边缘计算网关设备.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010183051.8 (22)申请日 2020.03.16 (71)申请人 北京中电飞华通信有限公司 地址 100070 北京市丰台区樊羊路东旭国 际中心A座南楼 申请人 国网信息通信产业集团有限公司 (72)发明人 海兴垣欧清海刘军雨刘哲 王艳茹杨润安李温静张宁池 宋继高曹生彪杜思伟申振涛 薛有刘然刘卉马文洁 王炫中张洁刘天极 (74)专利代理机构 北京风雅颂专利代理有限公 司 11403 代理人 鲍胜如 (51)Int.Cl. H04L 12/66(2006.01) 。

2、H04L 12/24(2006.01) (54)发明名称 一种边缘计算网关设备 (57)摘要 本说明书一个或多个实施例提供一种边缘 计算网关设备， 包括背板、 电源板、 核心控制板和 可插拔功能板； 所述背板包括核心控制板接口、 电源板接口和功能板扩展接口； 所述背板通过电 源板接口与所述电源板连接， 所述背板通过所述 核心控制板接口与所述核心控制板连接， 所述背 板通过所述功能板扩展接口与所述可插拔功能 板连接； 由于可插拔功能板的热插拔或即用即插 的特点， 使得该设备能够满足不同的业务功能需 求， 从而避免了根据业务功能需求开辟新的网络 链路， 造成资源浪费。 权利要求书2页 说明书9页 。

3、附图3页 CN 111385192 A 2020.07.07 CN 111385192 A 1.一种边缘计算网关设备， 其特征在于， 所述设备包括： 背板、 电源板、 核心控制板和可 插拔功能板； 所述背板包括核心控制板接口、 电源板接口和功能板扩展接口； 所述背板通过电源板接口与所述电源板连接， 所述电源板用于电压转换并对所述设备 供电； 所述背板通过所述核心控制板接口与所述核心控制板连接， 所述核心控制板用于信号 处理及数据处理； 所述背板通过所述功能板扩展接口与所述可插拔功能板连接， 所述可插拔功能板能够 热插拔或即用即插， 所述可插拔功能板用于扩展所述设备的对外接口或硬件功能。 2.根。

4、据权利要求1所述的边缘计算网关设备， 其特征在于， 所述可插拔功能板包括第一 PMIC电源管理单元、 控制单元、 功能单元、 存储单元和第一金手指接口； 所述可插拔功能板通过所述第一金手指接口与所述背板连接； 所述第一金手指接口用 于信号传输及电源电压传输； 所述第一PMIC电源管理单元分别与所述第一金手指接口、 所述控制单元、 所述功能单 元以及所述存储单元连接； 所述第一PMIC电源管理单元用于接收并转换电源电压， 并为所 述可插拔功能板供电； 所述控制单元分别与所述第一金手指接口、 所述第一PMIC电源管理单元、 所述功能单 元以及所述存储单元连接； 所述控制单元用于信号、 数据及控制指。

5、令的传输； 所述存储单元用于存储功能代码、 设备信息及驱动； 所述功能单元用于实现所述可插拔功能板的目标功能。 3.根据权利要求2所述的边缘计算网关设备， 其特征在于， 所述可插拔功能板的数量至 少为一个。 4.根据权利要求2所述的边缘计算网关设备， 其特征在于， 所述第一金手指接口的管脚 为短管脚或长管脚。 5.根据权利要求1所述的边缘计算网关设备， 其特征在于， 所述背板还包括定位模块、 实时时钟、 USB hub和安全模块； 所述实时时钟、 所述定位模块、 所述USB hub和所述电源板接口分别与所述核心控制板 接口连接， 所述安全模块与所述USB hub连接， 所述USB hub与所述。

6、功能板扩展接口连接； 所述实时时钟用于为所述设备提供走时功能； 所述定位模块用于为所述设备提供定位和授时功能； 所述USB hub用于扩展所述核心控制板的通用串行总线信号； 所述安全模块用于保证所述设备的数据安全。 6.根据权利要求1所述的边缘计算网关设备， 其特征在于， 所述功能板扩展接口采用 PCI-E 1X的物理接口形态。 7.根据权利要求1所述的边缘计算网关设备， 其特征在于， 所述功能板扩展接口的数量 至少为一个。 8.根据权利要求1所述的边缘计算网关设备， 其特征在于， 所述电源板包括AC-DC交直 流转换单元、 DC-DC直流稳压单元、 滤波单元、 后备电源控制单元和超级电容阵列。

