基于CPLD的可管理SAS硬盤(pán)背板設(shè)計(jì)

摘要：基于CPLD為核心設(shè)計(jì)了一款可管理的SAS硬盤(pán)背板，在方便更換故障硬盤(pán)的同時(shí)通過(guò)對(duì)LED燈的控制來(lái)指示硬盤(pán)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬盤(pán)狀態(tài)的監(jiān)控。測(cè)試結(jié)果表明該背板可以完成6Ghps SAS信號(hào)的傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬盤(pán)狀態(tài)指示，高速SAS信號(hào)滿足系統(tǒng)要求。
關(guān)鍵字：SAS硬盤(pán)；SGPIO；背板

SAS硬盤(pán)背板應(yīng)用于服務(wù)器產(chǎn)品中，擔(dān)當(dāng)著“增值線纜”的作用。之所以稱(chēng)之為“增值線纜”，一方面是因?yàn)樗鼘?duì)硬盤(pán)的連通作用，另一方而相對(duì)于單一的線纜來(lái)說(shuō)，硬盤(pán)背板還可以提供一些附加功能，如硬盤(pán)工作狀態(tài)指示、硬盤(pán)熱拔捕等硬盤(pán)背板從早期的光背板到最近的電背板，不斷改進(jìn)。隨著當(dāng)前用戶環(huán)境數(shù)據(jù)量的巨增，單臺(tái)服務(wù)器配置的硬盤(pán)數(shù)量和容量都有了大幅度地增長(zhǎng)，因此背板的需求也越來(lái)越多，硬盤(pán)背板的設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制已成為影響服務(wù)器整機(jī)性能和穩(wěn)定性的一個(gè)重要關(guān)注點(diǎn)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
硬盤(pán)背板是SAS線的擴(kuò)展，在完成擴(kuò)展的同時(shí)對(duì)硬盤(pán)狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。硬盤(pán)背板主要包括四個(gè)部分，如圖1所示，接口單元，CPLD控制單元，溫度檢測(cè)單元和電源部分。下面分別介紹各部分的功能。

1．1 接口單元
接口單元包括Minisas接口，SAS接口，SMBus(System Management Bus)接口。Minisas接口將從服務(wù)器端HBA (Host Bus Adapter)／RAID (Redum(dant Array of Independent Disk)控制卡獲得的信號(hào)通過(guò)Minisas線纜傳遞到硬盤(pán)背板上 SAS接口用來(lái)接連接外接的硬盤(pán)，SMBus接口用來(lái)將背板上的溫度信號(hào)傳遞到服務(wù)器端。
1．2 CPLD控制單元
EPM240是背板管理的核心，它是一款A(yù)lteral推出的低功耗低價(jià)位的CPLD，屬于MAXⅡ家族，在提供可編程解決方案的同時(shí)降低設(shè)計(jì)的成本和功耗。EPM240將Minisas接口的邊帶信號(hào)解析成對(duì)應(yīng)的硬盤(pán)狀態(tài)進(jìn)行輸出。邊帶信號(hào)遵從SFF-8485協(xié)議，它定義了與串行SCSI(SAS)及串行ATA(SATA)結(jié)合使用的串行GPIO (SGPIO，Serial General Purpose Input／Output)總線。SGPIO總線共有4根信號(hào)線，用于SAS／SATA HBA ／RAID控制卡與硬盤(pán)背板之間的通訊，控制卡通過(guò)SGPIO來(lái)獲得背板上的硬盤(pán)插座狀況和發(fā)出硬盤(pán)LED狀態(tài)指示信號(hào)。在這4根線中有3根是由HBA／RAID驅(qū)動(dòng)，1根由背板驅(qū)動(dòng)。SGPIO總線與MiniSAS線放在一根線纜中，以方便HBA／RAID卡與背板的連接。SGPIO4根線的定義如下：
SClock：由HBA／RAID驅(qū)動(dòng)的時(shí)鐘線，最大的時(shí)鐘頻率是100kHz(典型的是48kHz)。
Sload：這根線與SClock是同步的，主要用來(lái)指示一幀新數(shù)據(jù)的開(kāi)始。當(dāng)Slcad至少有5個(gè)時(shí)鐘低電平后，在SClock脈沖上升時(shí)Sload跟隨變?yōu)楦弑硎疽粠碌腟GPIO數(shù)據(jù)開(kāi)始，在隨后4個(gè)時(shí)鐘脈沖對(duì)應(yīng)的4-Bit Sload數(shù)據(jù)規(guī)范沒(méi)有明確定義，不同HBA／RAID卡廠商的定義也不同。
SDataOut：這根線由HBA／RAID輸出硬盤(pán)狀態(tài)信號(hào)。
SDataIn：這根線由背飯向HBA／RAID提供背板上的狀況。第1位高電平表示該槽位已插入硬盤(pán)，隨后的2何通常是低電平。
CPLD對(duì)邊帶信號(hào)進(jìn)行解析，通過(guò)控制背板上的LED燈的開(kāi)和關(guān)來(lái)顯示硬盤(pán)的工作狀態(tài)。背板上每塊硬盤(pán)有兩個(gè)LED，一個(gè)單色LED用于指永硬盤(pán)是否插入并上電，一個(gè)雙色LED用來(lái)指示硬盤(pán)正常工作，故障，硬盤(pán)定位等狀況。
1.3 溫度監(jiān)測(cè)單元
溫度監(jiān)測(cè)單元通過(guò)分布在硬盤(pán)背板上的溫度傳感器，采集硬盤(pán)的溫度信息，主要通過(guò)在硬盤(pán)背板上的合理分配，以獲得指定硬盤(pán)區(qū)域的溫度參數(shù)。溫度檢測(cè)單元對(duì)背板來(lái)說(shuō)非常重要，它實(shí)時(shí)采集背板上溫度并將溫度信號(hào)傳送到服務(wù)器主板上。如果主板檢測(cè)到背板上溫度過(guò)高會(huì)進(jìn)行報(bào)警以起到對(duì)背板和硬盤(pán)的保護(hù)作用。
溫度檢測(cè)單元采用EMC1053，它是SMBus接口的溫度傳感器，可以最多檢測(cè)三個(gè)點(diǎn)的溫度，包含一個(gè)傳感器內(nèi)部溫度和兩個(gè)遠(yuǎn)端溫度。傳感器內(nèi)部溫度的精度為±3℃(0℃～85℃)，遠(yuǎn)端溫度的精度為±1℃(40℃～80℃)。EMC1053作為從設(shè)備將檢測(cè)到的溫度信號(hào)通過(guò)SMBus傳遞到服務(wù)器端。

1．4 電源部分
背板的+12V和+5V電壓直接來(lái)自服務(wù)器電源，CPLD和溫度傳感芯片工作電壓需要3．3V，因此增加了穩(wěn)壓電源芯片AME1117，將5V電壓轉(zhuǎn)成3．3V來(lái)供溫度檢測(cè)單元和CPLD控制單元使用。