热插拔技术文件

CompactPCI 总线的热插拔技术研究及其实现 梁俊 1, 2 ，王建立 1，孟浩然 1 (1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所；2.中国科学院研究生院) 摘 要：从硬件和软件方面对热插拔的相关概念进行详细介绍，并讨论了热插拔系统的工作 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 。给出利用PCI9054和LTC1644实现热插拔的硬件电路设计方法，并验证了该方法的可行 性，从而为开发支持热插拔的CompactPCI/PXI板卡提供非常好的借鉴作用。 关键词：CompactPCI，热插拔，LTC1644 中图分类号：TP316 文献标识码：B The study and realizing of the Hot Swap on the basis of CompactPCI Bus LIANG jun1,2，WANG Jian- li1 ，MENG Hao- ran1 (1.Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Changchun 130033, China; 2.Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China） Abstract:：The paper give a particular description about the Hot Swap from the software and hardware, and introduce the working process in the Hot Swap’s system. Besides, it also provide the solution how to design the hardware by using PCI9054 and LTC1644, which has been proved .So it can give a good example for the designer who want to design the Compact/PXI Board which can support the Hot Swap. KeyWord: CompactPCI,，Hot Swap，LTC1644 1． 引言 PCI总线具有传输速率高、自动配置等特点，其广泛应用于低档至高档的台式系统。金 手指和总线插槽之间存在空隙，在潮湿、盐雾、酸雾的侵蚀下会导致金手指和总线接触不良； 在震荡剧烈的条件下PCI板卡也容易弹出，于是限制了PCI总线在工控等领域的发展。 CompactPCI结合PCI的电气特性和Eurocard机械封装的特性，其除了具有PCI总线的高性能和 欧洲卡结构的高可靠性之外，CompactPCI总线 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 [ 1]还支持“热插拔”功能，这可以使得用 户从正在运行的系统中插拔电路板而不会损坏其它电路板，更不会引起系统崩溃，从而保证 系统硬件被替换、维护或升级时系统仍能够正常运行。因此，在工业控制领域、军工和电信 等领域，基于CompactPCI总线的系统逐渐被用户接受。 2．热插拔概述 2.1 热插拔基本概念 热插拔(Hot Swap)是指在系统不断电的情况下，可以拔出或插入热插拔工作模块，而不 影响系统的正常运行。热插拔技术可以提供有 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 地访问热插拔设备，允许在不停机或很少 需要操作人员参与的情况下，实现故障恢复和系统重新配置。为了使系统能够支持热插拔， CompactPCI 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 在硬件和软件方面都作了特殊的规定。 2.1.1 硬件方面 主要从连接器的角度进行讨论。CompactPCI 的连接器分为长针、中针和短针，它采用 如图 1 所示的分级针脚，使得 CompactPCI 模块在插入或拔出时的各引脚按一定的顺序与系 统底板进行连接或断开，从而在硬件方面使 CompactPCI 板卡支持热插拔。分级针脚分为长、 中、短三级针脚。 长针：电源、地线引脚。用于插槽放电和 Vo 引脚预充电，如:3.3V, 5V,士 12V, GND 等 中针：PCI 总线信号引脚。当模块上电以后这些信号应该保持三态。为了减小对 PCI 信 号的影响，在插入过程中，应预充电到 1V 左右。 短针：IDSEL、BD_SEL#引脚。用于模块插入/拔出的确认信号，当这个信号有效时(低 电平)，表示整个模块已完全插入系统中。 图 1 CompactPCI 连接器示意图 2.1.2 软件方面 热插拔除了在硬件电路上要求采取上面所述的措施以防电气损坏或干扰其它模块正常 工作外，还要求在系统的驱动程序级、服务程序级以及在应用程序级上有足够的附加软件来 支持。软件的功能，不外乎是能够反应外围卡所送来的信号，进而分配或移除资源给外围卡 以及加载或卸载外围卡的驱动程序。