一种适用于军用加固式计算机的快速在线调试系统的制作方法

1.本发明属于服务器设计领域，具体涉及一种适用于军用加固式计算机的快速在线调试系统。


背景技术：

2.军用加固式计算机与服务器通常要求具备安全稳固、连续工作时间长、零宕机概率、零故障率、运维便捷、快速排故等特点。在该类设计要求下，主板安装半封闭的加固散热结构件并装入整机后、只有通过整机输出的功能接口来判断主板的运行状态。首先、根据整机的不同功能和性能需求，整机上的对外接口也有所不同，受整机结构和尺寸的限制，这些接口通常为需要使用到的功能接口而并非监控或者调试接口，所以当主板在整机出现异常时，后勤或技术人员无法快速有效的定位主板故障所在。其次、当装机后的整机如果后期需要对部分芯片进行固件升级时，由于外部接口没有预留最底层的在线升级接口，往往需要将整机完全拆解后取出相应的主板单独升级。使用本发明可以在不对整机进行拆机的情况下对主板上的芯片进行固件升级。本发明主要解决针对这类军用加固式计算机与服务器的后期运维便捷、快速排故的要求。
3.现阶段，国产的加固式计算机与服务器主要采用龙芯、飞腾、x86架构的处理器实现，其中龙芯、飞腾的处理器在国产化加固式计算机与服务器中占比最高。本发明完全适配不同处理器平台的各类加固式计算机。能够实现处理器调试串口的快速传输与解析、芯片调试接口的快速连接、主板多功能接口测试等功能，其中主板多功能接口测试包括千兆以太网接口、usb3.0接口、usb2.0接口、vga接口、hdmi接口、dp接口、db9接口、jtag接口、3.5mm音频输入输出接口等。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.本发明要解决的技术问题是如何提供一种适用于军用加固式计算机的快速在线调试系统，以解决解决部分加固式计算机与服务器不支持快速排故与故障在线诊断分析的问题，以及部分加固式计算机与服务器不支持在不完全拆机的情况下进行芯片固件在线升级的问题。
6.(二)技术方案
7.为了解决上述技术问题，本发明提出一种适用于军用加固式计算机的快速在线调试系统，所述在线调试系统提供6组fh35c_25s_03hw的fpc接口con2-1至con2-6作为系统输入端，被测主板的调试接口con1-1至con1-6分别通过no.1至no.6fpc连接至fpc接口con2-1至con2-6；快速在线调试系统提供的输出端包括：两组千兆以太网rj45接口、两组usb3.0接口、两组usb2.0接口、一组vga接口、一组hdmi接口、一组dp接口、一组db9接口、四组jtag接口、usb_type_c接口以及两组3.5mm音频接口，usb_type_c接口作为4uart转1usb输出接口连接陪测电脑；在线调试系统的输入端与输出端在内部建立连接，根据不同场景与使用需
5接口的usb2.0接口连接在线调试系统的usb2.0接口，供电网络为vusb1，使用被测主板的usb供电，通过fpc引入系统；con2-5接口的usb3.0接口连接在线调试系统的usb3.0接口，供电网络为vusb3，使用被测主板的usb供电，通过fpc引入系统；con2-5接口的vga接口连接在线调试系统的vga接口，供电由vcc_5v电源网络供电。
16.进一步地，con2-6包括：2路支持电平转换的jtag00、jtag01接口、1路不支持电平转换的jtag接口jtag02、1路双声道音频输出接口和1路mic输入接口；con2-6的jtag00接口对应x2连接器调试串口，该接口支持电平转换功能，con6连接器fpc侧信号接口电源域为stby_1v8_1，x2连接器侧接口电源域为vcc_3v3；con2-6的jtag01对应x3连接器调试串口，该接口支持电平转换功能，con2-6连接器fpc侧信号接口电源域为stby_1v8_2，x3连接器侧接口电源域为vcc_3v3；jtag02接口为连接器调试串口，该接口不支持电平转换功能；支持电平转换的接口选用的电平转换芯片型号为sgm4574ytqm12g/tr；音频输入接口支持3.5mm单mic输入，音频输出接口支持双声道3.5mm单耳机输出。
