专利名称：一种MicroTCA系统、时钟卡及提供时钟的方法
技术领域：
本发明涉及微型电信计算架构(Micro Telecommunications Computing Architecture, MicroTCA )系统及其中的时钟卡和提供时钟的方法。
背景技术：
MicroTCA是PCI工业计算机制造组织(PCI Industrial Computers Manufacturers Group, PICMG)制定的计算机平台规范，MicroTCA采用标准的 AMC模块来构建小容量低成本的模块化通信平台，主要应用于中央机房
(Central Office )的小型电信设备或企业级通信设备。目前标准规范版本为 PICMG MicroTCA.O Rl.O版本。
如图1所示，是现有的MicroTCA的系统结构图。在一个MicroTCA系统中， 一个系统(Carrier)由机框、电源模块(Power Module, PM) 、 MicroTCA的 管理交换才莫块(MicroTCA Carrier Hub, MCH) 、 AMC组成，若干个Carrier 加上风扇模块(CoolingUnit, CU)构成一个架子(Shelf)。现有的MicroTCA 适用于300mm深机拒，也可以采用背靠背的配置方式放在600mm深机拒。
如图2所示，为现有MCH的结构示意图。MCH为MicroTCA系统的交换控 制模块，是整个系统的中心节点，其主要包括系统的控制和管理(MCMC) 单元、数据交换(Switch)单元、时钟(Clock)单元和测试(JTAG)单元等； 其中，MCMC单元是整个系统的管理模块，主要对AMC和PM进行管理，其中 IPMB-L为MCH管理AMC的连接、IPMB-O为MCH管理PM的连接；数据交换
(Switch)单元分为Fabric A到Fabric G的7个交换接口 ，提供最多12个AMC卡 的数据交换；时钟(Clock)单元实现系统的时钟功能，包括选择时钟源、产 生系统同步时钟，和将所产生的系统时钟同步时钟驱动到相连的各AMC卡等， 其中，CLKx用于标识时钟类型；测试(JTAG)单元主要完成系统的测试功 台^
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MicroTCA.O R1.0标准定义MCH的最大高度为6HP (约3cm),最多可以 通过4块PCB板实现，即一个MCH由4块PCB板组成，MCH的4块PCB被限定在 6HP的高度内，其中第一块PCB提供MCMC对MicroTCA系统的管理功能，以 及基本的交换功能(Fabric A端口 )；第二块PCB用于实现系统时钟和凄t据交 换的Fabric B端口 ，第三和第四PCB主要提供数据平面Fabric交换的Fabric C到 FabricG端口 (即FatPipe)。同时，标准中定义MCH与背板的连接器由4个舌 头(tongue )组成，其中tonguel提供MCMC单元和JTAG单元的连接管脚(Pin )、 tongue2提供Clock单元的连接管脚、tongue3和tongue4提供Fat Pipe (即Fabric C 到FabricG端口 )的连接管脚。
如图3所示，是现有的MicroTCA系统冗余时钟架构示意图；在现有的 MicroTCA.O R1.0规范定义中，由MCH来实现时钟功能，MicorTCA系统中采 用了星型的时钟拓朴结构，且在背板中仅定义了MCH槽位位于星型拓朴的中 心节点，只有MCH能提供足够的管脚与其他的AMC卡连接，所以时钟模块需 要在MCH上实现。
如图4所示，是现有的MicroTCA系统中时钟实现示意图；其与传统的 ATCA时钟实现方案一致，即在系统的中心节点(即MCH)上设置时钟模块； 其中，在一个时钟模块中包括了时钟源选择单元、锁相单元和时钟驱动单元。 其中，时钟源选择单元用于选择时钟源，所述时钟源为所有输入到时钟模块 的时钟源，如GPS时钟源、BITS时钟源、来自上一级的级连时钟源或来自AMC 卡的线路时钟源等；锁相单元用于对所选择的时钟源进行锁相同步后获得系 统同步时钟；驱动单元用于将所述系统同步时钟输入到相连的AMC卡中。
