一种基于CPLD的服务器风扇及BMC故障监测电路的制作方法

本实用新型涉及故障监测技术领域，尤其是一种基于cpld的服务器风扇及bmc故障监测电路。

背景技术：

目前服务器的集成度越来越高，尤其是像刀片服务器及专用于人工智能计算的ai服务器等，它们在较小的机箱空间内集成了多颗cpu、gpu、内存条及硬盘等，高集成度的服务器在提供更高性能的同时也加剧了机箱散热的压力。目前服务器常见的散热方式仍然是通过风扇抽风或者吹风来带走机箱中的热量，风扇的散热能力在很大程度上影响了风冷型服务器工作的性能。由于在服务器开机后风扇一直处于高速运转状态，长时间磨损及灰尘堆积会使扇轴润滑度较差，风扇噪音增大及转速减低，严重的时候还有可能把机芯烧坏，影响机器的正常运行。目前服务器上的风扇主要采用四线制控制方式，其转速由bmc根据温度传感器传回的温度数据直接调控。因此，为了保证服务器能够长时间正常持续运转，对风扇及bmc的故障实时监测尤为重要。

目前服务器上的风扇主要采用四线制控制方式，如图1所示，其中决定风扇转速的pwm脉冲宽度调制信号由主板上的bmc芯片直接发出接入风扇，固定周期的pwm方波信号的占空比(方波信号高电平时段占整个周期的比例)决定了风扇的运转速度，占空比越大，则风扇转速越大；由风扇反馈的表征实际转速的tach信号通常连接至bmc的专用tach引脚，tach信号是占空比为50％的方波信号，且风扇转速越快则tach信号频率越高。目前在很多服务器设计中，tach信号接至bmc后除了将其转化翻译为转速数值外并没有做近一步处理，这种情况下即使风扇出现故障后转速异常，也并没有有效的监测措施及报警设计；部分服务器利用bmc比较输出信号pwm和输入信号tach的差异，判断风扇运行状态，但是pwm信号和tach信号均由bmc进行操作，当bmc中的风扇控制模块本身出现故障时，将很难控制及判断风扇的运行情况，而且此种设计往往要在板卡上额外增加pca9555等外围芯片；目前bmc本身的故障监测通常使用watchdog信号，通过单一信号监测bmc故障有误检测风险。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于cpld的服务器风扇及bmc故障监测电路，在cpld中完成风扇运行状态和bmc运行的监测，提升了诊断速度。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

本实用新型提供了一种基于cpld的服务器风扇及bmc故障监测电路，分别与风扇和bmc连接，其特征是，包括cpld模块，所述风扇状态输出端输出转速反馈信号tach，所述风扇状态输出端分别与bmc输入端、cpld输入端连接；所述bmc输出端输出风扇转速控制信号pwm，所述bmc输出端分别与风扇控制输入端、cpld输入端连接；所述cpld模块在pwm信号占空比与tach信号频率之间不满足风扇手册规定的对应关系时、在pwm信号异常时触发报警电路。

进一步地，所述cpld模块还分别与时钟输入单元和led显示单元连接。

进一步地，所述cpld模块包括依次连接的pwm信号边沿检测单元和pwm信号计数单元，依次连接的tach信号边沿检测单元和tach信号计数单元，查表判断单元，报警驱动单元；所述bmc输出端与pwm信号边沿检测单元连接，所述风扇状态输出端与tach信号边沿检测单元连接；pwm信号计数单元的输出端与tach信号计数单元的输出端分别与查表判断单元的输入端连接，查表判断单元的输出端与报警驱动单元连接。

进一步地，所述pwm信号边沿检测单元包括pwm信号上升沿检测电路和pwm信号下降沿检测电路；所述pwm信号上升沿检测电路包括若干个依次连接的d触发器和反相器，d触发器的时钟输入端外接时钟输入单元；所述反相器的输出与pwm信号计数单元的输入端连接。

进一步地，所述tach信号边沿检测单元包括tach信号上升沿检测电路和tach信号下降沿检测电路；所述tach信号上升沿检测电路包括若干个依次连接的d触发器和反相器，d触发器的时钟输入端外接时钟输入单元；所述反相器的输出与tach信号计数单元的输入端连接。

进一步地，所述查表判断单元存储风扇手册定义的pwm占空比m与tach信号频率ftach的对应关系，查表判断单元将两路输入端信号进行比较，在两者不满足风扇手册定义的对应关系时输出控制信号到报警驱动单元。

实用新型内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是实用新型所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本实用新型提出了一种基于cpld的服务器风扇及bmc故障监测电路。本专利将pwm信号及tach信号同时接入cpld，在cpld内部完成风扇运行状态的监测，节省了bmc内部的资源，而且基于cpld硬件逻辑电路的故障监控具有较快的响应速度，节省了pca9555等外围芯片；目前bmc本身的故障监测通常使用watchdog信号，通过单一信号监测bmc故障有误检测风险，本专利可通过pwm波形形态判断bmc运行状态，在bmc风扇控制模块本身出现故障时及时侦测并报警，提升了诊断速度。