17.(三)有益效果
18.本发明提出一种适用于军用加固式计算机的快速在线调试系统，本发明提出一种适用于加固式计算机与服务器的快速在线调试系统。与现有技术相比，在现有技术中，如果加固整机中出现故障或者需要更新维护的主板，首先需要对整机进行拆机操作，该过程复杂，且需要专业的结构工程师进行操作。其次，在完成拆机操作后，需要将问题主板取出，并将其插入专用的调测设备当中，来去对该问题主板进行排故、调试以及更新固件的操作。本发明可以将上述操作化繁为简，通过使用与外部连接的一个专用调测设备，可以实现在不拆机或者尽量减少拆机部件的场景下，实现对问题主板进行快速排故，快速在线调试、在线更新芯片固件的方法。
附图说明
19.图1为本发明的系统硬件结构框图；
20.图2为本发明的第一种电源拓扑；
21.图3为本发明的第二种电源拓扑；
22.图4为本发明的第三种电源拓扑。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
24.本发明适用于加固式计算机和服务器快速在线调试与升级。被测主板上需要根据线序要求设计调试接口con1-1至con1-6，快速在线调试系统提供6组fh35c_25s_03hw的fpc接口con2-1至con2-6作为系统输入端，被测主板的调试接口con1-1至con1-6分别通过no.1至no.6fpc连接至fpc接口con2-1至con2-6。快速在线调试系统提供的输出端包括：两组千兆以太网rj45接口、两组usb3.0接口、两组usb2.0接口、一组vga接口、一组hdmi接口、一组dp接口、一组db9接口、四组jtag接口、usb_type_c接口以及两组3.5mm音频接口，usb_type_c接口作为4uart转1usb输出接口连接陪测电脑。快速在线调试系统的输入端与输出端在内部建立连接，根据不同场景与使用需求，6组输入端口可自由搭配，依据接口需求来选择不
同的输入端口。图1所示为系统硬件结构框图。
25.快速在线调试系统有三种电源冗余方案设计，根据不同的需求选用三种电源拓扑模式中的一种。
26.1、使用fpc直供电方式由被测主板为快速在线调试系统供电，但usb_tpye_c供电独立，并带负载开关隔离。该种方式被测主板为快速在线调试系统提供主要供电输入，在快速在线调试系统中，使用负载开关将快速在线调试系统的供电输入与内部电源进行隔离，快速在线调试系统出现异常时负载开关可自主断电，并且不会影响被测主板。
27.如图2所示，快速在线调试系统的con2-1和con2-6输入端通过sw6拨码开关连接负载开关，con2-2和con2-5输入端通过sw7拨码开关连接负载开关；sw6拨码开关、sw7拨码开关为功能选择切换开关，将sw6拨码开关配置为off、on、off的模式、将sw7拨码开关配置为off、on、off的模式。图2所示为第一种电源拓扑。
28.2、快速在线调试系统使用有源设备供电，由快速在线调试系统通过fpc直供电方式为被测主板供电，usb_tpye_c供电独立,无负载开关隔离。该种方式在特定情况下可以使用，当快速在线调试系统上插入有源设备时，如swd下载器，该下载器可提供3.3v电源，通过fpc直供被测主板，在被测主板不上电的情况下可对主板内单片机进行程序烧录，该种方式的带载能力由外部插入的有源设备决定。
29.如图3所示，将sw6拨码开关配置为on、off、off的模式、将sw7拨码开关配置为on、off、off的模式。图3所示为第二种电源拓扑。
30.3、快速在线调试系统使用usb_type_c供电。该种方式的电源完全由插入快速在线调试系统usb_type_c的陪测电脑供电，usb_type_c通过vbus提供vcc_5v，通过ldo(型号：sgm2037)实现vcc_3v3输出，带载能力500ma。
31.此时，将sw6拨码开关配置为off、off、on的模式、将sw7拨码开关配置为off、off、on的模式。图4所示为第三种电源拓扑。
32.下面将介绍快速在线调试系统的接口使用说明。
