CN114816020A - 一种基于gd32单片机的pmbus接口电源板卡及其bmc控制方法 - Google Patents

一种基于gd32单片机的pmbus接口电源板卡及其bmc控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于GD32单片机的PMBUS接口电源板卡及其BMC控制方法，属于电源管理领域。本发明提出了电源板卡功能需求及硬件设计方案，提出了GD32单片机软件实现BMC功能的整体设计流程，提出了在GD32读取PMBUS接口电源模块数据，按照实现PMBUS协议进行转换得到供电电压、供电电流、工作温度数据的方法；针对I2C通信不稳定问题，在错误中断、发送超时、错误监测位等方面提出针对性软件容错处理方法。本发明提高了硬件集成度，降低了软件设计复杂度且监测数据可靠性得到提升。

Description

一种基于GD32单片机的PMBUS接口电源板卡及其BMC控制方法
技术领域
本发明属于电源管理领域，具体涉及一种基于GD32单片机的PMBUS接口电源板卡及其BMC控制方法。
背景技术
在航空航天、国防军工等领域所使用的工控设备具有使用周期长、部署地点偏远，人工维护成本高等特点，这些设备的稳定运行关系着国家安全等重大利益，因此对工控设备的可靠性有着很高的要求。工控设备一般由电源板卡、计算板卡、通信板卡、管理板卡等部件组成，而在这之中，电源板卡作为工控设备的基础性部件，对设备的稳定工作起着根本性影响。
近年来，设备维护的信息化、智能化要求不断提高。越来越多的工控设备在各板卡上增加了专用BMC管理芯片，布置多个传感器用于采集数据，以I2C作为健康管理总线连接各板卡BMC芯片，采用IPMI健康管理协议进行通信，最终在管理板卡汇总各模块健康管理数据。常规的电源板卡由交直流转换电路、单片机、监测传感器电路等组成。在电源板卡上布置多个电压监测电路、电流监测电路、热敏电阻温度监测电路等。单片机通过多个ADC管脚采集电压、电流、温度等数据，将监测信息以IPMI协议上报管理板卡。但这种传统设计方式，元器件数量多，集成度低，且单片机ADC采样精度不高，要通过多次采样取平均和软件补偿误差等方式进行特殊处理。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提供一种基于GD32单片机的PMBUS接口电源板卡及其BMC控制方法，以解决现有的电源管理元器件数量多，集成度低，且单片机ADC采样精度不高，要通过多次采样取平均和软件补偿误差等方式进行特殊处理的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于GD32单片机的PMBUS接口电源板卡，该电源板卡包括PMBUS接口电源模块和GD32单片机，电源模块负责交直流转换，GD32单片机具有2路I2C通信接口，第1路与PMBUS接口电源模块连接，以PMBUS协议从PMBUS接口电源模块中读取供电电压、供电电流和工作温度，第2路I2C与外部的管理板卡连接，以IPMI协议方式向管理板卡上报监控信息。
进一步地，电源模块的输入交流220V电源，输出直流12V电源。
本发明还提供一种基于GD32单片机的PMBUS接口BMC控制方法，该方法包括如下步骤：
S11、GD32单片机2路I2C控制器初始化，配置通信波特率参数；
S12、GD32单片机向PMBUS接口电源模块发送使能信号；
S13、从管理板卡轮询接收IPMI请求消息；
S14、判断IPMI请求消息校验和是否正确，如果正确转入步骤S15，如果错误则重置I2C控制器，转入步骤S13；
S15、解析IPMI请求消息中的IPMI协议请求数据，获得请求数据中的命令，命令共有3种，分别是获取供电电压、获取供电电流和获取工作温度；
S16、根据请求数据中的命令，GD32单片机从PMBUS接口电源模块中读取监测数据信息；
S17、根据IPMI协议规范，生成IPMI协议响应数据；
S18、向管理板卡发送IPMI协议响应数据，如果发送成功则结束本次轮询过程，如果失败则重置I2C控制器，转入步骤S13。
进一步地，对GD32单片机I2C应答缺失、接收溢出、仲裁丢失、总线错误四种I2C错误中断进行计数，当错误计数累计达到10次，判定I2C总线异常，进行重置I2C控制器操作。