在一个具体的例子中，比较典型方式是MCH为MicroTCA系统提供三种时 钟，时钟二 (CLK2)为各个AMC卡提供给MCH中时钟模块的可选时钟源之
一；时钟一 (CLK1)和时钟三(CLK3)为MCH中时钟模块向各AMC卡提供 的主备系统同步时钟。
输入到MCH中的时钟源包括GPS时钟、BITS时钟、级联输入时钟和AMC 卡的线路时钟等时钟源。比较普遍的输入方式为GPS时钟、级联输入时钟和 BITS时钟通过面板提供接口接入，各AMC卡提供的时钟源通过背板连接。位 于主备MCH的时钟模块间存在互锁，MCH进行锁相同步后，将系统同步时钟 输出到各AMC卡。
如图5所示，示出了现有的一种AMC卡的端口的配置表。该配置表为 SCOPE组织所定义，详细地定义了AMC卡的端口分配。在制定AMC标准和 MicroTCA标准下一个版本时，该分配方案将是端口分配的重要依据，即在制 定与AMC相关的标准中，将按图5中的规范进行AMC的端口分配。其中，AMC 卡可以提供4个通信时钟通道，其中输入时钟端口2个(TCLKA、 TCLKC)， 接收来自于主备MCH的系统同步时钟；输出时钟端口 2个(TCLKB、 TCLKD), 向MCH提供线路时钟源。AMC还提供了 21个数据端口 4个公共区域端口 ( Port 0~3) 、 8个FatPipe交换端口 (Port4~ll) 、 9个扩展区域端口，其中端口12 可以用于AMC间直接互连，提供数据更新通道。
如图6所示，是现有的MicroTCA系统多框级联时钟分配的示意图。在 MicroTCA系统中多框级联时，在每个Carrier的MCH上都设置了时钟模块，其 中时钟模块的具体细节可参见图4所示。多框级联时，MicroTCA系统在从框 的MCH上也设置了时钟模块，每个时钟模块与主框MCH中的时钟模块一致， 也包含了诸如时钟源选择单元、锁相和晶振单元、驱动单元等。此时，主框 中的主MCH的驱动单元将系统同步时钟通过级联输出给各从框中的主MCH; 同理，主框中的备MCH将系统同步时钟提供给各从框中的备MCH。
综上，现有技术中，MicroTCA中的时钟模块在MCH上实现，由于MCH 受物理规格的限制，且需要同时实现交换、管理和时钟的功能，在实际应用 中时钟系统存在如下缺点 首先，MicroTCA标准中定义了MCH的物理规格，由于物理空间有限，实 现时钟较困难；例如，如果时钟精度需要达到加强3级钟的要求，时钟板对恒 温晶振的高度大概在lcm以上，同时在MCH上至少需要布两块PCB。对MCH 而言，要实现加强3级时钟或更高精度时钟时，很难适应规范中的MCH物理尺 寸。
再者，在多框级联时，从框中时钟模块的配置与主框中的时钟模块配置 一致，但在实际应用中，从框中的时钟模块单元中的一些单元(如锁相单元 等)可以不被使用到，故现有技术中的这种配置增加了系统成本。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种时钟系统， 可以降低硬件电路的实现难度，并在多框级联时，简化从框中的时钟模块， 降低系统的配置成本。
为解决上述技术问题，本发明实施例的一种MicroTCA时钟系统，包括 MCH、多个与所述MCH连接的AMC卡，进一步包括与所述MCH连接的时
钟卡，其中，
所述时钟卡包括
时钟选择单元，用于选择时钟源并输出；
锁相单元，用于根据所述时钟选择单元选择的时钟源生成系统同步时钟； 所述MCH包括
时钟驱动单元，用于将所述时钟卡产生的系统同步时钟驱动到与所述 MCH相连的多个AMC卡。
本发明实施例的一种级联的MicroTCA时钟系统，包括相互级联的主框 MicroTCA系统、至少 一个从框MicroTCA系统，其中，
