一种支持U.2和U.3接口的自适应硬盘系统

技术领域

本发明涉及一种支持U.2和U.3接口的自适应硬盘系统，属于计算机硬件技术和硬盘背板技术领域。

背景技术

硬盘背板作为硬盘和服务器连接的媒介，在存储服务器中起着关键作用。硬盘主要分为机械硬盘和固态硬盘，固态硬盘相对于传统的机械硬盘读写速度快、吞吐率大，逐渐在高性能服务器中得到广泛应用，其中使用PCIe NVME(Non-Volatile Memory Express)协议的固态硬盘表现优异。目前，市面上的NVME硬盘主要采用U.2和U.3接口，而两种接口标准在规范中采用了不同的引脚分配方式，导致两种硬盘接口之间不能相互兼容，硬盘背板的设计只能支持其中一种类型的硬盘，仅支持U.2接口标准硬盘，或仅支持U.3接口标准硬盘，硬盘背板不能根据接入的硬盘类型进行自动切换，导致硬盘背板设计兼容性不好，用户选择硬盘类型受限，服务器升级困难。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种支持U.2和U.3接口的自适应硬盘系统，能够根据插入的硬盘类型进行通道选择，能够同时支持U.2和U.3接口。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

本发明提供了一种支持U.2和U.3接口的自适应硬盘系统，包括：主板和硬盘背板，

所述主板包括PCIe控制器和4路连接器，所述PCIe控制器的输出端连接所述4路连接器的输入端，所述4路连接器用于将PCIe控制器输出的PCIe信号传递至所述硬盘背板；

所述硬盘背板包括CPLD芯片、硬盘连接器和多个I类双路复用器；所述CPLD芯片的输入端连接所述硬盘连接器，根据插入的硬盘的类型输出电平信号；

所述I类双路复用器包括端口1、端口2、端口3和端口SEL，所述端口1连接所述4路连接器的输出端获取PCIe信号，所述端口2连接所述硬盘连接器的U.2引脚，所述端口3连接所述硬盘连接器的U.3引脚，所述端口SEL连接所述CPLD芯片的输出端获取电平信号，端口1根据电平信号与端口2或端口3导通。

可选地，插入的硬盘包括U.2接口硬盘和U.3接口硬盘。

可选地，所述电平信号包括低电平和高电平，

当识别插入的硬盘的类型为U.2接口硬盘时，所述CPLD芯片输出低电平；

当识别插入的硬盘的类型为U.3标准硬盘时，所述CPLD芯片输出高电平。

可选地，所述4路连接器输出四组PCIe信号：PCIe0、PCIe1、PCIe2和PCIe3，

所述硬盘连接器包括用于插入硬盘的U.2接口和U.3接口，以及适应U.2接口的总线引脚、适应U.3接口的总线引脚；

所述适应U.2接口的总线引脚包括：U.2PCIe0、U.2PCIe1、U.2PCIe2和U.2PCIe3；适应U.3接口的总线引脚包括：U.3PCIe0、U.3PCIe1、U.3PCIe2和U.3PCIe3；

其中，所述U.2PCIe0、U.2PCIe3、U.3PCIe0、U.3PCIe1为单路引脚，分别占用所述硬盘连接器的一组引脚；所述U.2PCIe1和所述U.3PCIe2为复合引脚，占用所述硬盘连接器的同一组引脚，所述U.2PCIe2和所述U.3PCIe3为复合引脚，占用所述硬盘连接器的同一组引脚。

可选地，还包括：II类双路复用器，所述II类双路复用器包括端口1、端口2、端口3和端口SEL，

所述端口1连接所述硬盘连接器的复合引脚，

所述端口2连接所述I类双路复用器的端口2，

所述端口3连接所述I类双路复用器的端口3，

所述端口SEL连接所述CPLD芯片的输出端获取电平信号，端口1根据电平信号与端口2或端口3导通。

可选地，所述主板还包括SAS/SATA控制器和1路连接器，所述SAS/SATA控制器的输出端连接所述1路连接器的输入端，所述1路连接器用于将SAS/SATA控制器输出的SAS/SATA信号传递至所述硬盘背板；

