CN107203254B - 使用数字总线跨越集成电路来划分有限状态机的架构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用数字总线跨越集成电路来划分有限状态机的架构。一种系统包括多个电源，其中电源向所述系统的电压域提供电源电压轨；电耦合到所述多个电源中的多个电源的多个电源电压定序器设备，其中电压定序器设备被配置为以指定的顺序激活所述多个电源；以及电耦合到所述多个电源电压定序器设备的总线，其中所述总线配置成传送所述多个电源电压定序器设备的状态信息。

Description

使用数字总线跨越集成电路来划分有限状态机的架构

背景技术

一些电子系统包括由集成电路控制的多个电源。监控电路执行与对电源进行上电或下电相关的功能以及监控电源的功能。随着在诸如服务器或网络通信板的电子系统上使用的电源的数量持续增加，对电子系统整体提供内聚的电源排序方案成为一个挑战。

发明内容

本文件一般涉及控制电子系统的电源。系统示例可以包括多个电源，其中电源可以向系统的电压域提供电源电压轨；多个电源电压定序器设备可以电耦合到多个电源的多个电源，其中电压定序器设备可以被配置为以指定的顺序激活多个电源；并且总线可以电耦合到所述多个电源电压定序器设备，其中所述总线可以被配置为传送所述多个电源电压定序器设备的状态信息。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相同数字可表示类似组件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式总体示出了本文献中讨论的各种实施例。

图1是顺序地激活电压域的电源电压定序器设备的示例的时序图。

图2是电压定序器系统的示例的部分的框图。

图3是用于激活电子系统的电源的状态机的示例的状态图。

图4示出使用图2的电压定序器系统的图3的状态机的实现。。

图5示出使用图2的电压定序器系统实现的另一状态机的示例。

图6-8是用于配置电源电压定序器设备的图形用户界面(GUI)的示例。

具体实施方式

电子系统可以包括需要多个电压域的多个集成电路器件。该系统还包括多个电源以向多个电压域提供电源电压轨。这些系统可以具有非常严格的电压排序要求，其使用专用的电压序列控制器来实现。顺序控制器以指定的顺序激活特定电压域的电源电压轨。

图1是顺序地激活电压域的电源电压定序器设备的示例的时序图。电压定序器控制和监视提供多个电压的电源，例如1.2伏特(V)，1.8V，2.5V和3.3V的电压。如时序图所示，电压序列器按2.5V，1.8V，1.2V和3.3V的顺序激活电源轨，并以相反的顺序禁用电源轨。

电子系统继续合并更多的设备。例如，诸如服务器或网络板的电子系统可以包括诸如专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)和处理器的不同类型的多个集成电路器件。这种系统所需的电源轨的数量可以从20变化到200。单个序列控制器不能满足不同应用中所需的各种数量的轨。例如，由第一顺序控制器控制的一些电源轨可能需要在由第二顺序控制器控制的电源轨之前被激活，并且第一顺序控制器的一些电压电源轨可能需要在电源轨被控制之后被激活由第二序列控制器。当实现大电子系统的电压域时，常规的电压序列控制器可能不能提供所需的灵活性。

图2是电压定序器系统的示例的部分的框图。系统200包括多个单独的电压定序器205和芯片间级联总线(ICB)210。每个电压定序器设备包括控制多个电源215的控制电路。控制电路可以产生一个或多个控制信号以激活和禁用电源。控制信号可以具有足以充分接通和关断特定电源的指定电压幅度。每个电压定序器设备包括监测电路以检测诸如电源中的过电压故障和欠电压故障的故障。在某些示例中，电源是DC-DC电源。为了简化示例，仅示出了由每个电压定序器控制的两个电源，但是一个电压定序器实际上可以控制多达十个电源。