33.con2-1接口为debug接口，该接口包括：2路单片机swd下载接口、3路debug串口和1路fpga_jtag下载接口。该接口输入的3路debug串口可以选择为标准的3.3v tll接口和rs232接口。三路串口使用usb转串口芯片，将串口转接到usb_type_c接口，芯片型号为cp2108，usb_type_c接口连接陪测电脑进行通信。fpga_jtag对应x1连接器调试串口，该接口不支持电平转换功能，con2-1连接器fpc侧和jatg3连接器侧信号接口电源域均为vcc_3v3。swd下载接口用于连接swd下载器。
34.con2-2接口包括：1路edp接口和1路千兆以太网接口。edp接口连接在线调试系统的dp接口，dp接口的供电由vcc_3v3电源网络供电。千兆以太网接口连接在线调试系统的rj45接口，该rj45接口不带网口变压器，网口变压器需要设计在被测主板上。
35.con2-3接口包括：1路hdmi接口和1路8线串口。hdmi接口连接在线调试系统的hdmi接口，hdmi接口的供电由vcc_5v电源网络供电。8线串口连接在线调试系统的db9接口，使用usb_type_c接口连接陪测电脑完成端口映射。
36.con2-4接口包括：1路usb2.0接口、1路usb3.0接口和1路千兆以太网接口。con2-4接口的usb2.0接口连接在线调试系统输出的usb2.0接口，供电网络为vusb0。usb接口供电必须使用被测主板的usb供电，通过fpc引入系统。con2-4接口的usb3.0接口连接在线调试
系统输出的usb3.0接口，供电网络为vusb2，usb接口供电必须使用被测主板的usb供电，通过fpc引入系统。con2-4接口的千兆以太网接口连接在线调试系统的rj45接口，该接口不带网口变压器，网口变压器需要设计在被测主板上。
37.con2-5接口包括：1路usb2.0接口、1路usb3.0接口和1路vga接口。con2-5接口的usb2.0接口连接在线调试系统的usb2.0接口，供电网络为vusb1，使用被测主板的usb供电，通过fpc引入系统。con2-5接口的usb3.0接口连接在线调试系统的usb3.0接口，供电网络为vusb3，使用被测主板的usb供电，通过fpc引入系统。con2-5接口的vga接口连接在线调试系统的vga接口，供电由vcc_5v电源网络供电。
38.con2-6包括：2路支持电平转换的jtag00、jtag01接口、1路不支持电平转换的jtag接口jtag02、1路双声道音频输出接口和1路mic输入接口。con2-6的jtag00接口对应x2连接器调试串口，该接口支持电平转换功能，con6连接器fpc侧信号接口电源域为stby_1v8_1，x2连接器侧接口电源域为vcc_3v3。con2-6的jtag01对应x3连接器调试串口，该接口支持电平转换功能，con2-6连接器fpc侧信号接口电源域为stby_1v8_2，x3连接器侧接口电源域为vcc_3v3。jtag02接口为连接器调试串口，该接口不支持电平转换功能。支持电平转换的接口需注意，电平转换芯片型号为sgm4574ytqm12g/tr，电平转换要求vcca(stby_1v8_x)≤vccb(vcc_3v3)，所以stby_1v8_x电源域必须≤3.3v。一般带电平转换的jtag接口使用场景为：龙芯、飞腾cpu的jtag接口。不带电平转换的jtag接口使用场景为：fpga下载、部分桥片jtag接口。音频输入接口支持3.5mm单mic输入，音频输出接口支持双声道3.5mm单耳机输出。
39.本发明提出一种适用于加固式计算机与服务器的快速在线调试系统。与现有技术相比，在现有技术中，如果加固整机中出现故障或者需要更新维护的主板，首先需要对整机进行拆机操作，该过程复杂，且需要专业的结构工程师进行操作。其次，在完成拆机操作后，需要将问题主板取出，并将其插入专用的调测设备当中，来去对该问题主板进行排故、调试以及更新固件的操作。本发明可以将上述操作化繁为简，通过使用与外部连接的一个专用调测设备，可以实现在不拆机或者尽量减少拆机部件的场景下，实现对问题主板进行快速排故，快速在线调试、在线更新芯片固件的方法。