所述硬盘背板还包括III类双路复用器，所述硬盘连接器还包括适应SAS/SATA信号的总线引脚；

所述III类双路复用器包括端口1、端口2、端口3和端口SEL1，

所述端口1连接任一I类双路复用器端口1，并通过该I类双路复用器的端口3连接所述硬盘连接器上适应SAS/SATA信号的总线引脚，

所述端口2连接1路连接器的输出端获取SAS/SATA信号，

所述端口3连接在4路连接器的输出端与该I类双路复用器的端口1之间，

所述端口SEL1连接所述CPLD芯片的输出端获取电平信号，端口1根据电平信号与端口2或端口3导通。

可选地，插入的硬盘还包括SAS/SATA接口硬盘。

可选地，所述I类双路复用器、II类双路复用器的端口SEL和所述III类双路复用器的端口SEL1，获取到高电平时，端口1和端口3连接，端口1和端口2断开；获取到低电平时，端口1和端口2连接，端口1和端口3断开。

可选地，所述硬盘连接器上适应SAS/SATA信号的总线引脚与U.3PCIe0为复合引脚，占用所述硬盘连接器的同一组引脚。

可选地，所述CPLD芯片连接所述硬盘连接器的PRSNT#引脚、IfDet#引脚和IfDet2#引脚，

当检测到PRSNT#引脚为高电平、IfDet#引脚为低电平、IfDet2#引脚为高电平时，识别插入的硬盘的类型为U.2接口硬盘；

当检测到PRSNT#引脚为高电平、IfDet#引脚为低电平、IfDet2#引脚为低电平时，识别插入的硬盘的类型为U.3接口硬盘；

当检测到PRSNT#引脚为低电平、IfDet#引脚为低电平、IfDet2#引脚为高电平时，识别插入的硬盘的类型为SAS/SATA接口硬盘；

当检测到PRSNT#引脚为高电平、IfDet#引脚为高电平、IfDet2#引脚为高电平时，识别未插入硬盘。

与现有技术相比，本发明实施例所提供一种支持U.2和U.3接口的自适应硬盘系统所达到的有益效果包括：

本发明主板包括PCIe控制器和4路连接器，PCIe控制器的输出端连接4路连接器的输入端，4路连接器用于将PCIe控制器输出的PCIe信号传递至硬盘背板；硬盘背板包括CPLD芯片、硬盘连接器和多个I类双路复用器；本发明硬盘连接器能够支持U.2接口和U.3接口混插；

本发明CPLD芯片的输入端连接硬盘连接器，根据插入的硬盘的类型输出电平信号；

本发明I类双路复用器端口1连接4路连接器的输出端获取PCIe信号，端口2连接硬盘连接器的U.2引脚，端口3连接硬盘连接器的U.3引脚端口SEL连接CPLD芯片的输出端获取电平信号，端口1根据电平信号与端口2或端口3导通；本发明提供通过双路复用器提供通道选择，根据插入的硬盘类型进行通道的选择，能够同时支持U.2接口和U.3接口的连接；

本发明主板还包括SAS/SATA控制器和1路连接器，SAS/SATA控制器的输出端连接1路连接器的输入端，1路连接器用于将SAS/SATA控制器输出的SAS/SATA信号传递至硬盘背板；盘背板还包括III类双路复用器，硬盘连接器还包括适应SAS/SATA信号的总线引脚；本发明还能够支持SAS/SATA接口硬盘的连接；

本发明支持用户在硬盘连接器上随机插入U.2接口硬盘、U.3接口硬盘，硬盘背板能够识别硬盘的类型，自动选择连接主板侧的总线信号，用户在服务器的存储容量升级时，不受硬盘类型限制，同时能够选择不同接口性能的硬盘，服务器硬盘兼容性好。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种支持U.2和U.2接口的自适应硬盘系统的结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种支持U.2和U.2接口的自适应硬盘系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