进一步地，GD32单片机在发送I2C数据时，在判断总线空闲状态、产生起始信号、发送数据操作后，进行轮询状态标志位判断，若超过30ms标志位未正常置位，判定I2C总线异常，进行重置I2C控制器操作。
进一步地，GD32单片机设置有一个独立定时器，以1ms周期间隔监测I2C控制器busy标志位，若连续30个周期busy标志位置1，判定I2C总线异常，进行重置I2C控制器操作。
本发明还提供一种基于GD32单片机的PMBUS接口BMC控制方法，该方法包括如下步骤：
S201、判断GD32单片机中的I2C控制器处于空闲状态，如果空闲转入步骤S202，如果忙碌，重置I2C控制器，转入步骤S202；
S202、产生I2C总线起始信号；
S203、在I2C总线上发送PMBUS模块地址，判断是否接收到PMBUS模块反馈的ACK应答，如果接收到应答，转入步骤S204，如果无应答，转入步骤S201；
S204、在I2C总线向PMBUS模块发送命令字数据，命令字为读取供电电压、读取供电电流或读取工作温度；
S205、重新产生I2C总线起始信号；
S206、在I2C总线上发送PMBUS模块地址，判断是否接收到PMBUS模块反馈的ACK应答，如果接收到应答，转入步骤S207，如果无应答，返回步骤S201；
S207、接收PMBUS模块反馈的传感器监测数据；
S208、产生I2C总线停止信号；
S209、判断从PMBUS模块接收到的传感器监测数据校验和是否正确，如果正确转入步骤S210，如果错误则舍弃数据；
S210、解析传感器监测数据，得到电源模块供电电压、供电电流或工作温度。
进一步地，对GD32单片机I2C应答缺失、接收溢出、仲裁丢失、总线错误四种I2C错误中断进行计数，当错误计数累计达到10次，判定I2C总线异常，进行重置I2C控制器操作。
进一步地，GD32单片机在发送I2C数据时，在判断总线空闲状态、产生起始信号、发送数据操作后，进行轮询状态标志位判断，若超过30ms标志位未正常置位，判定I2C总线异常，进行重置I2C控制器操作。
进一步地，GD32单片机设置有一个独立定时器，以1ms周期间隔监测I2C控制器busy标志位，若连续30个周期busy标志位置1，判定I2C总线异常，进行重置I2C控制器操作。
(三)有益效果
本发明提出一种基于GD32单片机的PMBUS接口电源板卡及其BMC控制方法，PMBUS接口电源模块同时具有交直流转换和传感器监测功能，GD32单片机作为BMC，从PMBUS接口电源模块中直接以PMBUS协议读取供电电压、供电电流、工作温度、故障告警等监测信息。本发明还设计了GD32单片机软件实现电源板BMC整体设计流程和GD32单片机以PMBUS协议读取电源模块的供电电压、供电电流、工作温度数据的流程，该流程与电源板卡配合使用，能够显著提高硬件集成度，降低了软件设计复杂度且监测数据可靠性得到提升。
附图说明
图1为本发明的整体框图；
图2为本发明的GD32单片机BMC软件整体设计流程图；
图3为本发明的GD32单片机以PMBUS接口获取数据流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
名词解释：
BMC：Baseboard Management Controller，基板控制器，用于读取传感器数据及实现IPMI协议的功能。
I2C：同步串行通信总线，用于BMC芯片间IPMI协议通信及BMC与PMBUS接口模块通信。
IPMI：Intelligent Platform Management Interface，智能平台管理接口，是一种能够监视设备运行状态的协议。
PMBUS：Power Management Bus,电源管理总线协议，用于BMC芯片与电源模块间通信。
本发明提出基于GD32单片机的PMBUS接口电源板卡，并提出完善的PMBUS模块数据读取方式及BMC控制方法。第一步，介绍电源板卡功能需求及硬件设计方案。第二步，介绍GD32单片机软件实现BMC功能的整体设计流程。第三步，介绍在GD32读取PMBUS接口电源模块数据，按照实现PMBUS协议进行转换得到供电电压、供电电流、工作温度数据的方法。第四步，针对I2C通信不稳定问题，在错误中断、发送超时、错误监测位等方面提出针对性软件容错处理方法。
第一步，介绍电源板卡功能需求及硬件设计方案。