每个单独的电压定序器可以执行有限状态机(FSM)以对其控制和监视的电源的激活进行排序。电压定序器可以包括用于在每个设备中实现FSM的逻辑电路。逻辑电路可以包括硬件电路或者可以在固件中实现。逻辑电路顺序地逐步通过固定的一系列步骤，以使器件经过不同的状态，以执行所描述的功能。使用逻辑电路而不是处理器简化了整个系统的设计。电压定序器还包括连接到ICB的总线接口。ICB提供对电压定序器的状态机的控制。当允许一个或多个其他单独的状态机前进时，可以中断和保持一个或多个单独的状态机。以这种方式，ICB提供将被连接和组合的各个电压定序器以形成用于系统200的整体可缩放FSM。在一些示例中，ICB被实现为内部集成电路(I2C)总线。

图3是用于激活电子系统的电源的状态机300的示例的状态图。未示出具有电压定序器的状态机的实现。在该示例中，状态机300中包括八个状态。状态一至状态六按照1-3、5、4和6的顺序激活六个电源。状态七对应于所有6个电源的激活成功，以及监视电源中的故障。如果存在故障，则在状态八中禁用电源。为了简单起见，在该示例中仅使用八个状态和六个电源。如前所述，实际系统可以包括20到200个电源。

图4示出了使用图2的电压定序器系统的图3的状态机的实现。三个电压定序器设备405各自耦合到ICB 410和两个电源。一个设备被配置(例如，通过编程)为主设备，并且其他设备被配置为从设备。每个电压定序器设备前进通过相同数量的有限状态，并且状态的数量与图3的整个系统状态机中相同。主设备通过广播从设备应该经过ICB到哪个状态的状态来控制每个从设备的状态。所有从设备都进入与主设备相同的有限状态。从设备将状态传回主设备。

在状态一中，主设备激活电源1。从设备也处于状态一，并且正在等待来自主设备的通过ICB广播的消息。如果成功激活电源1，则主设备进入状态二并通过ICB向从设备广播它们应当进展到状态二的消息。在状态二中，如果主设备成功激活电源2，则主设备进入状态三，并通过ICB向从设备广播消息以将其状态推进到状态三。

在状态三下，从设备1激活它所连接的电源3。从设备2等待广播消息。主设备也在等待通过ICB从从设备1接收状态。如果电源3被成功激活，从设备1通过ICB将激活的状态发送到主设备。主设备通过ICB向从设备广播它们应当前进到状态四的消息。在状态四中，从设备2激活它所连接的电源5。从设备1等待广播消息。如果电源5被成功激活，则从设备2通过ICB将激活的状态发送到主设备。主设备通过ICB向从设备广播它们应当进展到状态五的消息。

在状态五中，从设备1激活它所连接的电源4。从设备2等待广播消息。如果电源4被成功激活，从设备1通过ICB将激活的状态发送到主设备。主设备通过ICB向从设备广播它们应当前进到状态六的消息。在状态六中，从设备2激活它所连接的电源6。从设备1等待广播消息。如果电源6被成功激活，从设备2通过ICB将激活的状态发送到主设备。主设备通过ICB向从设备广播它们应当前进到状态七的消息。

在状态七中，所有电源已经成功激活，并且电源被监测电源故障。如果主设备检测到故障，它通过ICB向从设备广播它们应当进展到禁用电源的状态八的消息。如果从设备检测到故障，则它将状态发送到主设备，然后主设备广播该消息以进展到状态八。在图4的示例中，任何故障都会导致主器件启动所有电源的禁用。在某些示例中，电源以与它们被激活相反的顺序被关闭。在一些示例中，主设备可以发起对指示故障的电源的激活的重试。如果激活不成功，则会禁用电源。