在现有技术中，硬盘连接器规范SFF-8639定义的是U.2的硬盘接口，规范SFF-TA-1001定义的是U.3的硬盘接口。虽然硬盘使用的都是PCIe信号(PCIe0、PCIe1、PCIe2和PCIe3)，但是其在连接器引脚定义的位置不同，这就导致了实际图纸设计的过程中，只能实现其中一种方式进行连接。

在本实施例中，根据插入的硬盘类型进行通道的选择；当U.2硬盘插入时，就将PCIe信号切换到连接器的U.2标准的引脚位置；当U.3硬盘插入时，就将PCIe信号切换到连接器的U.3标准的引脚位置。

如图1所示，本发明实施例提供了一种支持U.2和U.2接口的自适应硬盘系统，包括：主板和硬盘背板。

如图1所示，主板包括PCIe控制器和4路连接器，PCIe控制器的输出端连接4路连接器的输入端，4路连接器用于将PCIe控制器输出的PCIe信号传递至硬盘背板。

具体的，主板采用具有PCIe控制器功能模块的芯片，如处理器芯片、PCIe交换芯片、Tri-Mode芯片等。

具体的，4路连接器通过线缆传递PCIe信号。4路连接器输出四组PCIe信号：PCIe0、PCIe1、PCIe2和PCIe3。

如图1所示，硬盘背板包括CPLD芯片、硬盘连接器和多个I类双路复用器。CPLD芯片的输入端连接硬盘连接器，根据插入的硬盘的类型输出电平信号。I类双路复用器包括端口1、端口2、端口3和端口SEL，端口1连接4路连接器的输出端获取PCIe信号，端口2连接硬盘连接器的U.2引脚，端口3连接硬盘连接器的U.3引脚，端口SEL连接CPLD芯片的输出端获取电平信号，端口1根据电平信号与端口2或端口3导通。

在本实施例中，插入的硬盘包括U.2接口硬盘和U.3接口硬盘。

CPLD芯片输出的电平信号包括低电平和高电平，当识别插入的硬盘的类型为U.2接口硬盘时，CPLD芯片输出低电平；当识别插入的硬盘的类型为U.3标准硬盘时，CPLD芯片输出高电平。

CPLD芯片连接硬盘连接器的PRSNT#引脚、IfDet#引脚和IfDet2#引脚：

当检测到PRSNT#引脚为高电平、IfDet#引脚为低电平、IfDet2#引脚为高电平时，识别插入的硬盘的类型为U.2接口硬盘；

当检测到PRSNT#引脚为高电平、IfDet#引脚为低电平、IfDet2#引脚为低电平时，识别插入的硬盘的类型为U.3接口硬盘。

I类双路复用器的端口SEL，获取到高电平时，端口1和端口3连接，端口1和端口2断开；获取到低电平时，端口1和端口2连接，端口1和端口3断开。

硬盘连接器包括用于插入硬盘的U.2接口和U.3接口，以及适应U.2接口的总线引脚、适应U.3接口的总线引脚。适应U.2接口的总线引脚包括：U.2PCIe0、U.2PCIe1、U.2PCIe2和U.2PCIe3；适应U.3接口的总线引脚包括：U.3PCIe0、U.3PCIe1、U.3PCIe2和U.3PCIe3。其中，U.2PCIe0、U.2PCIe3、U.3PCIe0、U.3PCIe1为单路引脚，分别占用硬盘连接器的一组引脚。U.2PCIe1和U.3PCIe2为复合引脚，占用硬盘连接器的同一组引脚。U.2PCIe2和U.3PCIe3为复合引脚，占用硬盘连接器的同一组引脚。

由于存在复合引脚，还包括II类双路复用器，II类双路复用器包括端口1、端口2、端口3和端口SEL，端口1连接硬盘连接器的复合引脚，端口2连接I类双路复用器的端口2，端口3连接I类双路复用器的端口3，端口SEL连接CPLD芯片的输出端获取电平信号，端口1根据电平信号与端口2或端口3导通。