通常，当系统上电时，系统的 BIOS 分配一个内存地址 空间和一个 I/O 空间给每个 CompactPCI 模块。当一个 CompactPCI 模块被插入或在系统己经 配置后被拔出，它要求系统检测该事件并动态地重新配置内存和 I/O 地址空间。 Hot Swap 服务程序包含外围卡的资源分配及卸载、驱动程序的加载及卸载，以及 Hot Swap 指示灯的使能等。这是最复杂的一部分，须考虑到所有可能的资源分配，包括 I/O 端口、内 存及中断分配。目前凌华科技等公司已经陆续开发了 Windows 系列及 Linux 上 Hot Swap 服 务程序。 2.2 热插拔系统的工作流程 根据热插拔的连接顺序，CompactPCI热插拔技术规范[2]将热插拔划分为三个过程:物理 连接、硬件连接和软件连接[4]。下面详细说明这三个过程，以及在每个过程中硬件和软件的 状态。 (1)物理连接过程 物理连接过程是一个机械连接过程。在机械连接的过程中，在插入CompactPCI板卡模块 时，首先通过板卡两侧的静电条放电，电源、地线引脚首先接通，该模块的预充电电路对PCI 信号总线(如AD31～AD0、C/BE3～C/BE0、FRAME#、IRDY#、TRDY#、DEVSEL#、STOP#、LOCK#、 PERR#、SERR#、PAR、IDSEL等）进行预加电，使这些信号线在与系统连接前维持在1.0V左右， 从而使其与系统总线连接时产生的瞬态电流最小，最大限度地减小对总线的瞬态干扰，达到 保护总线信号的目的。然后是中长引脚（PCI信号总线）与系统总线接通，最后是短针引脚 （IDSEL、BD_SEL#）接通，同时向系统发出一个使能信号，系统由此知道有一模块已经插入 系统，即开始对它进行初始化。当模块拔出时，上述事件发的顺序正好相反。 (2)硬件连接过程 硬件连接过程指模块与背板CompactPCI总线的电气连接/断开，包括上电复位、上电检 测、模块自身的初始化以及加载配置空间数据等。 (3)软件连接过程 软件连接过程指软件层同系统的连接或断开连接过程。对于模块的插入，这一过程包括 分配系统资源，如内存空间分配、加载驱动程序和其它相关的软件，模块可以被操作系统或 应用程序使用；对于模块的拔出，这一过程包括释放系统资源，关闭驱动程序和相应的软件。 3．热插拔的电路实现 热插拔设计的核心就是电源管理，按照一定的速率为模块上电和断电，同时为PCI总线 信号提供1V左右的预充电电压。系统中采用PCI9054作为PCI接口芯片，利用电源管理芯片 LTC1644对CompactPCI的电源进行管理，同时也为PCI总线信号（AD31～AD0、C/BE3～C/BE0、 FRAME#等）提供预充电电压。热插拔部分的电路原理图如图2所示。 R3 0.1 Q1 R5 10 Q3 MMBT2222A 12Vin1 VEEin2 OFF/ON#5 FAULT#6 PWRGD#7 RESETin#9 3V in 17 3V se ns e 16 G A T E 15 3V ou t 18 5V in 13 5V se ns e 14 5V ou t 3 12Vout 20 VEEout 19 TIMER 4 RESETout# 10 G N D 8 PR E CH A R G E 12 D R IV E 11 U1 LTC1644 Q2 R4 0.1 R6 10 5VLONG 5V 3.3VLONG 3.3V R10 2K R11 1.2K5VIN R9 2K5VIN R12 18 R15 12 R8 1K 3.3VIN R7 1K Drive 12VOUT -12VOUT 5VOUT 3.3VOUT PCI9054 ResetR16 10K3.3VOUT I/O I/O R14 51K R13 51K I/O I/O R1 0.1 R2 0.1 12V -12V BD_SEL# HEALTHY# PCI_RST# GND I/O I/O C1 0.01uF C5 0.047uF IRF7413 IRF7413 C2 0.01uFC3 0.01uF C4 0.01uF C6 0.1uF D1 LEDon/LEDin S1 微动开关 R17 10K R18 10K R19 10K 3.3VOUT RST# Reset ENUM#R20 10K ENUM#ENUM# ENUM# 图2 PCI9054热插拔电路 3.1 电源管理芯片LT1644的接口设计 LTC1644 是一块专门用于热插拔的电源管理芯片[3]。对于热插拔模块来说，除了 PCI9054 和 LTC1644 从 CompactPCI 的接口取电以外，其它模块（如 AD、DSP 等）都只能从 LTC1644 的输出端取电。它支持对 CompactPCI 总线上的 5V 、3.3V、12V、-12V 电源进行控制，同时 对 5V 和 3. 3V 输出电压提供过载和短路的双重保护。 PRECHARGE引脚用于产生lV的预充电电压，可在板卡插拔过程中对总线I／O引脚施加偏 置。预充电的PCI总线信号（如AD31～AD0、C/BE3～C/BE0、FRAME#等）经过51K电阻上拉至 预充电电压PRECHARGE引脚。 OFF/ON#引脚经 2K 电阻上拉后与 CompactPCI 背板的 BD_SEL#相连。