附图说明

图1是现有技术风扇运行监控示意图；

图2是本实用新型实施例硬件电路结构示意图；

图3是pwm信号边沿检测示意图；

图4是tach信号边沿检测示意图；

图5是下降沿检测电路结构示意图；

图6是上升沿检测电路结构示意图；

其中，101、服务器四线制散热风扇，102、板载bmc芯片，103、pwm信号，104、tach信号，105、上拉电阻，106、上拉电阻，107、cpld芯片，108、pwm信号的边沿检测电路，109、时钟计数及运算单元，110、tach信号的边沿检测电路，111、时钟计数及运算单元，112、查找表-判断电路，113、报警驱动单元，114、控制故障灯，115、晶体振荡器。

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，对本实用新型进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本实用新型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。本实用新型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实用新型。

如图2所示，一种基于cpld的服务器风扇及bmc故障监测电路，分别与风扇101和bmc102连接，包括cpld模块107，风扇状态输出端输出转速反馈信号tach，风扇状态输出端分别与bmc输入端、cpld输入端连接；bmc输出端输出风扇转速控制信号pwm，bmc输出端分别与风扇控制输入端、cpld输入端连接；cpld模块在pwm信号占空比与tach信号频率之间不满足风扇手册规定的对应关系时触发报警电路，在pwm信号异常时触发报警电路。cpld模块还分别与晶体振荡器115和控制故障灯114连接。

pwm信号的边沿检测电路108的功能是在系统时钟下检测pwm方波信号的上升沿及下降沿；时钟计数及运算单元109具体功能为当108每检测到pwm信号的上升沿时，开始对系统时钟进行计数，如图3所示，接着当108检测到pwm信号的下降沿时记录计数值从而获得pwm信号的高电平时间th1，当108再次检测到pwm信号的上升沿时，记录计数值可获得pwm信号周期tpwm，此时计数器清零开始新一轮检测。将pwm信号高电平时间th1与pwm信号周期tpwm信号作比值即获得当前pwm信号占空比m。

如图4所示，tach信号的边沿检测电路110的功能是在系统时钟下检测tach方波信号的上升沿及下降沿；时钟计数及运算单元111的功能为当110每检测到tach信号的上升沿时，开始对系统时钟进行计数，当110每检测到tach信号的下降沿时结束计数，由此得到tach信号的高电平时间th2，可得tach信号的频率为ftach＝1/(2th2)。

如图5所示，其中201为典型d触发器，其输入信号d为pwm或tach信号，clk’为系统时钟，q为信号d经触发器延时一拍时钟后的输出信号，q’为q的反相输出信号，在本实用新型中该信号未被使用。输入信号rst为高电平或低电平有效的复位信号，功能是对d触发器进行异步复位。201的作用是基于d触发器对毛刺信号不敏感的特性，滤掉pwm及tach输入信号中的毛刺信号。

202和203为典型d触发器，输入信号d均为前级触发器的q端输出信号，此两级d触发器的作用是滤掉按键输入信号中的部分毛刺信号并为204提供输入；205为数字反相器电路，其功能是将202的q端输出信号逻辑取反。204为“逻辑与”门级电路，其一端输入信号为前级d触发器的q端输出，另一端输入为反相器203的输出；204输出为“1”时即代表检测到了pwm或tach信号的下降沿。同理，上升沿检测电路如图6，不再赘述。

查找表-判断电路112存储了风扇手册定义的pwm占空比m与tach信号频率ftach的对应关系。112模块进行对比判断，如果109及111输出的m与ftach数据能够对应且满足风扇手册规定，则114led无报警；如果两者不能满足风扇手册定义的对应关系，则113将驱动点亮114led报警。

当112检测到pwm信号持续占空比为100％超过一定时间t时，则代表bmc出现故障或服务器系统持续过热，113将驱动点亮114led报警提醒；或当112检测到的pwm信号周期tpwm并非风扇手册定义的标准周期时长，则代表bmc出现故障，113也将驱动点亮114led报警提醒。

本实用新型将原本只接入bmc的风扇控制信号pwm及转速反馈信号tach同时接入了cpld，利用边沿检测电路提取pwm和tach信号的上升沿及下降沿，以此获得实际的pwm波形周期及占空比数据，并得到tach信号的频率，从而监测服务器风扇运行状态，并可根据pwm波形形态判断bmc故障。

本实用新型主要应用于服务器上的风扇的故障的检测，上述边沿检测电路检测到pwm及tach信号的上升沿及下降沿时，驱动时钟计数及运算单元分别开始计数，从而获得pwm信号占空比。假设m＝75％及tach信号的频率ftach＝1/(2th2)＝10000hz，查找表-判断电路判断75％与10000hz是否满足风扇手册规定的对应关系，如果手册规定pwm75％的占空比对应于10000hz的tach反馈频率，则led无报警；如果两者不能满足风扇手册定义的对应关系，则将驱动点亮led报警。另，当检测到pwm信号持续占空比为100％超过一定时间假设t＝5分钟时，则代表bmc出现故障或服务器系统持续过热，将驱动点亮led报警提醒；或当检测到的pwm信号周期tpwm并非风扇手册定义的标准周期时长，则代表bmc出现故障，也将驱动点亮led报警提醒。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。