CN103603820A

CN103603820A - 一种基于numa计算机体系结构的风扇控制方法

Info

Publication number: CN103603820A
Application number: CN201310596038.5A
Authority: CN
Inventors: 吴浩; 薛广营; 张燕群
Original assignee: Inspur Electronic Information Industry Co Ltd
Current assignee: IEIT Systems Co Ltd
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2014-02-26

Abstract

本发明提供一种基于NUMA计算机体系结构的风扇控制方法，多物理层分区计算机等使用FPGA器件的计算机系统中，可在FPGA中搭建niosII软核技术用来监测服务器系统温度，控制管理风扇散热系统工作。自定义PWM模块IP核。将温度监测，PWM风扇控制模块，风扇转速检测模块，DDR2SDRAM存储控制，Flash存储控制等功能集成在FPGA的niosII软核中。该一种基于NUMA计算机体系结构的风扇控制方法和现有技术相比，使用灵活，扩展性强，实用性强，易于推广。

Description

一种基于NUMA计算机体系结构的风扇控制方法

技术领域

本发明涉及计算机应用技术领域，具体的说是一种基于NUMA计算机体系结构的风扇控制方法。

背景技术

NUMA的多物理层分区计算机体系结构的特点是可以将计算机系统的多个处理器和IO资源进行物理层上的划分，从而将一台多处理器计算机系统划分为多个独立的多处理器系统，同样这些被划分的计算机系统也可以耦合为一台完整的计算机系统。该系统往往机箱结构复杂，需要多点侦测温度，拥有多个风扇控制器，多风道散热。

普通的NUMA处理器体系结构或单一处理器系统结构的服务器，通常使用硬件监控IC系类芯片（如W83795系列）。该系列IC芯片可以侦测服务器内多点温度，并对风扇进行控制。但需要使用大量的外围电路，功能单一，控制IO口有限，难以满足不同转速多风扇控制器的应用。采用DSP作为主要控制器，如果碰到处理多任务系统时，一片DSP不能胜任，需要再扩展一片DSP或者FPGA芯片来辅助控制从而实现双芯片控制。这样做既增加了两个处理器之间同步和通信的负担，又使系统实时性变差，延长系统开发时间。对于拥有FPGA芯片的大型服务器系统，风扇控制等功能完全可以使用nios II软核实现。这种方法既节省硬件外围电路，节省芯片种类，节约成本，又具有丰富功能的扩展性，通过软件还可扩展双核乃至多核无需外加芯片，软件系统可升级性强。因此利用nios II软核实现风扇控制的方法，将是未来基于NUMA的多物理层分区计算机体系结构大型服务器中风扇控制发展的趋势。

发明内容

本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种基于NUMA计算机体系结构的风扇控制方法。

本发明的技术方案是按以下方式实现的，该一种基于NUMA计算机体系结构的风扇控制方法，其具体实现步骤为：

在NUMA计算机体系结构中利用FPGA中可编程逻辑资源和IP软核来构建nios II软核处理器的接口功能模块，通过该模块搭建nios II软核，借助Avalon总线，搭建对外围PWM模块，测速模块，SDRAM模块，片外flash存储模块，温度侦测功能的控制结构，其中

对外围PWM模块控制搭建过程为：构建nios II软核的PWM模块IP核，该PWM模块输出占空比可以调节的波形，并同步运行工作逻辑和时钟，工作逻辑使用32位计数器对系统时钟进行分频，然后输出适合PWM输出的占空比可调的波形；处理器控制PWM的工作状态，对其进行读写、中断控制，并用寄存器的值来调节PWM的周期和占空比；

对测速模块控制搭建过程为：该测速模块根据给出已知频率的基频，用光栅作为门限，测基频脉冲的个数，由基频的周期来计算光栅信号的周期，再算出转速，风扇电机控制算法即根据测速模块测出的速度进行算法调整，达到闭环控制；

对温度侦测控制搭建过程为：通过nios II软核读取侦测温度，采用数字PID算法对直流风扇控制器进行PWM闭环调速控制。

所述nios II软核可同时侦测多点温度，控制多个风扇不同转速。

所述nios II软核扩展成双核或多核时，通过软件实现。

本发明与现有技术相比所产生的有益效果是：

本发明的一种基于NUMA计算机体系结构的风扇控制方法可自定义PWM模块IP核，将温度监测，PWM风扇控制模块，风扇转速检测模块，DDR2 SDRAM存储控制，Flash存储控制等功能集成在FPGA的nios II软核中；通过使用此方案，节约芯片使用种类，减少外围电路搭建，方便软件管理，替代传统硬件监控IC芯片。监测温度点多，风扇控制灵活准确，易扩展性强，实用性强，适用范围广泛，易于推广。