7、； 所述DC-DC直流稳压单元分别与所述AC-DC交直流转换单元和所述滤波单元连接， 所述 后备电源控制单元分别与所述AC-DC交直流转换单元、 所述滤波单元以及所述超级电容阵 权利要求书 1/2 页 2 CN 111385192 A 2 列连接； 所述后备电源控制单元用于控制所述超级电容阵列的充放电； 所述AC-DC交直流转换单元用于将交流电转换为低压直流电； 所述DC-DC直流稳压单元用于将所述AC-DC交直流转换单元输出的电压转换为所述背 板、 所述核心控制板和所述可插拔功能板所需的电压； 所述滤波单元用于对所述电源板的电源输出进行滤波处理。 9.根据权利要求8所述的边缘计算网关设备， 。

8、其特征在于， 所述后备电源控制单元包括 降压稳压电路、 充放控制电路和升压稳压电路； 所述降压稳压电路用于将所述AC-DC交直流 转换单元输出的电压稳定在所述超级电容阵列接受的电压范围内； 所述充放控制电路用于 根据外部供电状态和所述超级电容阵列状态控制所述超级电容阵列进行充电、 放电或急速 放电； 所述升压稳压电路用于稳定所述超级电容阵列放电时的电压。 10.根据权利要求1所述的边缘计算网关设备， 其特征在于， 所述核心控制板包括第二 PMIC电源管理单元、 非易失性存储器、 核心处理单元、 随机存储器和第二金手指接口； 所述第二金手指接口与所述核心控制板接口连接以实现所述核心控制板与所述背。

9、板 的连接； 所述第二金手指接口用于信号传输以及将所述背板传输的电源电压传输至所述第 二PMIC电源管理单元； 所述第二PMIC电源管理单元分别与所述非易失性存储器、 所述核心处理单元、 所述随 机存储器以及所述第二金手指接口连接； 所述第二PMIC电源管理单元用于接收并转换所述 第二金手指接口传输的电源电压， 并为所述核心控制板供电； 所述核心处理单元分别与所述第二PMIC电源管理单元、 所述非易失性存储器、 所述随 机存储器以及所述第二金手指接口连接； 所述核心处理单元用于对所述设备进行控制及信 号处理； 所述随机存储器用于存储临时数据； 所述非易失性存储器用于存储引导系统、 系统内核和文。

10、件系统。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111385192 A 3 一种边缘计算网关设备 技术领域 0001 本说明书一个或多个实施例涉及通信和工业控制技术领域， 尤其涉及一种边缘计 算网关设备。 背景技术 0002 目前国内现有的配用电体系中设备种类多样， 如： 配电网中的DTU(Distribution Terminal Unit， 配电终端单元)、 FTU(Feeder Terminal Unit， 馈线终端单元)、 TTU (Transformer Terminal Unit,配电变压器终端单元)以及用电网中的采集器、 集中器等设 备。 于此同时 ,各种终端和设备采用的数据协议也是。

11、多样的， 如： IEC60870-5-101、 IEC60870-5-104、 Q/GDW1376、 DL/T645、 DL/T698等。 0003 各终端和设备由于软件多以固件方式加载， 所以终端和设备功能较为单一、 扩展 性差、 功能添加不灵活。 终端和设备功能的单一性导致了同一地点为满足多个业务功能需 安装多种设备， 开辟新的网络链路， 从而造成通信网络的重复建设， 产生了不必要的资源浪 费。 发明内容 0004 有鉴于此， 本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种边缘计算网关设备， 以解决同一地点为满足多个业务功能需安装多种设备的问题。 0005 基于上述目的， 本说明书一个或多个实。

12、施例提供了一种边缘计算网关设备， 该设 备包括： 背板、 电源板、 核心控制板和可插拔功能板； 所述背板包括核心控制板接口、 电源板 接口和功能板扩展接口； 0006 所述背板通过电源板接口与所述电源板连接， 所述电源板用于电压转换并对所述 设备供电； 0007 所述背板通过所述核心控制板接口与所述核心控制板连接， 所述核心控制板用于 信号处理及数据处理； 0008 所述背板通过所述功能板扩展接口与所述可插拔功能板连接， 所述可插拔功能板 能够热插拔或即用即插， 所述可插拔功能板用于扩展所述设备的对外接口或硬件功能。 0009 可选地， 所述可插拔功能板包括第一PMIC电源管理单元、 控制单元。

