PCI總線的熱插拔技術(shù)及實現(xiàn)
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摘要：具有熱插拔PCI槽現(xiàn)已成為許多需要長時間不間斷工作和能夠在線維修的計算機系統(tǒng)的必備功能。文中介紹了熱插拔的基本技術(shù)問題，給出了利用Linear Technology公司的熱插拔電源控制芯片LTC1421來實現(xiàn)PCI總線熱插拔的具體電路以及工作過程。
關(guān)鍵字：PCI總線；熱插拔；LTC1421
PCI總線已經(jīng)廣泛使用在高性能個人計算機和單板計算機中，由于具有32／64位的數(shù)據(jù)寬度和最高達133Mbps的帶寬，因而PCI可滿足絕大多數(shù)I／O設(shè)備的要求。但是原始的PCI規(guī)范并沒有熱插拔功能，這樣當(dāng)外設(shè)插入或拔出時必須關(guān)閉系統(tǒng)電源。
在PCI總線應(yīng)用到服務(wù)器、生命監(jiān)護系統(tǒng)、工業(yè)控制計算機、電話交換系統(tǒng)的重要場合時，由于需要長時間的不間斷工作和在線維修，PCI槽的外設(shè)熱插拔能力成了必備的功能。本文給出了一個通過使用熱插拔電源控制芯片LTC1421來控制外設(shè)電源的具體方法，它是用專用雙向總線開關(guān)來緩沖數(shù)據(jù)總線的，這樣外設(shè)就可以實現(xiàn)熱插拔而不必關(guān)閉主電源。
1熱插拔的基本技術(shù)問題
當(dāng)外設(shè)插入時，外設(shè)上的電源旁路電容在充電時會從PCI電源上吸收很大的瞬態(tài)電流，這個瞬態(tài)電流取決于電源電壓和電源內(nèi)阻以及旁路電容的容量，這樣的瞬態(tài)電流有時可以達到數(shù)安培，因而會引起接插件和電路板線條的永久損壞。該瞬態(tài)電流同時也會引起尖峰干擾，使系統(tǒng)中的其它外設(shè)被強制進入復(fù)位狀態(tài)。
第二個問題涉及到大多數(shù)邏輯元件系列中的輸入和輸出電路內(nèi)接到電源端VCC的二極管。當(dāng)外設(shè)初始未加電時，VCC輸入端到邏輯門往往位于地電位。當(dāng)數(shù)據(jù)總線引腳開始接觸時，接到VCC的二極管可能會將總線拉到地電位，這樣就破壞了數(shù)據(jù)線上的狀態(tài)。另外，由于電流流經(jīng)二極管會使邏輯門被鎖定，從而當(dāng)電路加電時會產(chǎn)生輸出邏輯沖突，從而對電路造成損壞。
PCI總線熱插拔的PCI槽在主板上的電路如圖1所示。
在該電路中，每個PCI槽的電源都將受LTC1421以及附加的場效應(yīng)管的控制。數(shù)據(jù)總線則由幾個QS3384緩沖。由ASIC、FPGA或微處理器構(gòu)成的電源控制器可以控制所有的外設(shè)電源。
電路中的12V、5V、3．3V和－12V電源由外置串聯(lián)N－FET功率管Q1～Q4來控制。它可將串聯(lián)三極管的門極電壓控制在一定的速率上，并將從 PCI電源上吸收的瞬態(tài)浪涌電流（I＝CdV／dt）控制在一個安全的數(shù)值。正電源的上升速率被設(shè)定在dV／dt＝20μA／C2，－12V電源由R7和C3設(shè)置，R5和Q5用于幫助更快地關(guān)閉Q2。電阻R9，R11，R12用來防止?jié)撛诘母哳lFET振蕩。上拉電阻R13和R14可把PWRGD和
信號拉到適當(dāng)?shù)倪壿嬰娖剑淞硪欢怂拥碾娫慈Q于控制器所用的電源。
電壓檢測電阻R1，R2和R3用來提供電流出錯保護。當(dāng)R1和R2上的電壓大于50mV并超過10μs后，LTC1421電路關(guān)斷器被觸發(fā)而立即關(guān)斷所有FET，并將拉為低電平。電路關(guān)斷器的狀態(tài)可通過
引腳復(fù)位。對3．3V電源的保護是通過電阻R6與R8的分壓提供的。由于－12V電源的電流較低，因而未加過流保護。
串聯(lián)在數(shù)據(jù)總線內(nèi)的總線開關(guān)上包含一個N溝道低電阻開關(guān)。當(dāng)外設(shè)電路板插入時，該開關(guān)是斷開的，直到電源穩(wěn)定后才接通。開關(guān)的輸入和輸出腳都沒有接VCC的二極管，且輸入電容也很小。
2熱插拔PCI電路的工作過程
PCI功率控制器可以通過功率選擇位感應(yīng)到電路板的插入。另外，用戶也能夠通過面板開關(guān)或鍵盤來使系統(tǒng)感知到控制器電路板的插入。在有電路板插入時，PCI控制器保持RST＃腳為低電位以關(guān)閉數(shù)據(jù)總線開關(guān)，然后打開腳，使電源以控制的速率慢慢打開。當(dāng)12V電源上升到最終值的10％以內(nèi)時，PWRGD信號拉高有效。PCI電源控制器在等待一個復(fù)位時間后拉高RST＃信號，并打開總線開關(guān)。
當(dāng)電路板拔出時，RST＃被拉低，總線開關(guān)隨之關(guān)閉。LTC1421也通過拉低而關(guān)閉，經(jīng)過20ms延時后外部FET關(guān)閉，電源電壓消失。
3結(jié)束語
通過使用LTC1421和總線開關(guān)可使PCI槽實現(xiàn)熱插拔。這樣當(dāng)外設(shè)插入或拔掉時就不用關(guān)閉系統(tǒng)電源，從而使得系統(tǒng)能夠不間斷的長時間連續(xù)工作。在這之前，許多熱插拔技術(shù)還需要模擬電路的技巧，而使用LTC1421可安全可靠的實現(xiàn)熱插拔，用戶所需做的僅僅是附加幾個場效應(yīng)管和電阻電容而已。
本文僅介紹了PCI總線熱插拔的基本電路構(gòu)成，但在實際應(yīng)用時還需要系統(tǒng)軟件的支持，包括電路故障的自動檢測和診斷、容錯系統(tǒng)的設(shè)計、系統(tǒng)的自動重構(gòu)等功能。
參考文獻
1．曾繁泰，馮保初編著．PCI總線與多媒體計算機， 電子工業(yè)出版社，北京：1998
2．LinearTechnologyCorporation：DataBook，1998
3．袁田光，陳以農(nóng)編著．容錯與避錯技術(shù)及其應(yīng)用． 科學(xué)出版社，北京：1992
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