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專家開講:PMBus系統的故障管理架構

上網時間: 2014年04月30日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:故障管理  PMBus  規格  系統  專家開講 

最近有些人問到關於運用內建故障管理PMBus 通訊技術這方面的事宜。這個問題可分為兩個層面:運用PMBus對故障-關閉(fault-off)決策所產生的影響,以及該如何建構涵蓋整個系統的故障紀錄?在深入探究這兩個PMBus的應用之前,我們先來看 PMBus 規格,以及 PMBus 制訂者的意圖。

PMBus規格涵蓋了警示、故障、以及個別裝置的反應;傳遞故障資訊有兩種方法,亦即警示回應位址(Alert Response Address,ARA),以及主裝置通知協定(Host Notify Protocol,HNP)。ARA一開始會透過發出ALERTB來中斷機板控制器,而控制器則會利用PMBus位址查詢,匯整出所有使用ALERTB的裝置清單。

由裝置啟動HNP,之後它會成為一個主控PMBus,並把STATUS_WORD直接傳送到機板控制器。在實務上,裝置會先回應,之後再通知機板控制器。這種流程能保護裝置與負載端,確保對故障事件最快做出反應,方法就是停止電源傳送。

PMBus規格的內容
PMBus規格的內容

PMBus還有兩方面的問題尚未解決:1. 裝置之間的互動;2. 故障紀錄。

這兩個問題都刻意被擱置,因為PMBus委員會認為這些功能留給廠商自行研發解決更為適合。當然,發展這些功能有許多途徑: 運用PMBus與機板控制器,或利用內建功能。這些大致上就是所詢問內容需要的基礎。以下開始解說。

用機板控制器的參考設計方案建構一個原型系統,此系統採用多執行緒的RTOS即時作業系統(multi-threaded RTOS)。這個原型說不上是最佳的運算例子,但確實會產生實用的數據,在實務上甚至可能無法達到這樣的結果。

在硬體方面,使用Freescale的Kinetis K60,搭配虛擬靜態存取記憶體(PSRAM)以及鐵磁體磁心記憶體(FRAM)。使用PSRAM是為了方便:我的系統已經裝有硬碟機。使用FRAM是因為資料在寫入交易的最後時脈才會送出,不需要寫入磁區(block),而且老化失效前可寫入得次數非常大。在PMBus裝置上,我使用LTC3880、LTC2974、以及?LTC2977。我在LTC3880的VOUT 0內置入一個電源負載,由它來產生一個故障事件。

遙測是在它自己的執行緒內運作,故障處理則在另一個執行緒,另外還有一些優先權限較低的運用程式執行緒。應用大致工作如下:

  1. ALERT/在過電流發生時送出;
  2. 透過ARA來獲得位址;
  3. 讀取STATUS_WORD;
  4. 做出Power off決定並執行;
  5. STATUS_WORD 儲存於 FRAM;
  6. 輸出電流從所有13個電源端讀取;
  7. 輸出電流儲存於 FRAM;
  8. 設定retry 計時器;
  9. 執行Retry。

這只是個近似模擬,因為若同時有多個電源端故障發生,就會有更多狀態儲存在FRAM。這種狀況很常見,因為過電流會導致低壓,而多個電源端間可能產生交互影響。

在I2C匯流排上進行遙測,所有13個電源端花費約40ms
在I2C匯流排上進行遙測,所有13個電源端花費約40ms

上面的波形圖擷取各項結果。我們可以看到在I2C匯流排上進行遙測,所有13個電源端花費約40ms,結果則儲存在SD記憶卡,花費不到200ms的時間。但後面一個遙測則花費300ms。由此可見SD記憶卡適合用在遙測,但不適合用在故障紀錄。其理由相當複雜,但只須記得SD記憶卡含有FAT檔案系統,所以作業數包含讀取目錄結構等步驟。

在ALERT/接腳上可看到多個步驟,故障處理的總時間約為50ms。這個時間包含執行多個ARA、從多個電源端讀取狀態、收集一些輸出電流讀數、然後將資料儲存到FRAM。故障事件會觸發關閉程序,會花上超過400ms的時間。最後則是執行重試程序。


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