40.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种适用于军用加固式计算机的快速在线调试系统，其特征在于，所述在线调试系统提供6组fh35c_25s_03hw的fpc接口con2-1至con2-6作为系统输入端，被测主板的调试接口con1-1至con1-6分别通过no.1至no.6fpc连接至fpc接口con2-1至con2-6；快速在线调试系统提供的输出端包括：两组千兆以太网rj45接口、两组usb3.0接口、两组usb2.0接口、一组vga接口、一组hdmi接口、一组dp接口、一组db9接口、四组jtag接口、usb_type_c接口以及两组3.5mm音频接口，usb_type_c接口作为4uart转1usb输出接口连接陪测电脑；在线调试系统的输入端与输出端在内部建立连接，根据不同场景与使用需求，6组输入端口自由搭配，依据接口需求来选择不同的输入端口；所述在线调试系统根据不同的需求选用三种电源拓扑模式中的一种。2.如权利要求1所述的适用于军用加固式计算机的快速在线调试系统，其特征在于，所述在线调试系统的第一种电源拓扑模式为：使用fpc直供电方式由被测主板为快速在线调试系统供电，但usb_tpye_c供电独立，并带负载开关隔离；该种方式被测主板为快速在线调试系统提供供电输入，在快速在线调试系统中，使用负载开关将快速在线调试系统的供电输入与内部电源进行隔离，快速在线调试系统出现异常时负载开关可自主断电，并且不会影响被测主板；快速在线调试系统的con2-1和con2-6输入端通过sw6拨码开关连接负载开关，con2-2和con2-5输入端通过sw7拨码开关连接负载开关；sw6拨码开关、sw7拨码开关为功能选择切换开关，将sw6拨码开关配置为off、on、off的模式、将sw7拨码开关配置为off、on、off的模式。3.如权利要求2所述的适用于军用加固式计算机的快速在线调试系统，其特征在于，所述在线调试系统的第二种电源拓扑模式为：快速在线调试系统使用有源设备供电，由快速在线调试系统通过fpc直供电方式为被测主板供电，usb_tpye_c供电独立,无负载开关隔离；该种方式在特定情况下可以使用，当快速在线调试系统上插入swd下载器时，该下载器可提供3.3v电源，通过fpc直供被测主板，在被测主板不上电的情况下可对主板内单片机进行程序烧录，该种方式的带载能力由外部插入的swd下载器决定；此时，将sw6拨码开关配置为on、off、off的模式、将sw7拨码开关配置为on、off、off的模式。4.如权利要求2所述的适用于军用加固式计算机的快速在线调试系统，其特征在于，所述在线调试系统的第三种电源拓扑模式为：快速在线调试系统使用usb_type_c供电；该种方式的电源完全由插入快速在线调试系统usb_type_c的陪测电脑供电，usb_type_c通过vbus提供vcc_5v，通过ldo实现vcc_3v3输出，带载能力500ma；此时，将sw6拨码开关配置为off、off、on的模式、将sw7拨码开关配置为off、off、on的模式。5.如权利要求1-4任一项所述的适用于军用加固式计算机的快速在线调试系统，其特征在于，con2-1接口为debug接口，该接口包括：2路单片机swd下载接口、3路debug串口和1路fpga_jtag下载接口；该接口输入的3路debug串口可以选择为标准的3.3v tll接口和rs232接口；三路串口使用usb转串口芯片，将串口转接到usb_type_c接口，芯片型号为cp2108，usb_type_c接口连接陪测电脑进行通信；fpga_jtag对应x1连接器调试串口，该接口不支持电平转换功能，con2-1连接器fpc侧和jatg3连接器侧信号接口电源域均为vcc_3v3；swd下载接口用于连接swd下载器。6.如权利要求1-4任一项所述的适用于军用加固式计算机的快速在线调试系统，其特征在于，con2-2接口包括：1路edp接口和1路千兆以太网接口；edp接口连接在线调试系统的
