摘 要：在磁盤陣列中，一般使用背板方式連接硬盤，這樣服務器可在不關機的情況下直接更換損壞的硬盤。在背板設計中采用SAF-TE監(jiān)控技術不僅可以隨時監(jiān)控硬盤的好壞、對損壞的硬盤提供LED指示并報警，同時還可以實現(xiàn)對系統(tǒng)風扇、溫度及電壓的實時監(jiān)控。本文將以SAF-TE控制器GEM318為例，介紹其在曙光2U服務器硬盤熱插拔背板設計中的具體應用。
關鍵詞：SAF-TE；GEM318；I2C；PCB布線

SAF-TE控制技術
SAF-TE(SCSI Accessed Fault-Tolerant Enclosure) 是Intel公司提出的一種標準。該標準定義了一組命令，這些命令可用于設置RAID陣列和獲得陣列中磁盤的狀態(tài)信息，并在實現(xiàn)對熱插拔磁盤進行管理的同時，為用戶提供磁盤陣列的環(huán)境狀態(tài)信息。這樣就在主機、RAID控制器、存儲設備、背板、電源及其它設備間建立了有效的通信途徑。
與以往的背板相比，采用SAF-TE控制技術的熱插拔背板，具有以下優(yōu)點：可進行驅(qū)動器狀況監(jiān)控并在熱插拔底板上顯示磁盤驅(qū)動器的狀態(tài)信息。這就允許客戶快速地確認并更換一個已經(jīng)無效的或者可能有故障的磁盤驅(qū)動器。在更換了損壞的硬盤后，RAID的重建可自動進行，而無須再經(jīng)手動操作RAID控制器來完成。在硬盤的恢復過程中，不影響系統(tǒng)的服務。如果沒有SAF-TE，自動重建工作只能是在有備用磁盤存在的情況下方可完成。由于不需在陣列中放置備用磁盤，使用SAF-TE可實現(xiàn)磁盤陣列中適用磁盤數(shù)量的化。