板卡插入时，短针 BD_SEL#最后连接，由于 CompactPCI 的背板已对 BD_SEL#进行特殊处理，BD_SEL#刚接触到 背板时便会被拉低，因此可以形象的把 BD_SEL#看作是 LTC1644 的工作开关。当 OFF/ON#被 拉为低电平时，LTC1644 开始检测+5 V、+3.3 V、+12 V、-12V 这四路电源是否过流，如果 出现电流过大情况，LTC1644 将有效 FAUIT#信号，同时板卡将一直处于复位状态；如果各路 的电压超过阀值（12Vout≥11.1V, 5Vout ≥4.62V，3.3Vout ≥2.9Vand -12Vout ≤ –10.5V），LTC1644 的 PWRGD#脚输出低有效。PWRGD#脚与 CompactPCI 背板的 HEAITHY#信 号相连，因此板卡就可以通过 HEALTHY#信号通知背板中的热插拔控制器(HSC)板卡电源是否 正常。电源正常，HEALTHY#输出低电平；反之输出高电平。LTC1644 根据 HEALTHY#和背板 PCI_RST#的信号状态，从 RESETout(10 脚)输出板卡的复位信号，该复位信号上拉后与 PCI9054 的 RST#脚连接。HEALTHY#、PCI_RST#(背板)与 RESETout#的逻辑关系如表 1 所示。 表 1 RESETout#的逻辑真值表 PCI_RST#(背板) HEALTHY# RESETout# 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 3.2 PCI9054的接口设计 PCI9054支持CompactPCI热插拔规范[5]，利用ENUM#和LEDon/LEDin管脚以及相关寄存器 （HS_CNTL、HS_NEXT和 HS_CSR）实现热插拔功能。 ENUM#是一个热插拔控制信号，通知 CPU 系统的配置将要发生变化。当 CompactPCI 板 卡插入或拔出系统时，使能 ENUM#信号，通知 CPU 板卡将被插入或拔出。PCI9054 的 ENUM# 信号经 10K 的电阻上拉后直接与背板中的 ENUM#相连。 尤其要注意的是，PCI9054 的 LEDon/LEDin 是一个分时复用输入输出 IO。当用作输出 IO 时，驱动模块的 LED 指示灯，表征板卡的状态将要发生改变，通过 HS_CSR 寄存器来进行控 制。例如，当系统允许拔出板卡时，点亮 LED 灯，告诉用户可以拔出板卡。当用作输入 IO 时，用来响应 CompactPCI 模块扳手上的微动开关。模块将要插入或拔出系统时，这个开关 就先动作，通知主控 CPU 将会有板卡的状态发生改变。LEDon/LEDin 的引角连接如图 2所示。 值得注意的是，PCI9030 利用 2 个 IO 脚(CPCISW 和 LEDon 脚)来完成此功能， 4．结论 热插拔是CompactPCI中最关键的部分，也是硬件设计中的难点。本文在介绍热插拔概念 和原理的基础上，着重说明Hot Swap的工作流程，并详细讨论利用PCI9054和LTC1644等芯片 实现热插拔的硬件电路设计方法。对于开发支持热插拔的CompactPCI板卡具有很好的借鉴作 用。 本文作者创新点：从硬件和软件方面对CompactPCI热插拔技术进行 了详细分析，详细 介绍CompactPCI板卡模块的连接过程，并提出相关的硬件解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，即利用电源管理芯片 LTC1644和PCI9054实现CompactPCI板卡的热插拔。 参考文献： [1]CompactPCI Specification [2]CompactPCI Hot Swap Specification [3]LTC1644 DataBook．Linear Technology Inc ,2000 [4]刘红．通用 CompactPCI/PXI 接口技术的研究．四川大学硕士论文，2005.4 [5]韩雪峰．基于 PCI 总线的高速数据采集接口的设计与实现．微计算机信息．2005（08S）： 71-73 作者简介： 梁俊(1982.09～ )，男，宁夏吴忠，中科院长春光学精密机械与物理研究所硕士研究生， 主要研究方向：CompactPCI/PXI接口技术研究 王建立(1971～ )，男，山东曲阜，研究员，主要研究方向：深空探测和光电火控技术研 究。 About Author: Liang Jun, Male, Born in Sep ,1982, A graduate student in Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics. Rearch area: the technology of CompactPCI and PXI interface. Wang ,Jianli, Male, Born in 1971,Researcher. Rearch area: the detect of deep space and the technology of Electro-Optical fire control. E-mail: lij930@sina.com 通信地址： 吉林省长春市经济开发区营口路 20 号研究生公寓 C 座 408 室 梁俊 邮编：130033