所述主框MicroTCA系统至少包括时钟卡，所述时钟卡选择时钟源并生 成系统同步时钟，所述主框MicroTCA系统将所述系统同步时钟传送至从框
MicroTCA系统；
所述从框MicroTCA系统至少包括有从框MCH，所述从框MCH接收来 自主框MicroTCA系统的系统同步时钟，并将所述系统同步时钟驱动到与所 述MCH连接的多个从框AMC卡。
本发明实施例的一种时钟卡，主要包括
时钟选择单元，用于接收并选择时钟源；
锁相单元，用将所述选择的时钟源生成系统同步时钟并输出。
本发明实施例的一种在MicroTCA系统中提供时钟的方法，所述方法包 括如下步骤
时钟卡选择时钟源，并根据所选择的时钟源生成系统同步时钟； MCH将时钟卡生成的系统同步时钟驱动到与所述MCH相连的AMC卡。 综上，根据本发明实施例的时钟卡、MicroTCA系统及提供时钟的方法。 利用时钟卡与MCH中的时钟单元来共同实现MicroTCA系统的时钟，可以降 低MicroTCA时钟系统的实现难度，提供更高级别的系统同步时钟方案。且 在多个MicroTCA系统级联时，时钟整体配置成本低。
图1是现有的MicroTCA的系统结构图2是现有MCH的结构示意图3是现有的MicroTCA系统冗余时钟架构示意图4是现有的MicroTCA系统中的时钟模块实现示意图5是现有的一种AMC卡的端口的配置表；
图6是现有的MicroTCA系统多框级联时钟分配的示意图7是本发明优选实施例的MicroTCA系统的时钟分配示意图8是本发明优选实施例的MicroTCA系统结构示意图9是图8中详细连接示意图IO是图9中时钟卡结构示意图11是图9中主MCH的时钟模块示意图12是本发明实施例的MicroTCA系统多框级联时钟分配的示意图； 图13是图12的更详细的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图以优选实施例对本发明进行详细说明。
如图7所示，是本发明优选实施例的MicroTCA系统示意图；在本发明 的优选实施例中，将时钟模块的部分功能单元从MCH中独立出来，在 MicroTCA系统中配置独立的时钟卡，其中
所述MicroTCA时钟系统至少包括有主MCH、备MCH、两个冗余的时 钟卡及其他AMC卡，所述主MCH与其中一个时钟卡(主时钟卡)连接，备 MCH与另一个时钟卡(备时钟卡)连接，且两个时钟卡可以锁相同步。其中，
主MCH与备MCH仍然处于系统星型拓朴结构的中心节点位置，能与 AMC卡进行时钟信号的通信；其分别包括
时钟选择单元，用于接收并选择外部时钟源或来自AMC卡的AMC卡线 路时钟源信号，并将所选择的时钟源传送给时钟卡中，所述外部时钟源为BITS 时钟源、GPS时钟源等时钟源；
时钟驱动单元，用于接收时钟卡所产生的系统同步时钟信号，并将该系 统同步时钟驱动到各AMC卡；及
其他电路，如交换(Switch)单元、系统管理(MCMC )单元和测试(JTAG)
单元等，可参见对图1至图5的说明。 而时钟卡包括
时钟选择单元，用于接收并选择外部时钟或者来自主MCH或备MCH的 所选择的时钟源，所述外部时钟源为BITS时钟源、GPS时钟源等时钟源；
锁相单元，用于对时钟卡的时钟选择单元所选择的时钟源进行锁相同步 后获得系统同步时钟；该系统同步时钟会传送给主MCH或备MCH的时钟驱 动单元。
在本发明的实施例中，由于将MicroTCA系统的时钟功能分别在MCH和 时钟卡上实现，所以可以在时钟卡上实现高精度的时钟单元，如GPS卡、加 强3级钟的恒温晶振等，不会受到物理规格的限制(AMC的物理宽度也可以 做到6HP (约3cm)，且两个时钟卡间可以进行互锁。
MicroTCA系统的时钟卡槽位兼容AMC卡，如果系统不需要配置时钟卡， 时钟卡槽位可插入AMC卡。
在其他的实施例中，MicroTCA时钟系统也可以不采用主备冗余的结构， 即该MicroTCA时钟系统包括有一个MCH、 一个时钟卡及其他AMC卡，该 MCH与时钟卡连接，且该MCH与各AMC卡连接。其原理与前述对图7的 说明中类似。
