专利名称：一种单板集中管理与控制的实现系统与方法
技术领域：
本发明涉及电子通讯及自动化控制领域，具体的说，是一种分布式控制系统中对各功能单板进行集中 管理与控制的系统与方法。
背景技术：
在电子系统设计中，分布式控制与管理系统是非常常见的。例如在大型通讯设备中，处 于同一个机框内的功能单板通常就采用分布式控制方式实现对系统中各功能单板的集中管理 和控制。
在该系统中，主控单板采用什么方式实现对所有功能单板的识别和管理功能，是在整个 系统设计中需要重点考虑的问题。而且即使设计中对于所有功能单板的电源管脚都进行了兼 容设计，在单板插错的情况下不会出现电源或者地信号接错的问题，但是此时功能单板还是 有可能因为其他信号冲突导致硬件损坏或者导致系统无法正常工作。例如插错槽位导致两块 功能单板的输出信号接在了一起，这样也会出现单板损坏或者整个系统工作不正常的情况。 对于设计成熟的系统而言，即使在功能单板插错槽位的情况下，也要确保硬件不发生损坏， 并且不会影响到正在运行的整个系统的正常工作。
在华为技术有限公司提出的专利号为CN1484159的中国专利"利用系统板上的CPU进 行集中控制处理的方法"中，公开了一种利用系统板上的CPU进行集中控制处理的方法，至 少包括下列操作步骤(1 )该系统控制板上的CPU向该系统中的所有各个单板提供CPU总 线，系统控制板还为每一个单板分别设置单板在位线和片选信号线；(2 )在该系统中对每一 个槽位的单板分配一个地址；(3 )藉助所述的CPU总线、单板在位线和片选信号线的各种 组合，该系统控制板上的CPU对该系统中的所有单板进行集中控制处理；各个单板则通过向 系统控制板上的CPU发出中断或告警信号，请求控制处理。
在TOSHIBA CORP提出的专利号为JP04232556A的国际专利"MOUNTED BOARD MANAGEMENT SYSTEM"中，公开了一种单板管理系统，可以避免错误的地址设置并且不 需要进行复杂地址总线设计。实现方法为在母板1一侧的地址设置单元161-16N给出的地 址数据首先临时存储到地址存储单元Al ，然后通过连接器D发送给地址有效性检测单元A2。 地址有效性检测单元A2将地址存储单元Al中的地址数据和母板地址总线11给出的地址数
据进行比较，只有在地址一致的时候才会产生片选信号CE，然后发送CE信号到数据输入输 出控制单元A3。 A3单元接收到CE信号之后，通过控制总线13收发控制数据，就可以通过 数据总线12进行状态的访问以及数据的输入输出操作。
在中国专利CN1484159中，主要是采用硬件设计方法实现单板的检测和控制管理功能， 使用CPU总线、片选和中断实现主控单板对于功能单板的控制和访问，这占用了大量系统硬 件资源，并不适合大型系统应用。 一旦系统中的单板数量很多的时候，CPU资源就可能不足， 无法实现大量功能单板的控制和管理。在国际专利JP04232556A中，主要通过硬件设计实现 单板的管理和控制，同时需要设计存储单元、地址有效性检测单元、地址总线和控制总线， 这增大了系统的复杂性，同时也导致设计和生产成本增加。
综上所述，上述的2个专利都是只是在系统可以正常运行的情况下对系统中功能单板进 行集中控制和管理，而没有考虑如何检测并且避免单板插错状态，也无法确保单板插错时不 会出现硬件损坏甚至整个系统无法工作的问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明提出了一种通过通讯总线实现主控板对所有功 能单板的集中管理和控制的系统和方法。
一种单板集中管理和控制的实现系统，包括主控单元、与多个功能单板对应的管理单 元和输出控制单元，其特征在于
所述主控单元通过通讯总线连接到各个功能单板对应的管理单元，所述功能单板对应的 管理单元通过输出控制信号连接到各自对应的输出控制单元。
根据系统需求选取合适的通讯总线，釆用合理的通讯协议，在通讯数据帧中包含有用于 区分不同功能单板的板类型号字节。
对功能单板的电源和通讯接口进行兼容处理；
对功能单板上存储的单板类型、槽位、版本等信息进行统一的规划和分配。
所述主控单元，在功能单板插入插槽上电后，将功能单板通过通讯电路上报的单板类型、 槽位、版本信息与主控单元的存储设备中事先设定的单板类型、槽位、版本的对应关系进行
比较，若单板插入的槽位不正确，给出告警信息；若正确，通过通讯电路下发命令，使功能 单板的业务信号输出。