電路設計
GEM318 是一款低成本、自完備的熱插拔硬盤背板管理控制器，只需簡單的外圍器件就可實現(xiàn)SAF-TE管理功能。由于其低成本和小封裝的特點，使其成為1U和2U服務器節(jié)點背板設計中的解決方案。
硬件電路設計
GEM318具有LVDS接口，作為SCSI的一個目標設備存在，并占一個ID號,支持SAF-TE 1.0規(guī)范。具有一個I2C接口，當工作在主方式下，可以讀取外部的溫度傳感器LM75和NVRAM AT24C01里面的組態(tài)數(shù)據(jù)。多支持8個SCSI設備，具有8個LED控制引腳。支持兩個LM75溫度傳感器，具體設計電路如圖1所示。
硬盤插拔檢測
該背板支持6塊SCSI硬盤，所以只需將GEM318的DEV_INS5~0這6個引腳分別連接到背板上6個SCSI插槽的MATED引腳即可。該引腳正常為高電平，當某個槽中有硬盤插入時，硬盤的MATED引腳會將相應的DEV_INS引腳電平拉低。這樣，GEM318就依此來判斷每個SCSI插槽上硬盤的插拔狀態(tài)。
當GEM318檢測到某個DEV_INS引腳出現(xiàn)由高到低的電平跳變后，會立即使能SCSI總線上的復位信號，使得SCSI設備處于復位狀態(tài)(如圖2所示)。這樣就有效的“屏蔽”了硬盤插入瞬間對SCSI總線信號的干擾，從而保證了SCSI總線信號的可靠性傳輸。
故障報警及LED指示
GEM318可以把SAF-TE命令寄存器記錄的錯誤信息及時傳遞給報警輸出引腳FAULT_IN。這樣，GEM318就可隨時把出錯信息以聲光報警的方式通知給用戶。
設計中將溫度、風扇和電壓檢測電路的邏輯輸出，通過7411三輸入與門芯片輸出給GEM318的外部故障輸入引腳G_ALARM(低電平有效)，以實現(xiàn)監(jiān)控盤陣工作環(huán)境的目的。
LED7~0輸出引腳用來驅(qū)動外部的LED,分別顯示相對應的硬盤狀態(tài)信息。
LVDS信號接口與ID設置
GEM318支持LVDS信號接口方式，LVDS是電流驅(qū)動模式，350mV的低電壓擺幅可以提供幾百兆比特的信號傳輸率。使用差分傳輸?shù)姆绞娇梢允闺姶鸥蓴_互相抵消，消除共模噪聲，減少EMI。
GEM318有兩個ID可選：ID6或ID8。目的是為了當盤陣中一個SCSI通道的硬盤數(shù)超過8時，可采用兩個GEM318。設計時將GEM318的ID_ON1+/ID_ON1- 連到SCSI總線上的DB6+/DB6-，將GEM318的ID號設為6。
通過硬件電路跳線和NVRAM組態(tài)GEM318
GEM318具有很大的設計靈活性，可以在上電時通過讀取輸出引腳的電平狀態(tài)和NVRAM中的數(shù)據(jù)來配置GEM318的特性。
LED7~0引腳在系統(tǒng)上電時，在GEM318的RESET信號有效期間作為輸入引腳使用。要求RESET信號至少要保持5個時鐘周期。
LED7~0上電初期的引腳電平設計時由上拉或下拉電阻決定，此期間要求驅(qū)動LED顯示的供電電源LED_VDD暫停供電，以便GEM318能讀到準確的低電平信息。LED_VDD延遲上電的時間t可通過調(diào)整C31和R22的值來決定。設計電路如圖3所示，電源時序如圖4所示。
設計時NVRAM選用的是AT24C01，上電時GEM318將從AT24C01的40H存儲單元讀取信息。通過對AT24C01編程可設置以下選項：Slot的數(shù)目，每個Slot的SCSI ID號，設置溫度傳感器的數(shù)目及溫度報警上下限值等。
串行通信設計
GEM318的串行通信接口兼容I2C規(guī)范，即可工作在主方式下也可工作在從方式下。工作在主方式下時可支持多主競爭，在背板設計上預留了I2C插針，這就為外部的控制設備訪問盤陣信息提供了可能。當工作在從方式下時，GEM318有兩個從地址可選。設計時將ID_ON1接到SCSI總線上，把GEM318的從地址設為E1H。如果將ID_ON0接到總線則從地址為E3H。
PCB設計
背板要求支持320Mbps的SCSI總線傳輸速率，SCSI總線采用LVDS信號傳輸技術，為保證信號的可靠傳輸，PCB布線至關重要。印制板的主要技術參數(shù)如下：
1. 尺寸是270mm X 84mm，板厚為2mm。
2. 采用六層板設計，信號從頂層到底層的布局依次為TOP層，GND層，信號1層，信號2層，信號3層和BOTTOM層。其中信號2層布12V電源，信號3層鋪5V電源。
在布線中應注意以下幾點：
1. 優(yōu)先考慮電源和地在系統(tǒng)中的分布。
2. 使TTL信號和LVDS信號相互隔離,分布在不同的層。
3. 盡量多使用去耦電容。
4. 大電流回路布線盡量加粗，保持PCB地線層返回路徑盡量寬而短。
5. 對于差分布線采用手動布線功能，使差分線對離開集成芯片后盡可能地相互靠近。每對差分線的間隔要盡量小，差分對間的長度要匹配。這樣能減少反射并能確保耦合到的噪聲為共模噪聲。
6. 進行阻抗控制，通過阻抗設計軟件計算阻抗以確定差分線寬及線間距。
7. 背板上設計終結器電路，以吸收反射信號。
8. 走線時避免90洌ㄒ苑澇斐勺榪共渙沒∠呋?5畢嘰妗?
結語
采用SAF-TE控制技術設計的SCSI背板，已廣泛應用在曙光的系列產(chǎn)品中。經(jīng)兩年多的實際運行，證明系統(tǒng)工作可靠，性能穩(wěn)定，保證了熱插拔硬盤的安全穩(wěn)定運行。該控制技術在產(chǎn)品中的采用，改變了傳統(tǒng)的熱插拔背板只能監(jiān)控溫度和風扇信息，而不能與主機，硬盤控制器通信的缺陷。為服務器存儲系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了有效的保障?！?/P>

參考文獻

[1]. PCB datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/PCB_1201640.html.
[2]. LVDS datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/LVDS_457917.html.
[3]. LM75 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/LM75_451856.html.
[4]. TTL datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/TTL_1174409.html.
[5]. SCSI Accessed Fault-Tolerant Enclosures Interface and Specification
[6]. GEM318 Guardian Enclosure Management Controller Data Sheet
[7].GEM318 Guardian Management Controller Technical Manual