热插拔实现方法、热插拔系统及板卡技术方案

本发明专利技术公开了一种热插拔实现方法、热插拔系统及板卡，该板卡包括：预充电模块，插入时通过长针先和背板连接，将总线电压拉升至设定的预充电电压，拔出时在总线电压下降至预充电电压后与背板断开连接；总线，通过中针，插入时在自身电压上拉至预充电电压后与背板连接，板卡上电；拔出时，在板卡上的各元器件复位后与背板断开连接；逻辑器件，插入时，在总线与背板连接后，检测到短针插入完成时，解除对板卡上的元器件的复位状态设定；拔出时，检测到板卡与背板的连接的短针断开时，复位板卡上的各元器件。通过预充电模块在总线连接或断开的过程中维持预充电电压，减小插拔过程中的电流和电压冲击，提高板卡的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电路设计
，尤指一种热插拔实现方法、热插拔系统及板卡。
技术介绍
热插拔是设备出现硬件故障时，对出现故障的硬件设备进行维修或者更换经常需 要的操作，尤其是当设备发生硬件故障，且整机设备位于核心网络中，不能将整个设备下电 后再取出故障设备时，能够对发生故障的硬件进行热插拔是很必要的。目前比较通用的机箱式设备，都是通过背板给各个板卡提供直流电源，一般为12V 或者48V，当新的板卡热插入的时候，新插入的板卡上面的电源输入端都存在一个较大的电 容。如图1所示，即为总线型连接的板卡的电容效应示意图。由于电容电压不能突变，即在 进行热插拔的接触瞬间电容上面的电压保持为0，会造成背板的总线电源的电压出现非常 大的跌落，从而会影响正在工作的板卡电源电压不稳定，导致系统异常。而连接背板和各个板卡的信号线也存在相同的问题，即无论是专用集成电路 (Application Specific Integrated Circuit,ASIC)还是其他逻辑器件，在其输出管脚也 都会存在一个输出电容。如图2所示，即为ASIC或其他逻辑器件连接到背板时，其输出端 的等效电容(信号线连接造成的)示意图。当热插拔发生时，仍然相当于在正常信号线上 面并接了一个电容，而对电容充电需要消耗一定的电流，从而影响信号线上面的电平幅值， 导致正在工作的板卡上的电平波动，造成板卡上面的逻辑门产生错误的逻辑电平判决。也就是说，现有的板卡和背板在进行热插拔时，在板卡热插拔瞬间，由于电容效 应，都会对被拔插系统的电源或者信号电平的幅度造成冲击。为了在热插拔过程中不对整 机设备和硬件本身造成破坏，在需要进行热插拔的设备中引入了热插拔保护电路。现有的热插拔保护实现方法大致包括电源的缓启动设计、长短针检测、总线信号 的开关设计等设计方式。为了将电容效应降低到最低的程度而使用的电源缓启动设计，一般是在热插拔的 板卡的电源输入端，增加一级缓启动电路设计，使板卡插入时电源电压的跌落不至于导致 正在工作的板卡发生异常。这种方式一般应用于业务线卡的热插拔设计。这种业务线卡的 热插拔技术相对成熟，通过增加电源的缓启动电路设计减小业务线卡在拔插瞬间对背板电 源系统造成的电平跌落；同时，在热插拔业务线卡的信号总线上面增加一个总线开关，当检 测到业务线卡完全插入到位后，再打开信号总线开关，通过业务线卡上面的电可擦可编程 只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, EEPROM)器件保 存的线卡类型来加载对应的驱动程序。而对于主控板的热插拔技术则相对不太成熟，不同的设备商根据各自设备的应用 环境采取对应的设计方法实现。尤其是对于集中式路由器，由于其主板上信号线比较多。 例如外设部件互连标准(Peripheral Component Interconnect, PCI)总线的数量多达49 根，从成本和印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)布局上面，都不可能采取电源缓启 动类似的处理方法，也不大可能采用设置电源总线开关的方式。