13、、 功能单元、 存 储单元和第一金手指接口； 0010 所述可插拔功能板通过所述第一金手指接口与所述背板连接； 所述第一金手指接 口用于信号传输及电源电压传输； 0011 所述第一PMIC电源管理单元分别与所述第一金手指接口、 所述控制单元、 所述功 能单元以及所述存储单元连接； 所述第一PMIC电源管理单元用于接收并转换电源电压， 并 为所述可插拔功能板供电； 0012 所述控制单元分别与所述第一金手指接口、 所述第一PMIC电源管理单元、 所述功 能单元以及所述存储单元连接； 所述控制单元用于信号、 数据及控制指令的传输； 说明书 1/9 页 4 CN 111385192 A 4 0013。

14、 所述存储单元用于存储功能代码、 设备信息及驱动； 0014 所述功能单元用于实现所述可插拔功能板的目标功能。 0015 可选地， 所述可插拔功能板的数量至少为一个。 0016 可选地， 所述第一金手指接口的管脚为短管脚或长管脚。 0017 可选地， 所述背板还包括定位模块、 实时时钟、 USB hub和安全模块； 0018 所述实时时钟、 所述定位模块、 所述USB hub和所述电源板接口分别与所述核心控 制板接口连接， 所述安全模块与所述USB hub连接， 所述USB hub与所述功能板扩展接口连 接； 0019 所述实时时钟用于为所述设备提供走时功能； 0020 所述定位模块用于为所述。

15、设备提供定位和授时功能； 0021 所述USB hub用于扩展所述核心控制板的通用串行总线信号； 0022 所述安全模块用于保证所述设备的数据安全。 0023 可选地， 所述功能板扩展接口采用PCI-E 1X的物理接口形态。 0024 可选地， 所述功能板扩展接口的数量至少为一个。 0025 可选地， 所述电源板包括AC-DC交直流转换单元、 DC-DC直流稳压单元、 滤波单元、 后备电源控制单元和超级电容阵列； 0026 所述DC-DC直流稳压单元分别与所述AC-DC交直流转换单元和所述滤波单元连接， 所述后备电源控制单元分别与所述AC-DC交直流转换单元、 所述滤波单元以及所述超级电 容阵。

16、列连接； 0027 所述后备电源控制单元用于控制所述超级电容阵列的充放电； 0028 所述AC-DC交直流转换单元用于将交流电转换为低压直流电； 0029 所述DC-DC直流稳压单元用于将所述AC-DC交直流转换单元输出的电压转换为所 述背板、 所述核心控制板和所述可插拔功能板所需的电压； 0030 所述滤波单元用于对所述电源板的电源输出进行滤波处理。 0031 可选地， 所述后备电源控制单元包括降压稳压电路、 充放控制电路和升压稳压电 路； 所述降压稳压电路用于将所述AC-DC交直流转换单元输出的电压稳定在所述超级电容 阵列接受的电压范围内； 所述充放控制电路用于根据外部供电状态和所述超级电。

17、容阵列状 态控制所述超级电容阵列进行充电、 放电或急速放电； 所述升压稳压电路用于稳定所述超 级电容阵列放电时的电压。 0032 可选地， 所述核心控制板包括第二PMIC电源管理单元、 非易失性存储器、 核心处理 单元、 随机存储器和第二金手指接口； 0033 所述核心控制板通过所述第二金手指接口与所述背板连接； 所述第二金手指接口 用于信号传输及电源电压传输； 0034 所述第二PMIC电源管理单元分别与所述非易失性存储器、 所述核心处理单元、 所 述随机存储器以及所述第二金手指接口连接； 所述第二PMIC电源管理单元用于接收并转换 电源电压， 并为所述核心控制板供电； 0035 所述核心处。

