分布式PLD解决方案可降低服务器成本 并提升灵活性

图3：无中断更新I/O是如何工作的

无中断更新I/O如何工作（图3）
为了实现零停机更新，MachXO2/MachXO3器件通过"后台更新"将新的配置数据加载到配置闪存中。一旦加载完毕，"TransFR"指令将新的PLD镜像文件从配置闪存传输到PLD的配置SRAM。执行"TransFR"指令的同时触发了"保持当前状态"功能，确保所有的I/O值在传输过程中保持不变。最后，在"逻辑初始化"步骤，状态机将开始重新启动电源管理并复位电源分配。这将导致电源关断，迫使电路板开始电源上电过程。

当新镜像创建的状态机进行初始化时，系统是如何保持用于控制电源以及其他逻辑信号的输出不变的？为了使得关键I/O在初始化过程中保持原状，莱迪思为每个关键的I/O添加了一个锁存MUX。它在状态机初始化过程中将输出保持为最后的已知状态，并在初始化过程完成之后将输出控制交还给状态机。该电路能够使用"Hitless_IO_Enable"输入区分正常（上电）启动和重新配置，可避免在正常的上电过程中发生关键输出I/O值被锁死的情况。

这种新功能的优势是显而易见的。它让制造商实现即时的配置更改成为可能，可马上纠正设计缺陷或向产品添加新功能。它在产品开发过程中也能发挥重要作用，让设计工程师能够在服务器安装过程中快速调试产品或在调试过程中更改特定的产品参数。

PLD的便利性和成本优势使其成为实现在系统设计更新、电源管理、监控和控制关键信号以及基本内务管理功能的理想选择。

功能 #2 - 实现磁盘热插拔所需的逻辑功能
机架式服务器支持热插拔HDD/FD/NVMe驱动器。这些磁盘驱动器插入到背板。背板通过串行接口（如SGPIO和I2C）连接到主板。设计工程师可以使用MachXO2/3器件集成如图4所示的逻辑功能以实现背板控制。举个例子，当NVMe驱动器插入驱动器插槽时，MachXO2/3器件中的逻辑自动将状态和控制信号发送到I2C总线而不是SGPIO总线。

图4：使用MachXO2/MachXO3 PLD简化使用热插拔驱动器的背板控制功能

功能 #3 - 主机总线适配器电路板的硬件管理
莱迪思MachXO2/3器件的另一个潜在应用是集成主机总线适配器控制逻辑。如图5所示，该解决方案集成SGPIO和其他带外信号，管理电源/复位时序和其他PLD功能，包括快速电源故障检测和状态保存。设计人员还可以在现场实时对MachXO2/3器件中实现的逻辑添加功能和修复错误，通过无中断更新I/O功能和I2C接口不会中断系统操作。

图5：集成主机总线适配器逻辑

功能 #4 - 电压电流和温度遥测
通常情况下，系统会持续对一些重要的电源电压、电路板和器件温度以及当前的负载进行测量。为了测量这些参数，服务器主板使用模数转换器IC来增加BMC、外部温度检测IC和电流检测IC所需的通道数量。此外，该电路板使用I2C缓冲器IC和I2C多路复用器IC来管理遥测I2C总线（图6）。电路板上的DC-DC转换器用于为IC供电，由控制PLD器件控制。控制PLD还监控来自DC-DC转换器的"Power-Good"数字信号。

设计工程师可以使用莱迪思的ASC（模拟传感和控制）器件与控制PLD来集成ADC IC和一些温度传感IC。同时，器件将"Enable"和"Power-Good"信号从控制PLD传输到ASC器件。这样做可以释放控制PLD上的I/O，然后这些I/O可用于集成I2C缓冲器和I2C多路复用器IC。遥测电路的总体成本和BOM都得以降低。另外，通过检测电源电压的"Power-Good"状态以及断电状态，ASC还有助于提高断电时序的可靠性，并最大限度地降低电路板拥塞程度。

图6：实现遥测功能集成的新方法

功能 #5 - Bios和BMC固件验证
为了实现BIOS和BMC固件验证，MachXO2/3器件可用作无条件被信任（root-of-trust）（图7）的安全硬件。在该配置中，器件实现椭圆曲线签名认证来验证系统BIOS和BMC固件。当正在运行的镜像遭受入侵的情况下，它们也可用于管理自动黄金镜像切换。

图7：基于MachXO2/3的解决方案管理和验证BIOS和BMC固件

功能 #6 - PCH上的TPM/TCM和单个SPI接口之间的桥接
莱迪思的MachXO2/3器件提供各类桥接解决方案。例如，服务器设计工程师可以使用这些器件将PCH SPI接口与TPM模块（在中国以外的国家使用）或TCM模块（在中国使用）连接到同一硬件上（图8）。该桥接可适配输入和输出的各种工作频率。

图8：用于TCM的LPC到SPI桥接

功能 #7 - 在扩充卡上集成多种功能
服务器通常使用扩充卡添加LED驱动器、控制和传感功能，以减少主板上的器件连接数量。通常情况下，这些功能使用分立逻辑IC实现，这就需要多种类型的扩充卡，每种类型的功能都略有不同。减少所需扩充卡类型的一个方法是将每个扩充卡的功能集成到MachXO2/3 PLD上。然后可以在生产制造过程中简单地修改集成在MachXO2/3器件中的逻辑来定制扩充卡逻辑功能。