为了避免热插拔瞬间对系统和信号电平的冲击，在主控板的热插拔设计上，通常通过长短针来控制信号线、电源线、 地线等与背板接触的先后时间顺序；将地管脚，电源管脚设计为最长针，将信号管脚设计为 最短针，意图使主控板上电、芯片初始化完成芯片输出三态后，信号管脚才和背板接触，从 而降低热插拔对系统的影响。但上述采用长短针的电路管脚涉及存在下列问题 (1)由于各个接口芯片的初始化时间不尽相同，设计无法做到通用性，硬件的可移 植性很差。由于接口芯片的初始化时间不同，导致长短针的设计不能保证在芯片初始化完 成后信号管脚才开始接触。例如一个长短针设计，能够满足使用A公司的接口芯片可以实 现接口芯片初始化完成后，信号管脚才开始接触，但是，换成B公司的接口芯片后，可能就 会出现接口芯片初始化尚未完成后，信号管脚已经接触，从而导致板卡热插拔的时候，出现 系统异常。也就是说，这种方式不能适应不同芯片规格、不同初始化时间等性能参数不同的 接口芯片的热插拔需求，其通用性差，缓启动效果不佳。(2)缓启动时间不可控制。上述长短针的设计方法目的是在信号线还没有和背板 接触之前，芯片完成上电初始化，输出三态。但是热插拔板卡的电源和背板接触到芯片初始 化完成，这一缓启动的需要一定的时间，由于对长短针接触的时间间隔内并没有任何的约 束关系，因此，在主控板卡热插拔过程中，如果是慢速插入则可以满足缓启动的时间间隔要 求中，芯片可以正常启动，不会出现问题；如果快速插入，可能导致热插拔的主控板卡的芯 片的上电初始化还没有完成，最短针已经和背板接触，仍然会导致系统异常。也就是说，这 种长短针的设计方式，可控性比较差，不能很好的避免热插拔过程中系统电平波动，不能完 全避免系统异常出现。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种热插拔实现方法、热插拔系统及板卡，用以解决现有技术 中存在长短针的设计方式通用性和可控性差，不能很好的避免热插拔过程中造成的系统异 常的问题。一种热插拔板卡，包括预充电模块、总线和与总线连接的逻辑器件；所述预充电模块，通过设置的长针，在所述板卡插入背板时先和背板连接，将总线 电压拉升至设定的预充电电压；在所述板卡从背板上拔出时维持板卡上的总线电压为设定 的预充电电压，在所述总线电压下降至所述预充电电压后与背板断开连接，完成热拔出；所述总线，通过设置的中针，在所述板卡插入背板时，在自身电压上拉至所述预充 电电压后与背板连接，板卡上电；在所述板卡从背板上拔出时，在板卡上的各元器件复位 后，与背板断开连接；所述逻辑器件，在所述板卡插入背板时，在所述总线与背板连接后，开始检测板卡 与背板的连接情况并保持板卡上的各元器件为复位状态，当检测到设置的短针插入完成 时，解除对板卡上的元器件的复位状态设定；在所述板卡从背板上拔出时，检测到板卡与背 板的短针连接断开时，复位板卡上的各元器件。一种热插拔系统，包括背板和至少一个上 述的板卡。一种热插入实现方法，包括当所述板卡插入背板时，所述板卡上设置的预充电模块通过设置的长针和背板先连接，将总线电压拉升至设定的预充电电压；在电压上拉至所述预充电电压后，所述总线通过设置的中针与背板连接，板卡上 电，板卡上的逻辑器件开始检测板卡与背板的连接情况并保持板卡上的各元器件为复位状 态；当所述逻辑器件检测到设置的短针连接完成时，解除对板卡上的元器件的复位状 态设定，板卡开始初始化。一种热拔出实现方法，包括当所述板卡从背板上拔出时，板卡上的逻辑器件检测到板卡与背板之间的短针连 接断开时，复位板卡上的各元器件；板卡上的各元器件复位后，所述板卡上的总线与背板之间连接的中针断开，设置 的预充电模块维持板卡上的总线电压为设定的预充电电压；在所述总线电压下降至所述预充电电压后，所述预充电模块与背板之间连接的长 针断开，完成板卡的热拔出。 