[发明专利]高速信号电路的热插拔实现方法、系统及热插拔电路板卡

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理领域，尤指一种用于高速信号电路的热插拔实现方 法、系统及热插拔电路板卡。

背景技术

热插拔(Hot Swapping或Hot Plugging)，即带电插拔，是指允许用户在不 关闭系统，不切断电源的情况下从主机中插入或取出板卡，并且保证板卡插入 拔出前后整机系统均可正常工作，而不需要重新启动主机的技术。

热插拔一般用于对系统稳定性和持续运转有较高要求的设备上，用于保障 在某一块板卡需要维修/更新/加入的情况下，设备仍能正常工作，从而提高了 系统的持续可工作时间，提高对灾难的及时恢复能力、扩展性和灵活性等。

在热插拔设计当中，需要考虑板卡上接插件的触针接触顺序。如果所有信 号同时接触上电的话，可能会出现芯片状态机混乱而不能正常工作，或者芯片 管脚瞬间收到大电流的冲击而造成管脚的损坏等现象。因此，需要对热插拔电 路的时序进行合理设计，以保证信号完整性，即保证信号具有芯片或电路要求 的必需达到的电压电平值。如果信号时序设计不合理，轻则导致电路板卡或整 机系统的工作不稳定，重则导致电路板卡和整机系统芯片发生损坏，甚至造成 电路板卡的永久性损坏。

一般通过电源控制器来实现控制各个电源的上电顺序，以保证接插件信号 针在接触时，针上的电平是稳定的。避免出现大的冲击电流，也可以避免出现 由于针上电平不稳定而造成的状态机混乱等问题。电源控制器可以由电子开关 和复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)控制器 来实现，也可以由专用的热插拔控制芯片(比如：linear公司的LT4211芯片) 配合其外围的电路来实现。

如图1所示为采用外设组件互连标准(Peripheral Component Interconnect， PCI)接口的一个可热插拔的电路板卡的电路设计结构示意图。

图中的电路板卡包括：电源控制器、板卡功能电路、CPLD和存储器。存 储器和CPLD之间由地址总线、数据总线、CE、OE、WE等信号总线连通， 实现信号传输。CPLD与插槽之间由非受控电源总线、热插拔信号(Hot swap  signal，HSS)、系统枚举信号(Enumerate，ENUM)、两线式串行(Inter-Integrated  Circuit，I2C)、板卡片选(board select，BD SEL)等控制总线连通，实现信号 传输。板卡功能电路与插槽之间通过PCI数据总线连通，电源控制器与插槽之 间由电源总线。板卡功能电路与电源控制器之间也通过信号总线连通。

该电路板卡上的信号主要分为三种：PCI接口信号、电源信号和热插拔控 制信号(HS、ENUM、I2C、BD SEL等)。PCI接口信号是电路板卡插入主机 后，进行数据通信的通道；电源控制器实现电源的上电顺序，以及电路板卡内 部的电压转换工作；热插拔控制信号实现热拔插过程中主机和电路板卡的通信 功能。

电路板卡上的CPLD监控BD SEL信号，通过对该信号连续采样判断板卡 是否发生热插拔动作。当发生热插入时，通过发送ENUM和HSS信号到主机 报告主机有热插入动作发生，主机通过I2C总线发送应答命令，以通知电路板 卡继续完成后续将内部中断寄存器清零、中断复位、加载板卡接口驱动程序以 及通过I2C总线将相应寄存器置位以表示热插拔完成等操作。当发生热拔除时 报告主机，主机通过I2C总线发送命令，以通知电路板卡将内部中断寄存器清 零、中断复位、并卸载板卡接口驱动程序。