所述管理单元，通过通讯电路和主控单元进行通讯；
所述管理单元，通过输出控制信号设置输出控制单元的状态，控制业务信号输出通路打 开或关闭。
所述输出控制单元，至少包括门控端控制I/O信号和接口芯片；
所述输出控制单元，在功能单板上电之后，通过硬件设置自动令所有的输出信号为关闭 状态，将功能单板上的业务信号和整个系统相互隔离。
一种单板集中管理和控制的实现方法，包括如下步骤
第一步，系统上电，主控单元正常运行；
第二步，插入功能单板，功能单板上电，单板上的输出控制单元自动令所有业务信号为 关闭状态，所有业务信号无法输出到背板；
第三步，功能单板上的管理单元读取当前的槽位号、单板板类型号和版本信息，通过通 讯接口上报给主控单元；
第四步，主控单元将接收到的功能单板上报的当前的槽位号、单板板类型号、版本信息， 与按照规划预先存放在主控单元中的板类型号、槽位号和版本信息对应关系进行比较；
第五步，主控单板判定功能单板槽位号、板类型号或者版本信息不相符，则发送告警信 息，然后跳转到第八步；
第六步，主控单板判定功能单板槽位号、板类型号和版本信息相符，则下发业务信号输 出使能命令给功能单板；
第七步，功能单板上的管理单元接收到输出使能命令，设置输出控制信号状态，打开业 务信号输出通道，令功能单板上的业务输出信号有效，此时功能单板开始正常运行；
第八步，转其它操作。
本发明通过通讯总线，实现各功能单板之间的信息交换，然后由主控单元控制和管理所 有功能单板。解决了分布式系统设计中单板集中管理和控制的问题，且在插错单板的情况下， 确保硬件不会发生毁坏，整个系统正常工作。
图1是分布式系统中单板集中管理系统框图2是输出控制单元设计实例；
图3是单板集中管理与控制的实现流程图。
具体实施例方式
本发明提出的分布式系统中单板集中管理系统框图如图1所示。
本发明主要包括主控单元101 、与多个功能单板对应的各自的管理单元102和输出控制单 元103。
主控单元101通过通讯总线连接到所有功能模块上的管理单元102，在功能单板上的管理 单元102通过输出控制信号连接到各自对应的输出控制单元103。 主控单元101为整个系统的主控单元，实现的功能主要包括-
(1) 通过通讯总线和每个功能单板上的管理单元通讯。主控单元通过通讯总线下发各种 控制命令，控制功能单板的运行；同时主控单元还通过通讯总线接收管理单元上报的各种信 息。
(2) 存放有由用户事先设定的功能单板板类型、槽位和版本的对应关系。 每块功能单板上都带有一个管理单元，管理单元可以实现对于功能单板的管理和控制。
管理单元102实现的功能包括
(1) 管理单元通过通讯总线和主控单元通讯；管理单元可以上报各种数据和信息给主控 单元；也可以接收主控单元下发的控制命令，根据控制命令控制功能单板运行；
(2) 管理单元可以读取功能单板上存储的单板类型、槽位、版本等各种信息；
(3) 可以通过输出控制信号设置输出控制单元的状态，控制业务信号输出通路打开或者关闭。
每块功能单板上都带有一个输出控制单元103，用于控制功能单板上的业务信号输出或 者关闭。
输出控制单元103实现的功能包括
(1) 上电后自动令所有业务信号输出为关闭状态；
(2) 当输出控制信号有效的时候，打开输出通路，令所有业务信号正常输出。 在这些硬件上实现的单板集中管理和控制方法，主要是通过通讯总线，实现各功能单板
之间的信息交换，然后由主控单元控制和管理所有功能单板。
本发明中，需要对于系统架构进行整体设计，这包括选择通讯总线、电源和通讯接口设 计，以及槽位和板类型等信息的统一规划。
首先根据具体应用选定整个系统的通讯总线，实现主控单板和所有功能单板之间的数据 交换通道。例如可以采用串行总线或者并行总线实现通讯。主控单元和所有功能单板上的管 理单元通过通讯通道相互通讯。根据通讯的数据量可以选择合适的串行总线实现通讯。
例如交换数据量很大，通讯速率要求很高的应用，可以采用LAN实现；而通讯数据量较
小的应用，可以采用I2C总线、SPI总线或RS485总线设计。通过采用合理的通讯协议，在 通讯数据帧中包含有单板板类型号字节，用来区分不同的功能单板，只有对应该板类型号的 功能单板对该通讯数据帧进行处理和相应。这样可以有效地实现分布式系统中主控单元101 对于功能单元102中所有单板的集中控制和管理功能。