II类双路复用器的端口SEL，获取到高电平时，端口1和端口3连接，端口1和端口2断开；获取到低电平时，端口1和端口2连接，端口1和端口3断开。

在本实施例中，I类双路复用器包括双路复用器A、双路复用器B、双路复用器C和双路复用器D。II类双路复用器包括双路复用器E和双路复用器F。

具体连接如图1所示：

双路复用器A的端口1连接PCIe0信号，端口3连接硬盘连接器的U.3PCIe0引脚，端口2连接硬盘连接器的U.2PCIe0引脚。当双路复用器A的端口SEL获取到低电平时，双路复用器A的端口1、端口2连接，即PCIe0信号连接至硬盘连接器的U.2PCIe0引脚。当双路复用器A的端口SEL获取到高电平时，双路复用器A的端口1、端口3连接，即PCIe0信号连接至硬盘连接器的U.3PCIe0引脚。

双路复用器B的端口1连接PCIe1信号，端口3连接硬盘连接器的U.3PCIe1引脚，端口2连接双路复用器E的端口2，双路复用器E的端口1连接硬盘连接器的U.2PCIe1/U.3PCIe2复合引脚。当双路复用器B的端口SEL获取到高电平时，双路复用器B的端口1、端口3连接，即PCIe1信号连接至硬盘连接器的U.3PCIe1引脚。当双路复用器B的端口SEL获取到低电平时，双路复用器B的端口1、端口2连接，若双路复用器E的端口SEL也获取到低电平，双路复用器E的端口1、端口2连接，实现双路复用器B的端口1与双路复用器E的端口1连接，即PCIe1信号连接至硬盘连接器的U.2PCIe1/U.3PCIe2复合引脚传输U.2标准的PCIe1信号。

双路复用器C的端口1连接PCIe2信号；端口3连接双路复用器E的端口3，双路复用器E的端口1连接硬盘连接器的U.2PCIe1/U.3PCIe2复合引脚；端口2连接双路复用器F的端口2，双路复用器F的端口1连接硬盘连接器的U.2PCIe2/U.3PCIe3复合引脚。当双路复用器C的端口SEL获取到低电平时，双路复用器C的端口1、端口2连接，若双路复用器F的端口SEL也获取到低电平，双路复用器F的端口1、端口2连接，实现双路复用器C的端口1与双路复用器F的端口1连接，即PCIe2信号连接至硬盘连接器的U.2PCIe2/U.3PCIe3复合引脚传输U.2标准的PCIe2信号。当双路复用器C的端口SEL获取到高电平时，双路复用器C的端口1、端口3连接，若双路复用器E的端口SEL也获取到高电平，双路复用器E的端口1、端口3连接，实现双路复用器C的端口1与双路复用器E的端口1连接，即PCIe2信号连接至硬盘连接器的U.2PCIe1/U.3PCIe2复合引脚传输U.3标准的PCIe2信号。

双路复用器D的端口1连接PCI3信号；端口3连接双路复用器F的端口3，双路复用器F的端口1连接硬盘连接器的U.2PCIe2/U.3PCIe3复合引脚；端口2连接硬盘连接器的U.2PCIe3引脚。当双路复用器D的端口SEL获取到低电平时，双路复用器D的端口1、端口2连接，即PCIe3信号连接至硬盘连接器的U.2PCIe3引脚。当双路复用器D的端口SEL获取到高电平时，双路复用器D的端口1、端口3连接，若双路复用器F的端口SEL也获取到高电平，双路复用器F的端口1、端口3连接，实现双路复用器D的端口1与双路复用器F的端口1连接，即PCIe3信号连接至硬盘连接器的U.2PCIe2/U.3PCIe3复合引脚传输U.3标准的PCIe3信号。

在本实施例中，所有双路复用器的端口SEL连接在一起，并连接CPLD芯片。当CPLD芯片识别插入的硬盘的类型为U.2接口硬盘时，输出低电平，控制所有双路复用器的端口SEL获取到低电平，信号PCIe0、PCIe1、PCIe2和PCIe3通过各个双路复用器的通路连接至硬盘连接器的U.2标准信号的相关引脚；当CPLD芯片识别插入的硬盘的类型为U.3接口硬盘时，输出高电平，控制所有双路复用器的端口SEL获取到高电平，信号PCIe0、PCIe1、PCIe2和PCIe3通过各个双路复用器的通路连接至硬盘连接器的U.3标准信号的相关引脚。

