开源绿色计算项目Intel Atom主板硬件设计规范V1.02011-9-27/目录1 范围 (4)2 前言 (4)2.1 背景 (4)2.2 概述 (5)2.3 许可与免责声明 (5)3 主板整体设计 (6)3.1 组件框图 (6)3.2 处理器和内存 (7)3.2.1 北桥 (7)3.2.2 南桥和外围总线控制器 (7)3.3 系统管理总线（SMBus ）2.0 (8)3.4 网络控制器/接口 (8)4 电源系统 (9)4.1 输入电压 (9)4.1.1 电压范围 (9)4.1.2 电容负载 (10)4.1.3 输入接口 (10)4.2 CPU电压调节模块(VRM) (10)4.2.1 CPU 最大功耗 (10)4.2.2 CPU VRM 优化 (10)4.2.3 CPU VRM 效率 (10)4.3 Hard Drive供电 (10)4.3.1 供电需求 (11)4.3.2 输出电量保护 (11)4.3.3 启动延迟 (11)4.4 整体系统VRM 效率 (11)4.5 加电 (11)5 BIOS (12)5.1 BIOS 对外接口和大小 (12)5.2 BIOS芯片套接口 (12)5.3 BIOS 配置和特性 (12)5.4 启动菜单 (12)5.5 控制台重定向 (13)5.6 预启动执行环境（PXE）启动 (13)5.7 其他启动选项 (13)5.8 远程BIOS更新 (13)5.9 事件日志 (14)5.10 错误记录 (14)5.11 错误门限设置 (15)6 BMC（底板管理控制器） (15)7 主板调试 (16)7.1 POST错误发声序列码 (16)7.2 串行控制台 (16)7.3 系统复位 (17)8 硬件监控 (17)8.1 板上电压监控 (17)8.2 系统温度 (17)8.3 风扇速度控制模式 (18)9 连接器和接头 (18)9.1 背板输入/输出（I/O）端口和开关 (18)9.1.1 以太网（LAN）端口/ IPMI (19)9.1.2 通用串行总线(USB) (20)9.1.3 VGA 接口 (21)9.1.4 后面板节点标示（UID）开关 (22)9.2 连接接头 (23)9.2.1 串行端口(JKCOM/JCOM) (23)9.2.2 通用串行总线(JUSB/JKUSB) (24)9.2.3 前面板可访问的附加卡接头（JF2） (25)9.2.4 板上扬声器(JKSP1/SP1) 和TPM 接头(JTPM/JKTPM) (26)9.2.5 系统管理总线（SMB）和SATA DOM供电接口 (27)9.3 SATA 端口 (27)9.4 板上指示灯 (28)9.4.1 以太网（LAN）LED指示灯 (28)9.4.2 节点单元标示LED指示灯(LE2/LKE2) (29)9.4.3 主电源加电LED指示灯(LE1/LKE1) (29)9.4.4 加电/挂起LED指示灯(DP2/DKP2) (29)9.4.5 SATA LED 指示灯(DKP3/DP3) (30)9.4.6 BMC 心跳LED指示灯(DKP1/DP1) (30)10 机械设计 (31)10.1 设计尺寸 (31)10.2 固定位置 (31)10.3 元件布局 (31)10.4 印刷电路板（PCB）厚度 (32)10.5 散热片 (32)10.6 气流方向 (32)11 环境要求 (33)12 规定材料 (33)12.1 不允许使用的元件 (33)12.2 电容和电感 (34)12.3 元件的降额 (34)13 附录A: 前面板可访问的附加卡设计 (34)14 附录B: 主板与机箱 (35)1范围本文档将给出在开源绿色计算项目中针对Intel Atom处理器的主板设计规范。
2前言2.1背景随着淘宝用户数和访问量的增加，网络上部署的服务器数量也在不断的增长；特别是为了保障用户体验，淘宝在全网部署了几十个用于加速的WebCache节点，其服务器的数量更是惊人。
大量服务器同时运转，其每天消耗的电量是惊人的，电消耗的成本在整个淘宝网运营成本的中的比重在逐年增加。
节约服务用电量，已经成为淘宝网运营过程中不得不考虑的问题。
最直接的方法就是采用比传统服务耗电量更低的低功耗服务器来运行服务，但是前提条件是低功耗服务器必须能够满足服务所需要的性能。
于是定制满足淘宝服务要求的低功耗服务器就成为降低能耗的主要方案。
目前市场上的低功耗服务器主要以采用低功耗的处理器来区别于传统的服务器。
低功耗CPU在带来低功耗的同时，也损失了处理速度。
因此在定制淘宝低功耗服务器时，需要面向具体的应用来进行定制，选择消耗CPU 资源少的应用来定制低功耗服务器。
从目前淘宝整个服务器体系看，用于静态内容加速的CDN web cache服务器主要是对静态的网页和图片进行读写操作，消耗CPU资源相对较小，因此首先从定制低功耗的Web Cache服务器开始。
因此淘宝低功耗服务器的定制需求，主要来源于Cache服务器的应用需求。
传统的低功耗处理器都是在原有高性能处理器的基础上通过控制处理器在闲时的主频和耗电，同时简化乱序处理的逻辑模块来减少不必要的低能消耗来实现降低功耗的，但是由于受限于原有的高性能架构，整体功耗降低效果并不明显，特别是在IO密集型的业务上。
因此需要寻找更低功耗的处理器来定制更低功耗的IO密集型服务器。