本专利技术有益效果如下本专利技术实施例提供的热插拔实现方法、热插拔系统及板卡，通过预充电模块在插 入过程中先与背板连接对总线进行预充电，将总线电压提升至设定的预充电电压，在断开 时，最后断开预充电模块与背板的连接，使总线电压先降低至预充电电压，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热插拔板卡，其特征在于，包括：预充电模块、总线和与总线连接的逻辑器件；所述预充电模块，通过设置的长针，在所述板卡插入背板时先和背板连接，将总线电压拉升至设定的预充电电压；在所述板卡从背板上拔出时维持板卡上的总线电压为设定的预充电电压，在所述总线电压下降至所述预充电电压后与背板断开连接，完成热拔出；所述总线，通过设置的中针，在所述板卡插入背板时，在自身电压上拉至所述预充电电压后与背板连接，板卡上电；在所述板卡从背板上拔出时，在板卡上的各元器件复位后，与背板断开连接；所述逻辑器件，在所述板卡插入背板时，在所述总线与背板连接后，开始检测板卡与背板的连接情况并保持板卡上的各元器件为复位状态，当检测到设置的短针插入完成时，解除对板卡上的元器件的复位状态设定；在所述板卡从背板上拔出时，检测到板卡与背板之间的短针连接断开时，复位板卡上的各元器件。

【技术特征摘要】
一种热插拔板卡，其特征在于，包括预充电模块、总线和与总线连接的逻辑器件；所述预充电模块，通过设置的长针，在所述板卡插入背板时先和背板连接，将总线电压拉升至设定的预充电电压；在所述板卡从背板上拔出时维持板卡上的总线电压为设定的预充电电压，在所述总线电压下降至所述预充电电压后与背板断开连接，完成热拔出；所述总线，通过设置的中针，在所述板卡插入背板时，在自身电压上拉至所述预充电电压后与背板连接，板卡上电；在所述板卡从背板上拔出时，在板卡上的各元器件复位后，与背板断开连接；所述逻辑器件，在所述板卡插入背板时，在所述总线与背板连接后，开始检测板卡与背板的连接情况并保持板卡上的各元器件为复位状态，当检测到设置的短针插入完成时，解除对板卡上的元器件的复位状态设定；在所述板卡从背板上拔出时，检测到板卡与背板之间的短针连接断开时，复位板卡上的各元器件。2.如权利要求1所述的板卡，其特征在于，所述预充电模块，具体用于通过背板获取背板上已连接的另一板卡上的电源转换模块输出的电压，将获取的电压 转化为设定的预充电电压，使与预充电模块连接的总线上的电压维持为所述预充电电压。3.如权利要求1所述的板卡，其特征在于，还包括电源转换模块，用于在板卡插入背板后，将从背板获取的电压转换后，通过背板提供给 其他待插入的板卡的预充电模块。4.如权利要求3所述的板卡，其特征在于，所述电源转换模块具体包括缓启动单元、 电流变换单元和单向控制单元；所述缓启动单元，用于在板卡插入背板后，将从背板上获取的电压传送给电流变换单元；电流变换单元，对缓启动单元提供的电压进行变换，通过电流流向控制单元提供给其 他待插入的板卡的预充电模块；单向控制单元，用于控制电流流向，使电流变换单元单向向背板提供电压。5.如权利要求1所述的板卡，其特征在于，还包括设置在所述总线上并和逻辑器件连 接的开关器件；所述开关器件，在板卡插入背板时，所述逻辑器件检测到板卡插入完成前，保持关闭状 态；在板卡拔出背板时，在所述逻辑器件检测到检测板卡与背板的连接开始脱离时改变为 关闭状态。6.如权利要求1-5任一所述的板卡，其特征在于，还包括滤波单元和信号检测单元； 所述滤波单元，用于对新插入的板卡的硬件状态信号进行滤波；所述信号检测单元，用于按照设定的周期对滤波处理后的硬件状态信号进行两次采 样，当比较确定两次采样得到的状态值相同时，确定采样得到的状态值为初始化完成的板 卡的硬件状态信号的状态值。7.一种热插拔系统，其特征在于，包括背板和至少一个如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖群，李凤麟，
申请(专利权)人：北京星网锐捷网络技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]