dp接口，dp接口的供电由vcc_3v3电源网络供电；千兆以太网接口连接在线调试系统的rj45接口，该rj45接口不带网口变压器，网口变压器需要设计在被测主板上。7.如权利要求1-4任一项所述的适用于军用加固式计算机的快速在线调试系统，其特征在于，con2-3接口包括：1路hdmi接口和1路8线串口；hdmi接口连接在线调试系统的hdmi接口，hdmi接口的供电由vcc_5v电源网络供电；8线串口连接在线调试系统的db9接口，使用usb_type_c接口连接陪测电脑完成端口映射。8.如权利要求1-4任一项所述的适用于军用加固式计算机的快速在线调试系统，其特征在于，con2-4接口包括：1路usb2.0接口、1路usb3.0接口和1路千兆以太网接口；con2-4接口的usb2.0接口连接在线调试系统输出的usb2.0接口，供电网络为vusb0；usb接口供电必须使用被测主板的usb供电，通过fpc引入在线调试系统；con2-4接口的usb3.0接口连接在线调试系统输出的usb3.0接口，供电网络为vusb2，usb接口供电必须使用被测主板的usb供电，通过fpc引入在线调试系统；con2-4接口的千兆以太网接口连接在线调试系统的rj45接口，该接口不带网口变压器，网口变压器需要设计在被测主板上。9.如权利要求1-4任一项所述的适用于军用加固式计算机的快速在线调试系统，其特征在于，con2-5接口包括：1路usb2.0接口、1路usb3.0接口和1路vga接口；con2-5接口的usb2.0接口连接在线调试系统的usb2.0接口，供电网络为vusb1，使用被测主板的usb供电，通过fpc引入系统；con2-5接口的usb3.0接口连接在线调试系统的usb3.0接口，供电网络为vusb3，使用被测主板的usb供电，通过fpc引入系统；con2-5接口的vga接口连接在线调试系统的vga接口，供电由vcc_5v电源网络供电。10.如权利要求1-4任一项所述的适用于军用加固式计算机的快速在线调试系统，其特征在于，con2-6包括：2路支持电平转换的jtag00、jtag01接口、1路不支持电平转换的jtag接口jtag02、1路双声道音频输出接口和1路mic输入接口；con2-6的jtag00接口对应x2连接器调试串口，该接口支持电平转换功能，con6连接器fpc侧信号接口电源域为stby_1v8_1，x2连接器侧接口电源域为vcc_3v3；con2-6的jtag01对应x3连接器调试串口，该接口支持电平转换功能，con2-6连接器fpc侧信号接口电源域为stby_1v8_2，x3连接器侧接口电源域为vcc_3v3；jtag02接口为连接器调试串口，该接口不支持电平转换功能；支持电平转换的接口选用的电平转换芯片型号为sgm4574ytqm12g/tr；音频输入接口支持3.5mm单mic输入，音频输出接口支持双声道3.5mm单耳机输出。

技术总结
本发明涉及一种适用于军用加固式计算机的快速在线调试系统，属于服务器设计领域。本发明的快速在线调试系统提供6组FH35C_25S_03HW的FPC接口CON2-1至CON2-6作为系统输入端，被测主板的调试接口CON1-1至CON1-6分别通过No.1至No.6FPC连接至FPC接口CON2-1至CON2-6。快速在线调试系统提供的输出端包括：两组千兆以太网RJ45接口、两组USB3.0接口、两组USB2.0接口、一组VGA接口、一组HDMI接口、一组DP接口、一组DB9接口、四组JTAG接口、USB_TYPE_C接口以及两组3.5mm音频接口，USB_TYPE_C接口作为4UART转1USB输出接口连接陪测电脑。本发明通过使用与外部连接的一个专用调测设备，可以实现在不拆机或者尽量减少拆机部件的场景下，实现对问题主板进行快速排故，快速在线调试、在线更新芯片固件的方法。在线更新芯片固件的方法。在线更新芯片固件的方法。


技术研发人员：杨嘉诚 赵逢阳
受保护的技术使用者：北京计算机技术及应用研究所
技术研发日：2023.03.01
技术公布日：2023/7/31