电源板卡将输入的交流220V电源转换为直流12V电源输出，同时具有IPMI协议管理功能。电源板卡包括PMBUS接口电源模块、GD32单片机和辅助电路等，电源模块负责交直流转换，输入交流220V电源，输出直流12V电源，GD32单片机具有2路I2C通信接口，第1路与电源模块连接，以PMBUS协议从电源模块中读取供电电压、供电电流和工作温度等信息，第2路I2C与外部的管理板卡连接，以IPMI协议方式向管理板卡上报监控信息。
第二步，介绍GD32单片机软件实现电源板BMC整体设计流程。如图2所示。
S11、GD32单片机2路I2C控制器初始化，配置通信波特率等参数；
S12、GD32单片机向PMBUS接口电源模块发送使能信号；
S13、从管理板卡轮询接收IPMI请求消息；
S14、判断IPMI请求消息校验和是否正确，如果正确转入步骤S15，如果错误则重置I2C控制器，转入步骤S13；
S15、解析IPMI请求消息中的IPMI协议请求数据，获得请求数据中的命令，命令共有3种，分别是获取供电电压、获取供电电流和获取工作温度；
S16、根据请求数据中的命令，单片机从PMBUS接口电源模块中读取监测数据信息；
S17、根据IPMI协议规范，生成IPMI协议响应数据；
S18、向管理板卡发送IPMI协议响应数据，如果发送成功则结束本次轮询过程，如果失败则重置I2C控制器，转入步骤S13。
第三步，介绍GD32单片机以PMBUS协议读取电源模块的供电电压、供电电流、工作温度数据的方法。如图3所示。
S201、判断GD32单片机中的I2C控制器处于空闲状态，如果空闲转入步骤S202，如果忙碌，重置I2C控制器，转入步骤S202；
S202、产生I2C总线起始信号；
S203、在I2C总线上发送PMBUS模块地址，判断是否接收到PMBUS模块反馈的ACK应答，如果接收到应答，转入步骤S204，如果无应答，转入步骤S201；
S204、在I2C总线向PMBUS模块发送命令字数据，命令字为读取供电电压、读取供电电流或读取工作温度；
S205、重新产生I2C总线起始信号；
S206、在I2C总线上发送PMBUS模块地址，判断是否接收到PMBUS模块反馈的ACK应答，如果接收到应答，转入步骤S207，如果无应答，返回步骤S201；
S207、接收PMBUS模块反馈的传感器监测数据；
S208、产生I2C总线停止信号；
S209、判断从PMBUS模块接收到的传感器监测数据校验和是否正确，如果正确转入步骤S210，如果错误则舍弃数据；
S210、解析传感器监测数据，得到电源模块供电电压、供电电流或工作温度。
第四步，针对I2C总线通信不稳定问题，在错误中断、发送超时、错误监测位等方面提出针对性软件容错处理方法。
1、对GD32单片机I2C应答缺失、接收溢出、仲裁丢失、总线错误四种I2C错误中断进行计数，当错误计数累计达到10次，判定I2C总线异常，进行重置I2C控制器操作；
2、GD32单片机在发送I2C数据时，在判断总线空闲状态、产生起始信号、发送数据操作后，进行轮询状态标志位判断，若超过30ms标志位未正常置位，判定I2C总线异常，进行重置I2C控制器操作；
3、GD32单片机设置有一个独立定时器，以1ms周期间隔监测I2C控制器busy标志位，若连续30个周期busy标志位置1，判定I2C总线异常，进行重置I2C控制器操作。
本发明的新的电源板卡的设计方案采用PMBUS接口电源模块。其中，PMBUS接口电源模块同时具有交直流转换和传感器监测功能，GD32单片机作为BMC，从PMBUS接口电源模块中直接以PMBUS协议读取供电电压、供电电流、工作温度、故障告警等监测信息。此方案，提高了硬件集成度，降低了软件设计复杂度且监测数据可靠性得到提升。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于GD32单片机的PMBUS接口电源板卡，其特征在于，该电源板卡包括PMBUS接口电源模块和GD32单片机，电源模块负责交直流转换，GD32单片机具有2路I2C通信接口，第1路与PMBUS接口电源模块连接，以PMBUS协议从PMBUS接口电源模块中读取供电电压、供电电流和工作温度，第2路I2C与外部的管理板卡连接，以IPMI协议方式向管理板卡上报监控信息。
2.如权利要求1所述的基于GD32单片机的PMBUS接口电源板卡，其特征在于，电源模块的输入交流220V电源，输出直流12V电源。