然后对于机框背板上所有功能单板的电源和通讯接口都进行兼容设计，实现机框背板上 的电源和通讯接口可以兼容所有的功能单板。例如可以设计同一机框中所有功能单板对外接 口中的电源、地和通讯接口信号都采用相同的接口管脚实现，这样即使功能单板插入了错误 的槽位，由于电源、地和通讯接口信号都相同，不会出现电源接口信号短路的情况，通讯通 道也可以正常工作。
最后需要对所有功能单板的板类型编号、应该占用的槽位编号、单板版本编号进行统一 的规划和分配。
下面具体介绍主控单元、管理单元和输出控制单元的具体实施方法。 主控单元101至少包括CPU、存储设备和一个通讯接口。 CPU用于实现对主控单元和所
有功能单板的控制和通讯。存储设备中存储了用户设定的单板类型、槽位和版本的对应关系 表，用于判断和检测单板类型、槽位和版本是否相符。通讯接口用于实现主控单元和所有功 能单板的通讯。 一旦有功能单板插入插槽中上电，功能单板通过通讯通路自动上报板类型号、 当前所在的槽位和版本，主控单元将功能单板上报的单板类型、当前所在槽位记录和版本记 录下来，和存储设备中用户事先设定的单板类型、槽位和版本的对应关系相互比较， 一旦发 现单板插入的槽位不正确，主控单元可以给出告警信息。在实际应用中，用户可以根据实际 使用情况制定和调整板类型和槽位对应关系表，以满足各种不同的系统配置情况和具体应用需求。
主控单元101还可以记录系统中各个功能单板的相关信息。功能单板上电之后，除了上
报单板类型、当前所在槽位和版本的同时，还可以上报各种单板状态信息，例如单板资源情 况、单板运行状态、单板软件版本等各种信息，主控单元可以记录功能单板上报的单板信息， 便于实现对所有功能单板状态的监测。如果需要的话，主控单板可以将单板信息表中的所有 单板信息通过外接的显示设备进行显示。
如果单板插入槽位正确，主控单元可以通过通讯通道下发通讯命令给该功能单板，使该 功能单板的业务信号输出。同时主控单元可以通过下发各种命令实现对于所有功能单板的集 中控制和管理，例如实现单板运行状态监控、单板复位、进行业务操作等功能。
每块功能单板上都具有相应的管理单元和输出控制单元。
管理单元102至少包括CPU、存储设备、l个通讯接口和l根输出的I/0信号。CPU通
过通讯接口和主控单元通讯。同时管理单元可以读取单板运行状态、单板软件版本等各种信
息。这些信息一般都存放在存储设备中，例如存放在RAM或者FLASH中，也可以存放在记 录信息的硬件电路中，例如记录单板板类型号或者单板版本的电路。而且，管理单元通过输 出的l根I/0信号，连接到瑜出控制单元的门控端I/0信号上，管理单元可以通过该I/0信号
控制功能单板的业务信号输出。
输出控制单元103至少包括门控端控制I/O信号和接口芯片。在实际应用中，功能单板 输出的业务信号都要通过驱动或者锁存等接口芯片处理之后才会输出单板，通用的接口芯片 都带有输出门控端，设置该门控端使输出为高阻态就可以关闭所有业务输出。例如可以使用 CMOS驱动芯片、LVDS驱动芯片、继电器或者光耦作为接口芯片。然后采用通用I/O信号 控制接口芯片的门控端，实现对业务信号输出通路的控制。
同时在功能单板上电之后，输出控制单元通过硬件设计自动令所有的输出信号为关闭状
态，将功能单板上的业务信号和整个系统相互隔离。即使插错了槽位，也不会由于功能单板 的输出信号短路导致的硬件损坏，同时对于正在运行的系统没有任何影响。例如可以对所有 接口芯片的门控端采用电阻进行上/下拉设计，保证门控端控制i/o信号默认为无效状态(输 出关闭状态)。在实际应用中，特别是对于那些必须不间断工作的设备，在新增或者更换功能 单板的时候，只能在整个设备工作状态下插入功能单板。此时如果功能单板插错槽位，就很 可能导致整个系统工作不正常。采用上述的输出信号控制电路设计，就可以有效地将新增功 能单板隔离在系统之外，保证系统的正常运行。图2给出了输出控制单元的一种实例。
功能单板集中管理与控制的实现方法如下-
第一步整个系统上电，主控单元正常运行；
第二步插入功能单板，功能单板上电，单板上的输出控制单元自动令所有业务信号为 关闭状态，所有业务信号无法输出到背板；
第三步功能单板上的管理单元读取当前的槽位号、单板板类型号和版本号等信息，通 过通讯接口上报给主控单元；
第四步主控单元将接收到的功能单板上报的当前的槽位号、单板板类型号、版本等信 息，与按照规划预先存放在主控单元中的板类型号、槽位号和版本编号对应关系进行比较；
第五步主控单板判定功能单板槽位号、板类型号或者版本编号不相符，则发送告警信 息，然后跳转到第八步；