18、理单元分别与所述第二PMIC电源管理单元、 所述非易失性存储器、 所 述随机存储器以及所述第二金手指接口连接； 所述核心处理单元用于对所述设备进行控制 及信号处理； 说明书 2/9 页 5 CN 111385192 A 5 0036 所述随机存储器用于存储临时数据； 0037 所述非易失性存储器用于存储引导系统、 系统内核和文件系统。 0038 从上面所述可以看出， 本说明书一个或多个实施例提供的边缘计算网关设备， 该 设备中包括背板、 电源板、 核心控制板和可插拔功能板， 并且背板通过电源板接口与电源板 连接， 背板通过核心控制板接口与核心控制板连接， 背板通过功能板扩展接口与可插拔功 能板。

19、连接。 由于可插拔功能板的热插拔或即用即插的特点， 使得该设备能够满足不同的业 务功能需求， 从而避免了根据业务功能需求开辟新的网络链路， 造成资源浪费。 附图说明 0039 为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案， 下面将 对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的 附图仅仅是本说明书一个或多个实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性 劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。 0040 图1为本说明书一个或多个实施例提供的边缘计算网关设备的结构示意图； 0041 图2为本说明书一个或多个实施例提供的可插拔。

20、功能板的结构示意图； 0042 图3为本说明书一个或多个实施例提供的背板的结构示意图； 0043 图4为本说明书一个或多个实施例提供的电源板的结构示意图； 0044 图5为本说明书一个或多个实施例提供的核心控制板的结构示意图。 具体实施方式 0045 为使本公开的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 以下结合具体实施例， 并参照 附图， 对本公开进一步详细说明。 0046 需要说明的是， 除非另外定义， 本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者 科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。 本说明书一个 或多个实施例中使用的 “第一” 、“第二” 以及类似的词语并不表示。

21、任何顺序、 数量或者重要 性， 而只是用来区分不同的组成部分。“包括” 或者 “包含” 等类似的词语意指出现该词前面 的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同， 而不排除其他元件或 者物件。“连接” 或者 “相连” 等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接， 而是可以包 括电性的连接， 不管是直接的还是间接的。 0047 目前国内现有的配用电体系中设备种类多样， 如： 配电网中的DTU(Distribution Terminal Unit， 配电终端单元)、 FTU(Feeder Terminal Unit， 馈线终端单元)、 TTU (Transformer Termin。

22、al Unit,配电变压器终端单元)以及用电网中的采集器、 集中器等设 备。 于此同时 ,各种终端和设备采用的数据协议也是多样的， 如： IEC60870-5-101、 IEC60870-5-104、 Q/GDW1376、 DL/T645、 DL/T698等。 0048 各种终端和设备把收集到的数据回传至各自的云端主站， 单个云端主站只能完成 某一类设备的收集和管理， 各类设备的数据在云端相互分离。 但在实际业务和管理中， 各类 终端和设备的功能、 数据和业务是相互关联的， 当需要进行多类设备之间数据联合决策和 动作时， 由于各设备之间的数据与信息相互独立， 只能先将数据传送至各自的云端， 再。

23、由各 业务主站和管理平台进行数据联动后作出决策， 最后由各业务主站将控制指令分别传回各 说明书 3/9 页 6 CN 111385192 A 6 个设备。 0049 由于现有的终端和设备由于软件多以固件方式加载， 所以终端和设备功能较为单 一、 扩展性差、 功能添加不灵活。 终端和设备功能的单一性导致了同一地点为满足多个业务 功能需安装多种设备， 开辟新的网络链路， 从而造成通信网络的重复建设， 产生了不必要的 资源浪费。 0050 现有终端和设备对外接口有限， 接口为固定式， 接口灵活性差， 即使原有设备仍有 扩展余量， 但因接口不匹配， 也无法添加新的下挂设备。 而可以进行接口转换， 也需。

24、添加接 口匹配装置， 且占用额外的空间， 对维护工作带来不便。 0051 现有终端和设备的云端主站平台众多， 云端数据存储分散。 同时， 大量的终端和设 备传输数据时， 对网络依赖性强， 亦对通信网络造成较大压力。 而下发控制指令时， 指令由 云端主站经层层网络传输后才到达终端和设备， 控制指令实时性差。 0052 为了解决上述问题， 本说明书提供了一种边缘计算网关设备， 该设备中包括背板、 电源板、 核心控制板和可插拔功能板， 并且背板通过电源板接口与电源板连接， 背板通过核 心控制板接口与核心控制板连接， 背板通过功能板扩展接口与可插拔功能板连接。 0053 为了便于理解， 下面结合附图对。