图5示出了使用图2的电压定序设备执行图3的状态机的功能的另一状态机的示例。三个电压定序器设备(设备1，设备2和设备3)各自耦合到ICB和两个电源，如图2所示。然而，在该示例中，每个电压定序器设备通过不同的有限状态集合前进。电压定序器设备可使用使用ICB的乒乓型通信机制进行通信。一次只有一个设备通过其状态进行。当该设备完成时，它通过ICB发送消息，另一设备可以开始通过其状态进行排序。这可以被视为具有作为主设备的转弯的每个设备。在设备转变到临界状态(例如，连接到设备的电源指示故障)的情况下，设备将在ICB上广播消息。响应于消息的广播，所有其他设备可以转换到相同的临界状态。

图5的状态机示例从设备1在状态一开始。在状态一中，设备1激活电源1。其他设备也可以处于它们的状态一，其中它们正在通过ICB从另一设备等待消息。如果电源1成功激活，则设备1进入状态二。它不发送它已经进展或正在进展到新状态的消息。在设备1的状态二中，如果成功激活电源2，则设备1进展到状态三，并且通过ICB向设备2发送消息，设备2可以开始通过其状态进行排序。然后，设备1可以进入其状态四，其中它等待广播消息采取任何动作，并且监视其顺序的电源的状态。在这一点上，图3的状态机的状态一和状态二完成。

在设备2的状态一中，设备2等待来自设备1的可以进行到其下一状态的消息。当它收到消息时，它进入它的状态二。在设备2的状态二中，设备2激活电源3.如果成功激活电源3，则设备2前进到其状态三，其中设备2通过ICB向设备3发送消息，设备3可以开始顺序通过其状态。然后，设备2可以进入其状态四，其中它等待消息以通过其状态恢复排序。在这一点上，图3的状态三完成。

在设备3的状态一中，设备3等待来自设备2的可以进行到其下一状态的消息。当它收到消息时，它进入它的状态二。在设备3的状态二中，设备3激活电源5.如果成功激活电源5，则设备3前进到其状态三，其中设备3经由ICB向设备2发送消息，设备2可以通过其状态。然后，设备3可以进入其状态四，其中它等待消息以通过其状态恢复排序。在这一点上，图3的状态四完成。

当设备2处于其状态四并且从设备3接收到消息以恢复排序时，设备2进入其中电源4被激活的状态五。如果电源5被成功激活，则设备2前进到其状态六，其中设备2经由ICB向设备3发送消息，设备3可以通过其状态恢复排序。然后，设备2可以进入其状态七，其中它等待广播消息采取任何动作，并且监视电源3和4的状态。在此时，图3的状态五完成。

当设备3处于其状态四并从设备2接收到消息以恢复排序时，设备3进入其中电源6被激活的状态五。如果电源6被成功激活，则设备3进入其状态六。在设备3的状态6中，设备3等待广播消息采取任何动作，并且监视电源5和6的状态。在此时，图3的状态六完成。

尽管处于其状态机(状态四中的设备1，状态七中的设备2和状态六中的设备3)中的每个设备处于不同的有限状态，但是所有电源都被激活，并且设备正在监视故障。这对应于图3的状态7(“电源良好”状态)。如果任何设备检测到故障，则它向其它设备广播消息，并且进入其下一个状态，其中它禁用与其连接的电源。响应于广播消息，另一设备也顺序到它们的下一状态，其中它禁用电源。这对应于图3的状态8(“故障动作”状态)。

图4和5中的示例的状态机的设备和支持信号可以扩展到更大数量的电压定序器设备和电源的系统。电子系统配置大量电源可能很复杂。

图6-8是用于为十六个电源配置电压定序器设备的图形用户界面(GUI)的示例。电源可以为电子系统提供十六个电压域。UI可以由配置电压定序器设备的客户端应用显示。客户端可以使用主计算系统来与电压定序器设备通信。电源可以按其激活的顺序编号。图6显示了如何嵌套电源。例如，电压定序器设备可以控制和监视电源1、5、6和13-16。如果电源6激活成功并且在电源13和14被激活之后，可以激活电源15和16。在图6中，选择电源7，并且在图6右侧的窗口中列出与电源7相关联的属性。这些特性包括电源7的输入(Vin)是电源2，其电源工作范围，及其过电压故障检测电平及其欠电压检测故障检测电平。