在本明实施例的MicroTCA系统中，其提供时钟的方法的过程如下
MCH接收并选择外部时钟源或来自AMC卡的线路时钟源，并将选择的 时钟源传送给时钟卡；
时钟卡选择来自MCH的时钟源或外部时钟源，并根据所选择的时钟源生 成系统同步时钟源，并将该系统同步时钟源传送给MCH;
所述MCH将该系统同步时钟源驱动到与该MCH相连的各AMC卡。另外，如果该MicroTCA系统存在级连的主框或从框结构，则主框中的 MCH或时钟卡会通过一个级联输出接口将时钟卡所产生的系统同步时钟传送 给从框中的MCH中，具体的细节会在后文中进行详细说明。
下述的实施例均以具有主备冗余结构的MicroTCA时钟系统进行说明， 对于不具有主备冗余结构的MicroTCA时钟系统不再赘述。
如图8所示，是本发明优选实施例的MicroTCA系统结构示意图；并一 并参考图9所示，图9是图8中的部件更详细的连接示意图；在本实施例中， MicroTCA系统配置有主备冗余的2个MCH (即主MCH和备MCH)、两个 电源模块(PM)、两个时钟卡(即主时钟卡和备时钟卡)和10个AMC卡。 其中，时钟卡设置在MicroTCA系统的第1和第12槽位，其余的10个AMC 卡依次设置在MicroTCA系统的第2到第11槽位，主MCH和备MCH均与 各AMC卡连接，主MCH与主时钟卡连接，备MCH与备时钟卡连接。系统 中提供3种时钟，其中，主MCH和备MCH分别通过时钟CLK1和时钟CLK3 向每一个AMC卡提供系统同步时钟，各个AMC卡通过时钟CLK2为MCH 提供各个AMC卡的线路时钟源，其中，每个AMC卡同时向主备MCH提供 线路时钟源。
如图10所示，是图9中时钟卡的优选实施例的结构示意图；其中，模块 管理控制单元(module management controller, MMC)单元为提供该时钟卡 的板卡管理的单元，主要是接受来自MCH的管理；时钟引擎(ClockEngine) 主要包括图7中的锁相单元和时钟选择单元。三种时钟源分别为来于MCH的 线路时钟源、GPS时钟源和BITS时钟源，其中线路时钟源采占用图5中介绍 的TCLKA端口， GPS和BITS时钟源利用时钟卡的前面板提供接口；冗余时 钟卡的时钟互锁通道由图5中的AMC间的更新通道(Update Channel)提供， 即端口 12;用于级联输出时钟卡所产生的系统同步时钟的级联输出接口由前 面板提供。在另外的实施例中，该级联输出接口还可以设置在MCH上。
时钟卡的管理端口与AMC.0R2.0规范定义的一致。时钟卡所产生的系统 同步时钟通过图5中AMC的TCLKB端口与MCH连接，MCH的时钟驱动单 元将该系统同步时钟提供给MicroTCA系统中的与该MCH相连接的各个 AMC卡。
相对AMC.O标准，时钟卡在端口应用上仅作了非常微小的修改，即冗余 时钟卡间的时钟互锁通道占用了标准中定义的数据更新通道(Update Channel),其他端口依然与AMC标准定义的一致，当MicroTCA系统配置不 需要时钟卡时，槽位1和12可以直接插入AMC板卡，对系统而言，配置方 式将更加灵活，且比较有效的保持了各种AMC卡的兼容性。
如图11所示，是图9中主MCH的时钟模块一个优选实施例的示意MicroTCA.O R1.0中定义了 MCH与各个AMC的时钟接口 ，其主要通过 MCH的tongue2与AMC卡连接；在本发明的实施例中，对于MCH而言，其 时钟端口分配未作修改；通过其上的时钟选择单元和时钟驱动单元分别完成 线路时钟源的选择和系统同步时钟的驱动功能。此时简化了 MCH的时钟功能 模块，但保持MCH提供的时钟端口不变。
