CompactPCI Hot Swap技术简析_

CompactPCI Hot Swap技术简析

2003/11/10

　　在PICMG组织的推广下，拥有模块化、易使用以及易维护等优点的CompactPCI产品已经广泛应用于军事武器系统、航天工业、电信网络、CTI等多个领域，而在CompactPCI的各种技术规格中，尤以热插拔（Hot Swap）技术为最突出，也最容易吸引业界关注。

　　有关Hot Swap的目的及应用，PICMG 2.1中已经给出了详细定义，Hot Swap最主要的目的在于，提供一种平台，使得系统不断电前提下，周边卡甚至于系统卡可拔出或插入，而不破坏整个系统的正常工作。这将有利于维修或系统重新组态。

Hot Swap平台架构

　　PICMG 2.1所描述的Hot Swap系统架构分为Basic Hot Swap、Full Hot Swap和High Availability三类。最底层的部份是可热插拔卡片所应支持的硬件设计，它必须有一个可以掌控卡片插拔状态及控制Hot Swap LED芯片，在卡片热插拔时能够发出ENUM#讯号告知系统CPU卡。

　　中间部份为CompactPCI的背板设计。CompactPCI Bus的独特硬件接触界面有长短针的分别，在热插拔卡片时可以避免因为电源的不当输入而造成卡片损害。此外，CompactPCI背板还提供了ENUM#信号的传递界面，以便可使热插拔卡和系统CPU卡进行沟通。

　　最上层为系统CPU卡所必须支持的部份，它必须具有一个可以知道卡片热插拔的界面（ENUM#或PCI Bus），并且还必须有Hot Swap Driver负责卡片热插拔时的资源分配及卸载，否则即使CPU卡可以确定任何的卡片插拔，操作者也无法正常使用该平台。

Hot Swap流程

　　在Full Hot Swap的平台上，只有卡片的插拔需要操作员手动操作，其余的例如信号连结、资源分配及卸载等工作，都通过硬件及软件完成。

　　当操作员插入并扣上卡片后，可热插拔卡上的电源开始供电并发出ENUM#信号，CPU卡接收到ENUM#信号后，会先确认PCI总线上哪张卡片刚被安插，然后将与此卡相关的资源需求安排好并加载相应的驱动程序，之后便可以进入正常使用状态。

　　外围卡的拔出则刚好采取相反动作。操作员打开外围卡把手，卡片会送出ENUM#信号告知系统CPU卡，CPU卡在接收到信号之后扫描总线上的卡，以确认哪张卡将被拆除，并卸载此卡的驱动程序以及相关的资源要求，最后Hot Swap Driver会再把卡片的Hot Swap LED点亮，告知操作员可以拔掉该外围卡。

　　由插入及拔出过程，可以知道，支持热插拔需要特殊的硬件及软件设计。

Hot Swap的特殊硬件设计

　　要支持热插拔，硬件设计上首先具有支持热插拔的芯片，此芯片须记录插拔的状态、控制Hot Swap LED、反应从卡片把手获得的状态改变，进而发送ENUM#信号。这部份应用在通常的I/O界面卡中会使用PLX芯片，而CPU外围卡则必须依靠非透明桥（Non-Transparent Bridge）的支持，例如凌华科技的cPCI-6765就使用Intel 21555桥接器、cPCI-6810/20使用HiNT HB6桥接器。这一类型的桥接器在未来的Hot Swap平台上会占据越来越多的比重。

　　另外，外围卡的电源供应设计必须保证卡片在插入或拔除时板卡上的所有组件不被破坏，而且PCI总线上的信号能够同步，这些要求可通过利用背板上的长短针设计完成。

　　与系统CPU卡设计的硬件最相关的是ENUM#信号的接收。不同厂商在这类设计上大多不相同，凌华科技在这方面的设计利用了GPI或中断甚至是GPI和中断并存的方式，

Hot Swap的特殊软件需求

　　在软件的需求上，不外乎是能够反应外围卡所送来的信号，并分配或移除资源给外围卡，以及加载或卸载外围卡驱动程序。根据接收信号的机制，即GPI或中断甚至于PCI总线扫描的形式，可将软件分为轮询（polling）以及中断服务程序（Interrupt service routine）两类。

　　Hot Swap服务程序包含了外围卡的资源分配及卸载、驱动程序的加载及拆除，以及Hot Swap指示灯的智能，是最复杂的功能，必须考虑到所有可能的资源分配，包含I/O端口、内存以及中断等。而且不同的操作系统有各自的处理模式，如果这一方面没有处理好，就无法达到真正的Hot Swap目的，目前已有软件厂商针对Hot Swap开发出相应的模块套件，凌华科技也陆续开发出基于Windows以及Linux的Hot Swap服务程序。

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