图7是使用GUI来设置用于系统的特定状态的逻辑的示例。该示例示出了用于将电源1激活到电源2的顺序的条件。图8是使用GUI来监视电源轨的操作状态的示例。操作状态由电压定序器设备提供。GUI可以示出电源的激活，并且可以示出任何电源的任何故障状态。

GUI可以用于将各个电压定序器设备配置成整体FSM，以提供激活电子系统的电压域的内聚电源排序。

附加说明

上述详细描述包括对形成详细描述的一部分的附图的参考。附图通过说明示出了可以实施本发明的具体实施例。这些实施方案在本文中也称为“实施例”。本文中引用的所有出版物，专利和专利文献通过引用整体并入本文，如同通过引用单独地并入本文。如果本文件与通过引用并入本文的那些文件之间的使用不一致，则所并入的参考文献中的使用应被视为对本文件的使用的补充；对于不可调和的不一致，本文档中的使用控制。

在本文中，如在专利文献中常见的，使用术语“一个”或“一”来包括一个或多于一个，独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其它实例或用法。在本文中，术语“或”用于指非排他性的，或者使得“A或B”包括“A但不是B”，“B但不是A”和“A和B”，除非另有说明表示。在所附权利要求中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包括”和“其中”的简明英语等价物。此外，在所附权利要求中，术语““是开放式的，即，除了在权利要求中的这样的术语之后列出的元件之外，包括元件的系统，设备，物品或过程仍被认为落入该权利要求的范围内。此外，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并且不旨在对其对象强加数字要求。本文描述的方法示例可以是至少部分地机器或计算机实现的。

上述描述旨在是说明性的，而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。可以使用其他实施例，诸如由本领域普通技术人员在阅读上述描述之后。提供摘要以符合37C.F.R.§1.72(b)，允许读者快速确定技术公开的性质。提交时应理解，其不用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在以上详细描述中，各种特征可以被分组在一起以简化本公开。这不应被解释为意图未声明的公开的特征对于任何权利要求是必要的。相反，发明主题可以在于少于特定公开的实施例的所有特征。因此，所附权利要求被并入具体实施方式中，其中每个权利要求自身作为单独的实施例。本发明的范围应当参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。

Claims (20)

1.一种电源管理系统，所述系统包括：

多个电源，其中电源向所述系统的电压域提供电源电压轨；

多个电源电压定序器设备，所述多个电源电压定序器设备分别电耦合到所述多个电源中的多个电源，其中每个单独的电压定序器设备被配置为按指定的设备状态序列激活所述多个电源；和

总线，所述总线电耦合到所述多个电源电压定序器设备，其中一个或多个电压定序器设备被配置为经由所述总线来传送设备状态，以进行所述多个电源的激活。

2.根据权利要求1所述的电源管理系统，其中所述多个电源电压定序器设备包括主设备以及一个或多个从设备，其中所述多个电源电压定序器设备通过多个设备状态排序以激活所述多个电源设备，并且其中所述主设备被配置为经由所述总线向所述一个或多个从设备广播设备状态，以将所有所述电压定序器设备置于相同的设备状态中。

3.根据权利要求2所述的电源管理系统，其中，所述一个或多个从设备被配置为向所述主设备发送故障状态信息，并且所述主设备根据所接收的故障状态信息向所述一个或多个从设备广播设备状态。

4.根据权利要求1所述的电源管理系统，其中，每个所述电源电压定序器设备包括有限状态机，所述有限状态机通过多个设备状态使所述电源电压定序器设备排序，以激活该电源电压定序器设备电耦合到的所述多个电源设备，其中一次仅一个电压定序器设备通过设备状态排序，并且经由总线将定序的状态传送到其它电源电压定序器设备。