3.一种基于权利要求1或2所述的电源板卡的基于GD32单片机的PMBUS接口BMC控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S11、GD32单片机2路I2C控制器初始化，配置通信波特率参数；
S12、GD32单片机向PMBUS接口电源模块发送使能信号；
S13、从管理板卡轮询接收IPMI请求消息；
S14、判断IPMI请求消息校验和是否正确，如果正确转入步骤S15，如果错误则重置I2C控制器，转入步骤S13；
S15、解析IPMI请求消息中的IPMI协议请求数据，获得请求数据中的命令，命令共有3种，分别是获取供电电压、获取供电电流和获取工作温度；
S16、根据请求数据中的命令，GD32单片机从PMBUS接口电源模块中读取监测数据信息；
S17、根据IPMI协议规范，生成IPMI协议响应数据；
S18、向管理板卡发送IPMI协议响应数据，如果发送成功则结束本次轮询过程，如果失败则重置I2C控制器，转入步骤S13。
4.如权利要求3所述的基于GD32单片机的PMBUS接口BMC控制方法，其特征在于，对GD32单片机I2C应答缺失、接收溢出、仲裁丢失、总线错误四种I2C错误中断进行计数，当错误计数累计达到10次，判定I2C总线异常，进行重置I2C控制器操作。
5.如权利要求3所述的基于GD32单片机的PMBUS接口BMC控制方法，其特征在于，GD32单片机在发送I2C数据时，在判断总线空闲状态、产生起始信号、发送数据操作后，进行轮询状态标志位判断，若超过30ms标志位未正常置位，判定I2C总线异常，进行重置I2C控制器操作。
6.如权利要求3所述的基于GD32单片机的PMBUS接口BMC控制方法，其特征在于，GD32单片机设置有一个独立定时器，以1ms周期间隔监测I2C控制器busy标志位，若连续30个周期busy标志位置1，判定I2C总线异常，进行重置I2C控制器操作。
7.一种基于权利要求1或2所述的电源板卡的基于GD32单片机的PMBUS接口BMC控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S201、判断GD32单片机中的I2C控制器处于空闲状态，如果空闲转入步骤S202，如果忙碌，重置I2C控制器，转入步骤S202；
S202、产生I2C总线起始信号；
S203、在I2C总线上发送PMBUS模块地址，判断是否接收到PMBUS模块反馈的ACK应答，如果接收到应答，转入步骤S204，如果无应答，转入步骤S201；
S204、在I2C总线向PMBUS模块发送命令字数据，命令字为读取供电电压、读取供电电流或读取工作温度；
S205、重新产生I2C总线起始信号；
S206、在I2C总线上发送PMBUS模块地址，判断是否接收到PMBUS模块反馈的ACK应答，如果接收到应答，转入步骤S207，如果无应答，返回步骤S201；
S207、接收PMBUS模块反馈的传感器监测数据；
S208、产生I2C总线停止信号；
S209、判断从PMBUS模块接收到的传感器监测数据校验和是否正确，如果正确转入步骤S210，如果错误则舍弃数据；
S210、解析传感器监测数据，得到电源模块供电电压、供电电流或工作温度。
8.如权利要求7所述的基于GD32单片机的PMBUS接口BMC控制方法，其特征在于，对GD32单片机I2C应答缺失、接收溢出、仲裁丢失、总线错误四种I2C错误中断进行计数，当错误计数累计达到10次，判定I2C总线异常，进行重置I2C控制器操作。
9.如权利要求7所述的基于GD32单片机的PMBUS接口BMC控制方法，其特征在于，GD32单片机在发送I2C数据时，在判断总线空闲状态、产生起始信号、发送数据操作后，进行轮询状态标志位判断，若超过30ms标志位未正常置位，判定I2C总线异常，进行重置I2C控制器操作。
10.如权利要求7所述的基于GD32单片机的PMBUS接口BMC控制方法，其特征在于，GD32单片机设置有一个独立定时器，以1ms周期间隔监测I2C控制器busy标志位，若连续30个周期busy标志位置1，判定I2C总线异常，进行重置I2C控制器操作。
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