本实施例的硬盘连接器能够支持U.2接口和U.3接口混插；CPLD芯片能够识别插入的硬盘的类型并输出电平信号；通过双路复用器提供通道选择，根据插入的硬盘类型进行通道的选择，能够同时支持U.2接口和U.3接口的连接。支持用户在硬盘连接器上随机插入U.2接口硬盘、U.3接口硬盘，硬盘背板能够识别硬盘的类型，自动选择连接主板侧的总线信号，用户在服务器的存储容量升级时，不受硬盘类型限制，同时能够选择不同接口性能的硬盘，服务器硬盘兼容性好。

实施例二：

本发明实施例在实施例一的基础上，提供支持SAS/SATA接口硬盘的实施例。

如图2所示，主板包括PCIe控制器和4路连接器，还包括SAS/SATA控制器和1路连接器。PCIe控制器的输出端连接4路连接器的输入端，4路连接器用于将PCIe控制器输出的PCIe信号传递至硬盘背板。SAS/SATA控制器的输出端连接1路连接器的输入端，1路连接器用于将SAS/SATA控制器输出的SAS/SATA信号传递至硬盘背板。

具体的，主板采用具有PCIe控制器、SAS/SATA控制器功能模块的芯片，如处理器芯片、PCIe交换芯片、RAID芯片、SAS扩展芯片等。

具体的，4路连接器通过线缆传递PCIe信号。4路连接器输出四组PCIe信号：PCIe0、PCIe1、PCIe2和PCIe3。1路连接器输出一组SAS/SATA信号：SAS0/SATA0。

如图2所示，硬盘背板包括CPLD芯片、硬盘连接器和多个I类双路复用器，还包括III类双路复用器。

III类双路复用器包括端口1、端口2、端口3和端口SEL1。端口1连接任一I类双路复用器端口1，并通过该I类双路复用器的端口3连接所述硬盘连接器上适应SAS/SATA信号的总线引脚。端口2连接1路连接器的输出端获取SAS/SATA信号。端口3连接在4路连接器的输出端与该I类双路复用器的端口1之间。端口SEL1连接CPLD芯片的输出端获取电平信号，端口1根据电平信号与端口2或端口3导通。

III类双路复用器的端口SEL1，获取到高电平时，端口1和端口3连接，端口1和端口2断开；获取到低电平时，端口1和端口2连接，端口1和端口3断开。

在本实施例中，III类双路复用器包括双路复用器G。

在本实施例中，插入的硬盘为U.2接口硬盘、U.3接口硬盘以及SAS/SATA接口硬盘。

CPLD芯片连接硬盘连接器的PRSNT#引脚、IfDet#引脚和IfDet2#引脚，输出电平信号至双路复用器A、双路复用器B、双路复用器C、双路复用器D、双路复用器E和双路复用器F的端口SEL，输出电平信号至双路复用器G的端口SEL1，如表1所示，1表示高电平，0表示低电平。

表1CPLD芯片识别硬盘类型表

具体为：

当检测到PRSNT#引脚为高电平、IfDet#引脚为低电平、IfDet2#引脚为高电平时，识别插入的硬盘的类型为U.2接口硬盘，控制所有双路复用器的端口SEL获取到低电平；

当检测到PRSNT#引脚为高电平、IfDet#引脚为低电平、IfDet2#引脚为低电平时，识别插入的硬盘的类型为U.3接口硬盘，控制所有双路复用器的端口SEL获取到高电平；

当检测到PRSNT#引脚为低电平、IfDet#引脚为低电平、IfDet2#引脚为高电平时，识别插入的硬盘的类型为SAS/SATA接口硬盘，控制双路复用器G的端口SEL1获取到低电平；

当检测到PRSNT#引脚为高电平、IfDet#引脚为高电平、IfDet2#引脚为高电平时，识别未插入硬盘，控制双路复用器G的端口SEL1获取到低电平。

硬盘连接器还包括适应SAS/SATA信号的总线引脚。硬盘连接器上适应SAS/SATA信号的总线引脚与U.3PCIe0为复合引脚，占用硬盘连接器的同一组引脚，表示为U.3PCIe0/SAS0/SATA0复合引脚。