在图11中，MCH的选择模块的Ref—1到Ref—10代表来自于10个AMC 卡的线路时钟源，Out—1为MCH向时钟卡提供的线路时钟源；时钟驱动单元 中的输入接口有两个In_l为级联时钟输入接口、 In_2为时钟卡所产生的系 统同步时钟的输入接口，当该MCH处于主框时，无需接收级联输入时钟，只 需接收时钟卡的系统同步时钟并驱动到主框中与该MCH相连的10个AMC 卡中；当该MCH处于从框时，从框中无时钟卡，此时，其需要选择接收级联 输入时钟，并驱动到从框中与该MCH相连的IO个AMC卡中。
如图12所示，是本发明实施例的MicroTCA系统多框级联时钟分配的示 意图；并结合图13中的更详细的示意图。
当系统需要多框级联时，仅需要在主框MicroTCA系统(下称主框)中 设置时钟卡，在从框MicroTCA系统(下称从框)中无需设置时钟卡。且主 框与从框中均设置MCH，下面分别称之为主框MCH和从框MCH。主框中的 时钟卡选择时钟源(包括外部时钟源或AMC卡的线路时钟源)，根据所选择 的时钟源生成系统同步时钟，并将该系统同步时钟传送至从框中的从框MCH; 该从框MCH将所接收的系统同步时钟驱动到与所述从框MCH相连接的各个 从框AMC卡。
其中，主框中的时钟卡与主框MCH通过背板提供连接；时钟卡可以通过 线缆与从框中的从框MCH连接。
在所述级联MicroTCA系统中仅在主框中需要设置两个时钟卡，且每个 MicroTCA系统中的主框MCH都只需要配置简单的时钟单元，主要为时钟选 择单元和时钟驱动单元(可参照图7中所示的)。主框中的时钟卡通过面板提 供系统同步时钟的级联输出接口，通过线缆与从框MCH的级联输入接口连 接，再通过从框MCH的时钟驱动单元将系统同步时钟驱动到从框中的每个与 从框相连接的AMC卡中，而从框中的AMC卡不需要向该框中的从框MCH 提供时钟源，故从框中的AMC卡不需要提供CLK2时钟的连接。相对现有的 时钟级联方式，同时从框MicroTCA系统中不需要配置时钟的锁相单元，可 以降低级联系统的成本；同时，将系统同步时钟的级联输出接口设置在时钟 卡上，可以减少主框MCH面板的出线密度。在其他的一些实施例中，也可以 将时钟级联输出接口设置在主框MCH的面板上，时钟卡通过时钟端口 TCLKD向主框MCH提供级联时钟，主框MCH通过该级联输出接口向从框 的MCH提供系统同步时钟。
本发明实施例的MicroTCA系统、级联MicroTCA系统及时钟卡和提供时 钟的方法，可以降低MicroTCA时钟系统的实现难度，提供加强3级及更高 级别的系统同步时钟方案。多个MicroTCA系统级联时，时钟整体配置成本
低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种MicroTCA系统，包括MCH、多个与所述MCH连接的AMC卡，其特征在于，进一步包括与所述MCH连接的时钟卡，其中， 所述时钟卡包括 时钟选择单元，用于选择时钟源并输出； 锁相单元，用于根据所述时钟选择单元选择的时钟源生成系统同步时钟； 所述MCH包括 时钟驱动单元，用于将所述时钟卡产生的系统同步时钟驱动到与所述MCH相连的多个AMC卡。
2、 如权利要求1所述的MicroTCA系统，其特征在于，所述MCH进一 步包括时钟选择单元，用于选择时钟源并输出。
3、 如权利要求2所述的MicroTCA系统，其特征在于，所述MCH所选 择的时钟源为外部时钟源或来自各AMC卡的线路时钟源，所述时钟卡的时钟 选择单元所选择的时钟源为外部时钟源或来自MCH的时钟源，所述外部时钟 源可以为GPS时钟源或BITS时钟源。
4、 如权利要求1至3任一项所述的MicroTCA系统，其特征在于，所述 MCH或所述时钟卡还设有用于级联输出系统同步时钟的级联输出接口 。
5、 一种级联的MicroTCA系统，包括相互级联的主框MicroTCA系统、 至少一个从框MicroTCA系统，其特征在于，所述主框MicroTCA系统至少包括时钟卡，所述时钟卡选择时钟源并生 成系统同步时钟，所述主框MicroTCA系统将所述系统同步时钟传送至从框 MicroTCA系统； 所述从框MicroTCA系统至少包括有从框MCH，所述从框MCH接收来 自主框MicroTCA系统的系统同步时钟，并将所述系统同步时钟驱动到与所 述MCH连接的多个从框AMC卡。