2.2概述基于上述背景，由淘宝针对自身的需求，在Intel和美超微等厂家的支持下定制了一款绿色低功耗的服务器。
在该服务器定制完成并且进行一定规模应用的基础上，发起了“开源绿色计算”项目。
该项目的目标除了更低功耗方面的要求外，还包括高IO、方便运维等方面的要求；当然最重要的还是该项目面向整个行业开源，便于大家共同参与这个项目。
目前该项目面向的应用只有CDN缓存服务这一个应用，而且定制过程中也基本依照该应用的性能要求进行优化的。
本项目中最重要的一部分工作就是定制化的主板，因此本文档将描述基于Intel ATOM D525嵌入式处理器的逐步设计规范。
该款主板的设计目标是高功效、低成本和易维护，许多在传统ATOM PC主板上的特点都将根据应用服务的要求被裁减掉。
2.3许可与免责声明本项目所有相关内容的许可协议将采用TARP (图森业余分组无线电组织) 的《开源硬件许可协议1.0》。
对于该协议的详细内容请访问英文网站：/ohl.html在特定法律许可范围內，本设计资料没有任何担保责任。
非经书面声明，著作权人与／或其他提供设计资料的人，无论暗示、明示或默许，均是依「现况」提供本资料而并无任何形式的担保责任，其包括但不限于，就适售性以及特定目的的适用性为默示性担保。
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如本设计资料被证明有瑕疵，您应承担所有服务、修复或改正的费用。
3主板整体设计3.1组件框图图1 主板组件框图3.2处理器和内存主板采用嵌入式处理器, Intel® Atom™D525 (Pineview-D) 双核,1.8GHz (13W) 处理器, 该处理器有如下特点：●热设计功耗（TDP ）不超过13瓦●在套片上，首先是32KB的结构性缓存和24KB的回写数据（L1）缓存●Intel® 超线程技术，每个核可配置成2个超线程●在套片上还有2个512KB8通道的二级缓存●拥有Intel® 64 位架构●支持IA 32位架构●Micro-FCBGA (Flip Chip Ball Grid Array) 8封装技术●支持通过Intel®的热监控器（TM1）进行发热管理●只支持C0（最高功率）和C1（休眠）电源状态●支持连接Intel® ICH9R南桥芯片组的双向4通道的点对点DMI接口，每通道的传输速率是2.5Gbps●集成系统内存控制器（，支持DDR2和DDR3（只支持SO-DIMM接口）内存，通过64比特通道访问DIMM，同时支持Intel®快速内存访问（FMA）技术。
但是，该控制器不支持ECC的内存，而且最大只支持4GB大小的内存。
3.2.1北桥北桥的功能已经被集成到了CPU中，通过双向4个2.5Gbps通道的点对点的DMI接口连接南桥。
3.2.2南桥和外围总线控制器南桥采用的是Intel的ICH9R芯片组，该芯片组有如下特性：●支持数据缓冲和接口仲裁以满足系统运行效率的需求●提供足够的总线带宽以支持系统运行在峰值性能●通过DMI接口连接内存控制集线器●支持最多6个PCI-E x1接口●支持最多6 个SATA硬盘接口●提供Intel矩阵存储技术，可对不同RAID模式提供数据保护和快速数据访问。
●支持高级电源管理（APM）●支持SMBus 2.0 (I2C)●SST/PECI 风扇速度控制●内置SPI 总线闪存●提供LPC接口3.3系统管理总线（SMBus ）2.0系统管理总线是一个两线的接口，不同的系统组件芯片可以通过它进行相互通信，也可以和系统的其他部分通信。
SMBus是基于I2C的操作原则设计的，它提供一条系统控制和电源相关任务管理的总线。
一个系统可以用SMBus来传递和发送来源于外围设备的消息，而不用单独设计控制总线，从而减少了管脚的数量。
能够接受消息也保障了未来的可扩展性。
使用系统管理总线，一个设备可以：提供生产厂家的信息、告诉系统它的模组/组成部分的编号、保存挂起事件的状态、报告不同类型的错误、接受控制参数和返回他的运行状态。
SMBus规范定义了两类电器特性，低功率和高功率。
第一类最初定义为SMBus1.0和1.1规范，主要设计用于智能电池，但也可以用在其他一些低功率设备上。
SMBus 2.0规范引入了一套高功率的电器特性，这类规范适用于更高驱动能力的设备，如使用SMBus的设备做成PCI的外插板卡。
3.4网络控制器/接口为了节省功耗，主板采用低功耗的网络控制芯片，2块Intel的82574L以太网控制芯片，该芯片有如下特性：●PCIe v1.1 (2.5GT/s)●但端口●低功耗⏹<750mW S0-Typ (state) 1000Base-T Active 90˚ C (mode)⏹<300mW S0-Typ (state) 100Base-T Active (mode)●消息信号中断扩展(MSI-X) 支持●芯片本身支持进行TCP/UDP, IPv4, and IPv6校验和处理;●可扩展的Tx描述符使得控制器能够支持更多的处理能力●芯片本身支持TCP分段处理和转发分段处理●支持SMBus总线信号透传, 该功能可以使得通过BMC可以配置网卡控制器的过滤规则和管理相关的功能。
●PXE闪存接口支持两个RJ45的接口分别连接上述两个网卡控制芯片，其中一个设置SMBus透传功能以支持IPMI的远程控制指令。