5.根据权利要求4所述的电源管理系统，其中，电源电压定序器设备向其他电源电压定序器设备广播故障状态信息，并且所述电源电压定序器设备根据所接收的故障状态信息改变设备状态。

6.根据权利要求1所述的电源管理系统，其中，每个所述电源电压定序器设备包括有限状态机，其中所述有限状态机被实现为逻辑电路系统。

7.根据权利要求1所述的电源管理系统，包括图形用户界面GUI和处理器，其中，每个所述电源电压定序器设备包括有限状态机，其中所述处理器被配置为使用使用GUI所接收的信息对多个电源电压定序器设备中的有限状态机的设备状态编程。

8.根据权利要求7所述的电源管理系统，其中，所述处理器被配置为使用使用所述GUI所接收的信息对所述多个电源电压定序器设备中的电源操作特性编程。

9.根据权利要求7所述的电源管理系统，其中，所述处理器被配置为从所述多个电源电压定序器设备接收操作状态信息，并使用所述GUI显示电源电压轨的操作状态。

10.根据权利要求1所述的电源管理系统，其中，所述总线是集成电路I2C总线。

11.一种集成电路，用于控制电源激活，所述集成电路包括：

控制电路系统，所述控制电路系统被配置为激活和停用多个电源；

到多线路芯片间级联总线的总线接口；和

逻辑电路系统，使用经由总线接口所接收的设备状态，所述逻辑电路系统可配置为有限状态机以产生控制信号以顺序地激活和停用多个电源。

12.根据权利要求11所述的集成电路，其中，所述逻辑电路系统被配置为经由所述总线接口传送所述有限状态机的状态信息。

13.根据权利要求11所述的集成电路，包括监控电路系统，所述监控电路系统被配置为监控所述多个电源的操作状态并经由所述总线接口传送操作状态信息。

14.根据权利要求11所述的集成电路，其中，所述总线接口是集成电路I2C总线接口。

15.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括指令，所述指令当由计算设备的处理电路系统执行时，使所述计算设备执行动作，所述动作包括：

在所述计算设备上实现图形用户界面GUI；

经由所述GUI接收电源电压定序器信息；和

使用所述电源电压定序器信息来配置多个电源电压定序器设备，以按照指定的序列协调多个电源的激活，其中电源向电子系统的电压域提供电源电压轨，并且其中电源电压定序器控制多于一个电源的激活。

16.根据权利要求15所述的计算机可读存储介质，包括指令，所述指令使所述处理电路系统执行以下操作：

在每个电源电压定序器设备中配置状态机，其中电源电压定序器设备根据所配置的状态机来顺序地激活和停用该电源电压定序器设备连接到的电源；和

将电源电压定序器设备配置为主设备，以及将一个或多个其他电源电压定序器设备配置为从设备，其中所述主设备被配置为向所述一个或多个从设备广播设备状态，以将所有的电压定序器设备置于相同的设备状态中。

17.根据权利要求15所述的计算机可读存储介质，包括指令，所述指令使所述处理电路系统执行以下操作：在每个所述电源电压定序器设备中配置状态机，其中电源电压定序器设备根据所配置的状态机来顺序地激活和停用该电源电压定序器设备连接到的电源，其中一次仅一个电压定序器设备通过设备状态排序，并将定序的状态传送到其它电源电压定序器设备。

18.根据权利要求15所述的计算机可读存储介质，包括指令，所述指令使所述处理电路系统经由所述GUI接收电源操作特性并使用所接收的电源操作特性对所述多个电源电压定序器设备编程。

19.根据权利要求15所述的计算机可读存储介质，包括指令，所述指令使所述处理电路系统从所述多个电源电压定序器设备接收操作状态信息，并使用所述GUI显示电源电压轨的操作状态。

20.根据权利要求15所述的计算机可读存储介质，包括指令，所述指令使所述处理电路系统根据集成电路I2C总线协议向电源电压定序器设备发送配置信息并且从所述电源电压定序器设备接收操作状态信息。

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