6、 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述主框MicroTCA系统还 包括主框MCH，所述主框MCH用于接收并选择时钟源，将所选择的时钟源 传送给时钟卡；并用于接收主框时钟卡所生成的系统同步时钟，并将所述系 统同步时钟驱动到与所述主框MCH连接的各主框AMC卡。
7、 如权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述时钟卡或主框MCH 设有用于级联输出所述系统同步时钟的级联输出接口 ；所述从框MCH设有用 于接收系统同步时钟输入的级联输入接口 。
8、 一种时钟卡，其特征在于，主要包括 时钟选择单元，用于接收并选择时钟源；锁相单元，根据所述选择的时钟源生成系统同步时钟并输出。
9、 如权利要求8所述的时钟卡，其特征在于，所述时钟卡的时钟选择单 元所选择的时钟源为外部时钟源或来自所述MCH的时钟源；其中，来自所述 MCH的时钟源可以为AMC卡的线路时钟源，所述外部时钟源可以为GPS时 钟源或BITS时钟源。
10、 如权利要求8或9所述的时钟卡，其特征在于，所述时钟卡设有用 于级联输出所述系统同步时钟的级联输出接口 。
11、 如权利要求8或9所述的时钟卡，其特征在于，所述时钟卡的物理 尺寸符合AMC标准，且所述时钟卡的槽位与AMC卡的槽位相兼容。
12、 一种在MicroTCA系统中4是供时钟的方法，其特;f正在于，所述方法 包括如下步骤时钟卡选择时钟源，并根据所选择的时钟源生成系统同步时钟； MCH将时钟卡所生成的系统同步时钟驱动到AMC卡。
13、如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述时钟卡包括时钟选择 单元及锁相单元，所述时钟卡生成系统同步时钟的步骤进一步包括 所述时钟卡的时钟选择单元选择时钟源并输出；步时钟。
14、如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述MCH包括时钟 驱动单元，所述MCH将时钟卡所生成的系统同步时钟驱动到AMC卡的步骤 进一步包括所述时钟驱动单元将所述时钟卡产生的系统同步时钟驱动到与所述MCH 连接的AMC卡。
15、如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述MCH进一步包括时 钟选择单元，所述方法还包括步骤所述MCH的时钟选择单元选择时钟源并输出，所述MCH的时钟选择单 元选择时钟源可以为GPS时钟源、BITS时钟源或AMC卡的线路时钟源。
16、如权利要求M所述的方法，其特征在于，进一步包括所述MCH或所述时钟卡通过级联输出接口将系统同步时钟传送给与所述MicroTCA系统级联的至少一个从框MicroTCA系统的从框MCH中
全文摘要
本发明公开了一种MicroTCA系统，包括MCH、与所述MCH连接的时钟卡及多个AMC卡，其中，所述时钟卡包括时钟选择单元，用于选择时钟源并输出；锁相单元，用于将所述时钟卡的时钟选择单元所选择的时钟源生成系统同步时钟；所述MCH包括时钟驱动单元，用于将时钟卡所产生的系统同步时钟驱动到与所述MCH相连的多个AMC卡。本发明实施例还公开了一种时钟卡、级联的MicroTCA系统和提供时钟的方法。实施本发明的实施例，可以降低MicroTCA时钟系统的实现难度；且降低多个MicroTCA系统级联的配置成本。
文档编号H04L29/02GK101364861SQ20071002965
公开日2009年2月11日 申请日期2007年8月8日 优先权日2007年8月8日
发明者李善甫, 峰 洪, 成 陈 申请人:华为技术有限公司