双路复用器G的具体连接如图2所示：

双路复用器G的端口1连接双路复用器A的端口1，双路复用器A的端口3连接硬盘连接器的U.3PCIe0/SAS0/SATA0复合引脚；双路复用器G的端口2连接1路连接器获取SAS0/SATA0信号；双路复用器G的端口3连接4路连接器获取PCIe0信号。端口SEL1连接CPLD芯片的输出端获取电平信号，端口1根据电平信号与端口2或端口3导通。

当双路复用器G的端口SEL1获取到低电平时，双路复用器G的端口1、端口2连接，此时双路复用器A获取到高电平，双路复用器A的端口1、端口3连接，实现双路复用器G的端口2与双路复用器A的端口3连接，即SAS0/SATA0信号连接至硬盘连接器的U.3PCIe0/SAS0/SATA0复合引脚传输SAS0/SATA0信号。

当双路复用器G的端口SEL1获取到高电平时，双路复用器G的端口1、端口3连接，不传递SAS0/SATA0信号。当双路复用器A的端口SEL获取到低电平时，双路复用器A的端口1、端口2连接，即PCIe0信号连接至硬盘连接器的U.2PCIe0引脚。当双路复用器A的端口SEL获取到高电平时，双路复用器A的端口1、端口3连接，即PCIe0信号连接至硬盘连接器的U.3PCIe0引脚。

根据表1，当双路复用器G的端口SEL1和双路复用器A的端口SEL均获取到低电平，此时未插入硬盘。

在本实施例中，双路复用器A、B、C、D、E、F的端口SEL连接在一起，并连接CPLD芯片的SEL引脚。双路复用器G的端口SEL1连接CPLD芯片的SEL1引脚。

当CPLD芯片识别插入的硬盘的类型为U.2接口硬盘时，SEL引脚输出低电平，双路复用器A、B、C、D、E、F的端口SEL获取到低电平，SEL1引脚输出高电平，双路复用器G的端口SEL1获取到高电平，信号PCIe0、PCIe1、PCIe2和PCIe3通过各个双路复用器的通路连接至硬盘连接器的U.2标准信号的相关引脚。

当CPLD芯片识别插入的硬盘的类型为U.3接口硬盘时，SEL引脚输出高电平，双路复用器A、B、C、D、E、F的端口SEL获取到高电平，SEL1引脚输出高电平，双路复用器G的端口SEL1获取到高电平，信号PCIe0、PCIe1、PCIe2和PCIe3通过各个复用器的通路连接至硬盘连接器的U.3标准信号的相关引脚。

当CPLD芯片识别插入的硬盘的类型为SAS/SATA接口硬盘时，SEL引脚输出高电平，双路复用器A的端口SEL获取到高电平，SEL1引脚输出低电平，双路复用器G的端口SEL1获取到低电平，SAS/SATA信号通过各个复用器的通路连接至硬盘的U.3PCIe0/SAS0/SATA0复合引脚。

当CPLD芯片识别未插入任何硬盘时，SEL引脚和SEL1引脚的输出均为低电平。

本发明提供通过双路复用器提供通道选择，根据插入的硬盘类型进行通道的选择，能够同时支持U.2接口、U.3接口和SAS/SATA接口的连接。支持用户在硬盘连接器上随机插入U.2接口硬盘、U.3接口硬盘、SAS/SATA接口硬盘，硬盘背板能够识别硬盘的类型，自动选择连接主板侧的总线信号，用户在服务器的存储容量升级时，不受硬盘类型限制，同时能够选择不同接口性能的硬盘，服务器硬盘兼容性好。

实施例三：

本发明实施例在实施例一和实施例二的基础上，提供优选配置。

优选配置一：双路复用器A、B、C、D、E、F、G集成于1个芯片内部，或者多个双路复用器集成于1个芯片内部。

优选配置二：双路复用器集成Redriver或者Retimer功能，用于提升传递信号(PCIe/SAS/SATA)的质量。

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。