附图说明

附图1是本发明的整体构架示意图。

附图2是本发明的PWM模块功能框图。

附图3是本发明中Nios II搭建架示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种基于NUMA计算机体系结构的风扇控制方法作以下详细说明。

本发明提供一种基于NUMA计算机体系结构的风扇控制方法，其具体实现步骤为：

在NUMA计算机体系结构中，搭建nios II软核：使用Quartus II软件中的Qsys组建nios II软核系统，添加nios II Processor、JTAG Debug Module、DDR2 SDRAM Controller、System ID、EPCS Flash Controller、on chip RAM、PIO、PWM模块等基于Avalon总线的IP核。建立锁相环PLL时钟分频模块。配置及编译nios II，分配引脚，配置工程，综合编译后完成nios II系统的软核搭建。Nios II搭建架构如附图3所示。

添加PLL锁相环分频模块。可将以上工程添加到原有FPGA工程中。

如附图1所示，利用FPGA中可编程逻辑资源和IP软核来构建nios II软核处理器的接口功能模块，借助Avalon总线，实现对外围PWM模块，测速模块，SDRAM模块，片外flash存储模块，温度侦测功能控制，其中

对外围PWM模块控制过程为：构建nios II软核的PWM模块IP核，该PWM模块输出占空比可以调节的波形，并同步运行工作逻辑和时钟，工作逻辑使用32位计数器对系统时钟进行分频，然后输出适合PWM输出的占空比可调的波形；处理器控制PWM的工作状态，对其进行读写、中断控制，并用寄存器的值来调节PWM的周期和占空比。

进一步的，PWM模块功能框图如附图2所示。PWM模块IP核建立的详细过程为：系统中的自定制PWM模块是通过写Verilog代码，经过仿真、编译、管脚分配，最后生成PWM功能模块。它在整个系统中的作用是：对实测转速通过计算进行闭环控制。PWM模块的CLK为时钟信号端；Sta用来控制直流电机正反转；Value为占空比信号；PWM_A表示直流电机处于正转状态时的占空比输出；PWM_B表示直流电机处于反转时的占空比输出。将系统时钟50MHz的基频信号64分频，作为PWM模块的基频信号，以256个该基频脉冲信号作为PWM输出的一个周期，由nios II处理器给出的Value的值指定一个PWM周期内高电平持续时间，改变Value的值即可改变占空比输出的值。

对测速模块控制过程为：该测速模块根据给出已知频率的基频，用光栅作为门限，测基频脉冲的个数，由基频的周期来计算光栅信号的周期，再算出转速，风扇电机控制算法即根据测速模块测出的速度进行算法调整，达到闭环控制。

对温度侦测控制过程为：通过nios II软核读取侦测温度，采用数字PID算法对直流风扇控制器进行PWM闭环调速控制。

进一步的，对风扇控制的详细过程为：FPGA中nios II软核通过温度传感器来侦测被监测点温度，通过预设参数利用PWM模块输出PWM波控制风扇转速。测速模块将风扇的实际转速反馈给nios II软核控制器用来调节风扇转速，避免误差过大。在基于NUMA的多物理层分区计算机的大型复杂服务器系统中。通过安放设置多个温度侦测点，不同PWM模块控制不同风扇转速等方法，实现服务器系统中风扇散热系统的智能控制。并有效的减少了芯片使用种类，减少外围电路搭建，节约成本，增强系统软件的可升级性。

Nios II软核可用软件实现扩展成双核乃至多核，无需外加芯片。外接存储芯片能够支持更多的其他管理功能的添加，FPGA其他IO引脚可做其他控制管理功能。

以上所述仅为本发明的实施例而已，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于NUMA计算机体系结构的风扇控制方法，其特征在于其具体实现步骤为：在NUMA计算机体系结构中利用FPGA中可编程逻辑资源和IP软核来构建nios II软核处理器的接口功能模块，通过该模块搭建nios II软核，借助Avalon总线，搭建对外围PWM模块，测速模块，SDRAM模块，片外flash存储模块，温度侦测功能的控制结构，其中

2.根据权利要求1所述的一种基于NUMA计算机体系结构的风扇控制方法，其特征在于：所述nios II软核可同时侦测多点温度，控制多个风扇不同转速。

3.根据权利要求1所述的一种基于NUMA计算机体系结构的风扇控制方法，其特征在于：所述nios II软核扩展成双核或多核时，通过软件实现。