第六步主控单板判定功能单板槽位号、板类型号和版本编号相符，则下发业务信号输 出使能命令给功能单板；
第七步功能单板上的管理单元接收到输出使能命令，设置输出控制信号状态，打开业 务信号输出通道，令功能单板上的业务输出信号有效，此时功能单板开始正常运行；
第八步转其它操作。
图3中给出了单板集中管理方法的流程图。
整个系统管理通过通讯总线来实现通讯，具体通讯方式可根据实际需求进行灵活选择。
整个系统中各单板的电源与通讯接口采取兼容性设计，保证插入单板可以上电启动运行 且通讯通道正常工作。
采用输出控制单元对单板业务信号进行输出控制，只有在系统确认插入单板正确的情况 下才开放业务信号的输出。即使功能单板插错槽位，也不会影响整个系统的正常工作。特别 适合在那些必须不间断工作的系统级设备上应用。
用户可以根据实际情况调整单板类型号和槽位以及单板版本之间的对应关系，灵活实现 集中管理与控制。
权利要求
1、一种单板集中管理和控制的实现系统，包括主控单元、与多个功能单板对应的管理单元和输出控制单元，其特征在于所述主控单元通过通讯总线连接到各个功能单板对应的管理单元，所述功能单板对应的管理单元通过输出控制信号连接到各自对应的输出控制单元。
2、 如权利要求1所述的单板集中管理和控制的实现系统，其特征在于 根据系统需求选取合适的通讯总线，采用合理的通讯协议，在通讯数据帧中包含有用于区分不同功能单板的板类型号字节。
3、 如权利要求1所述的单板集中管理和控制的实现系统，其特征在于 对功能单板的电源和通讯接口进行兼容处理；对功能单板上存储的单板类型、槽位、版本等信息进行统一的规划和分配。
4、 如权利要求1或2或3所述的单板集中管理和控制的实现系统，其特征在于 所述主控单元，在功能单板插入插槽上电后，将功能单板通过通讯电路上报的单板类型、槽位、版本信息与主控单元的存储设备中事先设定的单板类型、槽位、版本的对应关系进行 比较，若单板插入的槽位不正确，给出告警信息；若正确，通过通讯电路下发命令，使功能 单板的业务信号输出。
5、 如权利要求1或2或3所述的单板集中管理和控制的实现系统，其特征在于-所述管理单元，通过通讯电路和主控单元进行通讯；所述管理单元，通过输出控制信号设置输出控制单元的状态，控制业务信号输出通路打 开或关闭。
6、 如权利要求1或2或3所述的单板集中管理和控制的实现系统，其特征在于 所述输出控制单元，至少包括门控端控制I/O信号和接口芯片；所述输出控制单元，在功能单板上电之后，通过硬件设置自动令所有的输出信号为关闭 状态，将功能单板上的业务信号和整个系统相互隔离。
7、 一种单板集中管理和控制的实现方法，其特征在于，包括如下步骤-第一步，系统上电，主控单元正常运行；第二步，插入功能单板，功能单板上电，单板上的输出控制单元自动令所有业务信号为 关闭状态，所有业务信号无法输出到背板；第三步，功能单板上的管理单元读取当前的槽位号、单板板类型号和版本信息，通过通 讯接口上报给主控单元；第四步，主控单元将接收到的功能单板上报的当前的槽位号、单板板类型号、版本信息， 与按照规划预先存放在主控单元中的板类型号、槽位号和版本信息对应关系进行比较；第五步，主控单板判定功能单板槽位号、板类型号或者版本信息不相符，则发送告警信 息，然后跳转到第八步；第六步，主控单板判定功能单板槽位号、板类型号和版本信息相符，则下发业务信号输 出使能命令给功能单板；第七步，功能单板上的管理单元接收到输出使能命令，设置输出控制信号状态，打开业 务信号输出通道，令功能单板上的业务输出信号有效，此时功能单板开始正常运行；第八步，转其它操作。
全文摘要
本发明公开了一种单板集中管理与控制的实现系统与方法，所述系统包括，主控单元、与多个功能单板对应的管理单元和输出控制单元，所述主控单元通过通讯总线连接到各个功能单板对应的管理单元，所述功能单板对应的管理单元通过输出控制信号连接到各自对应的输出控制单元。本发明通过通讯总线，实现各功能单板之间的信息交换，然后由主控单元控制和管理所有功能单板。解决了分布式系统设计中单板集中管理和控制的问题，且在插错单板的情况下，确保硬件不会发生毁坏，整个系统正常工作。
文档编号G06F11/00GK101097563SQ200610090460
公开日2008年1月2日 申请日期2006年6月27日 优先权日2006年6月27日
发明者嵘 周, 张来喜, 朱红军, 堃 牛, 磷 郝 申请人:中兴通讯股份有限公司