明的新型rack节点中板的示意图；

图2为本发明的新型rack节点中板的管理功能示意图；

图3为本发明的新型rack节点中板的系统互联拓扑图；

图4为本发明的方法流程图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

实施例1

如图1至图3所示，本发明的一种新型rack节点中板，它包括ast1250芯片，ast1250芯片分别与节点模块、风扇模块和节点主板管理控制器连接。

如图1所示，该新型rack节点中板还包括gpio接口、wdt、节点reset电路(nodereset)、节点在位检测电路(nodepresent)、风扇在位检测电路(fanpresent)、风扇状态指示灯控制电路(fanfail)、风扇控制板在位检测电路(fcbpresent)、i2c总线、uart接口芯片(st3243)、网络芯片(rtl8211e)、sdram、spiflash和电源电路，所述ast1250芯片通过gpio接口分别与wdt、节点reset电路、节点在位检测电路、风扇在位检测电路、风扇状态指示灯控制电路和风扇控制板在位检测电路连接，ast1250芯片通过i2c总线分别与节点主板ipmb、风扇控制板功耗监测模块、资产管理系统、rtc芯片、温度检测电路连接，ast1250芯片通过pwm/tach通道与风扇控制板连接，ast1250芯片通过uart接口芯片与uart芯片连接，ast1250芯片通过网络芯片分别与rj45芯片和rmc芯片连接，所述的sdram、spiflash和电源电路分别与ast1250芯片连接。

如图1所示，所述电源电路包括二级电源板、热插拔电路和电源转换电路，所述二级电源板的输入端与接线铜排连接，所述热插拔电路的输入端通过节点背板与二级电源板的输出端连接，热插拔电路的输出端通过电源转换电路与ast1250芯片连接。

实施例2

如图1至图4所示，本发明的一种新型rack节点中板设计方法，它通过设计新型rack节点中板的管理系统功能框图、系统互联拓扑及其逻辑框图来实现新型rack节点中板的设计。

如图4所示，该新型rack节点中板设计方法包括以下具体步骤：

步骤s1，设计新型rack节点中板管理系统功能框图，所述新型rack节点中板管理系统功能包括二级管理系统功能、节点管理功能和风扇管理功能；

步骤s2，设计新型rack节点中板系统互联拓扑，所述新型rack节点中板系统互联拓扑包括rack系统中的该新型rack节点中板与节点背板、二级电源板、主板依次互联的拓扑，该新型节点中板与风扇控制板、风扇的互联拓扑，以及该新型节点中板与一级管理主板的互联拓扑；

步骤s3，设计新型rack节点中板逻辑框图。实现了该节点中板具体功能实现的逻辑框图，用以为该节点中板详细原理图设计进行指导。

如图2所示，设计新型rack节点中板管理系统功能框图，rack管理系统中采用了二级管理的方式，rmc(rack管理主板)为第一级管理，节点中板为第二级管理。所述步骤s1包括以下具体步骤：

步骤s11，通过节点中板与4u空间内的节点模块互联，用以实现节点信息监控、管理功能；

步骤s12，通过节点中板与4u空间内的风扇模块互联，用以实现风扇信息监控、管理功能；

步骤s13，通过节点中板与管理主板互联，用以实现4u空间内节点、风扇管理信息的上报，以及实现管理系统对4u空间内节点、风扇的管理控制策略执行。

如图3所示，设计设计新型rack节点中板系统互联拓扑，包括节点管理、风扇管理、系统管理互联拓扑三部分。通过该系统互联拓扑图进行管理系统互联，从而实现4u空间内的节点监控、散热监控、故障告警、管理控制等。所述步骤s2包括以下具体步骤：

步骤s21，设计节点管理互联拓扑：(1)节点中板与节点背板、二级电源板、节点bmc拓扑互联，用以实现4u空间节点信息的监控管理；(2)节点中板通过ipmb总线与4u空间内12个节点的主板bmc通信，用以实现基于ipmb规范的12个节点的带外监控管理；(3)节点主板bmc通过多路i2c总线与各节点内部的被监控芯片、部件相连，用以负责节点资产管理、实时监控和故障诊断；

步骤s22，设计风扇管理互联拓扑：(1)节点中板与风扇控制板、风扇拓扑互联，用以实现4u空间散热监控管理；(2)节点中板通过pwm、tach、present信号与风扇通信，用以实现3个风扇转速调节和风量补偿调节等功能管理；(3)节点中板通过i2c与风扇控制板上的功耗监测芯片通信，用以实现4u空间内的风扇功耗监控；

步骤s23，设计管理系统互联拓扑：(1)节点中板与管理主板通过网络接口控制器(nic)互联，用以实现节点中板(二级管理)到管理主板rmc(一级管理)的通信；(2)节点主板通过网络交换机(100m管理网络)与管理主板互联，用以实现节点中板与管理主板的节点信息上报、散热信息上报、故障信息上报、一级管理命令接收。如图1所示，设计新型rack节点中板逻辑框图。所述步骤s3包括以下具体步骤：

步骤s31，主芯片选型：新型的rack节点中板采用ast1250作为主芯片进行二级管理设计；ast1250为arm9内核的管理芯片，相比与以前的单片机控制芯片，极大提高了二级管理的芯片处理能力和速度；

步骤s32，节点、风扇状态监测设计:节点中板通过gpio进行12个节点的在位检测、节点bmcreset、风扇控制板在位检测、风扇在位检测和风扇状态指示灯控制，用以实现4u空间内节点、风扇的状态的快速检测；

步骤s33，节点管理设计：节点中板通过14组i2c进行12个节点的ipmb通信、风扇控制板功耗监测、资产管理、rtc、温度检测；使用1对1的i2c通道实现节点ipmb通信，实现节点信息的快速收集；通过单独的i2c通道实现风扇控制板的功耗快速监测。

步骤s34，节点中板wdt功能设计：节点中板通过gpio练级外置的wdt(watchdogtimer)，当节点中板的ast1250芯片每间隔1～2秒进行喂狗操作，如果节点中板失效，则不会发生喂狗操作，wdt芯片会触发节点中板重新启动，风扇控制板检测到该信息将恢复到预设的满足散热需求的转速控制；

步骤s35，节点中板wdt功能设计：节点中板通过i2c通道连接rtc，节点中板通过rtc芯片读取时间，当节点中板掉电后，rtc芯片切换到电池供电，系统时间能继续运行，ast1250芯片重新上电后可直接读取该rtc芯片内的时间，从而保证系统log的时间正确性；

步骤s36，节点中板管理通系统信设计：节点中板通过网络接口控制器与管理主板互联，用以实现一级管理与二级管理的快速通信，相比与以前基于i2c的与管理主板通信，大幅度提升了节点信息、散热信息、故障信息的上报速度。

在rack管理系统中，通过新型rack节点中板实现4u空间内节点管理、散热管理。新型rack节点中板采用ast1250为新型rack节点中板主芯片。节点中板通过gpio实现12个节点的在位检测、节点bmcreset控制、风扇控制板在位检测、风扇在位检测、风扇状态指示灯控制等功能。

节点中板通过14组i2c实现12个节点的ipmb通信、风扇控制板功耗监测、资产管理、rtc、温度检测等功能；节点中板与节点bmc采用1对1的i2c通道实现节点管理通信，实现节点信息的快速采集和上报。

引入wdt设计，当节点中板失效时，通过wdt会触发节点中板重启，提高产品可靠性；引入rtc功能，保障系统log的时间正确性，提高故障上报准确性；节点中板通过100m管理网络实现管理主板通信，提高rack一级管理与二级管理的通信效率。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。