25、该边缘计算网关设备进行详细说明。 0054 图1为本发明提供的边缘计算网关设备的结构示意图； 如图1所示， 该边缘计算网 关设备包括： 背板、 电源板、 核心控制板和可插拔功能板； 背板包括核心控制板接口、 电源板 接口和功能板扩展接口； 背板通过电源接口与电源板连接， 电源板用于电压转换并对该设 备供电； 背板通过核心控制板接口与核心控制板连接， 核心控制板用于信号处理及数据处 理； 背板通过功能板扩展接口与可插拔功能板连接， 可插拔功能板能够热插拔或即用即插， 可插拔功能板用于扩展该设备的对外接口或硬件功能。 0055 电源板用于将外部交流电压转换为该设备的内部电压， 例如， 可以将外部2。

26、20V或 380V的交流电转换为适合该设备的内部电压， 具体不做限定。 电源板将外部交流电压转换 为适合该设备的内部电压后， 向该设备中的背板、 核心控制板和可插拔功能板供电； 并且电 源板是通过背板分别向核心控制板和可插拔功能板供电的。 0056 背板分别与核心控制板、 电源板以及可插拔功能板连接， 背板通过电源板接口接 收电源板输出的电压， 并将电源板输出的电压通过核心控制板接口传输给核心控制板， 同 时将电源板输出的电压通过功能板扩展接口传输给可插拔功能板。 核心控制板向电源板发 出的电源控制信号经过背板传输至电源板， 即电源控制信号通过核心控制板接口和电源板 接口由核心控制板传输至电源。

27、板； 电源板向核心控制板发出的状态信号亦经过背板传输至 核心控制板， 即状态信号通过电源板接口和核心控制板接口由电源板传输至核心控制板。 0057 如图1所示， 背板还包括实时时钟芯片、 定位模块和安全模块， 并且实时时钟芯片、 定位模块和安全模块分别通过核心控制板接口与核心控制板连接， 以配合核心控制板中程 序的运行。 0058 核心控制板为该设备的中枢， 对该设备中的信号及数据进行处理， 能够向背板发 出信号， 并接收背板反馈的信号； 并能够通过背板向可插拔功能板发出信号， 接收可插拔功 能板通过背板反馈的信号。 0059 可插拔功能板能够热插拔或即用即插， 可以根据需求和行业进行定制； 。

28、可插拔功 能板能够扩展该设备的接口， 例如， 可以RS-232或RS-485接口、 以太网接口、 模拟量采集接 说明书 4/9 页 7 CN 111385192 A 7 口等， 具体不做限定。 可插拔功能板还能够扩展该设备的硬件功能， 例如AI(Artificial Intelligence， 人工智能)计算模块、 FPGA(Field Programmable Gate Array， 现场可编程 门阵列)模块等， 具体不做限定。 0060 可以理解的是， 由于可插拔功能板的热插拔或即用即插的特点， 使得该设备能够 满足不同的业务功能需求， 从而避免了根据业务功能需求开辟新的网络链路， 造成资。

29、源浪 费。 0061 图2是本发明提供的可插拔功能板的结构示意图； 如图2所示， 该设备中的可插拔 功能板包括第一PMIC电源管理单元、 控制单元、 功能单元、 存储单元和第一金手指接口； 可 插拔功能板通过第一金手指接口与背板连接； 第一金手指接口用于信号传输及电源电压传 输； 第一PMIC电源管理单元分别与第一金手指接口、 控制单元、 所功能单元以及所存储单元 连接； 第一PMIC电源管理单元用于接受并转换电源电压， 并为可插拔功能板供电； 控制单元 分别与第一金手指接口、 第一PMIC电源管理单元、 功能单元以及存储单元连接； 控制单元用 于信号、 数据及控制指令的传输； 存储单元用于存。

30、储功能代码； 功能单元用于实现可插拔功 能板的目标功能。 0062 在实际应用中， 为了满足不同的业务需求， 可插拔功能板的数量至少为一个。 0063 第一金手指接口与功能板扩展接口连接， 从而可插拔功能板与背板实现连接。 背 板将电源板输出的电压通过功能板扩展接口传输给第一金手指接口， 第一金手指接口接收 背板传输的电压后并将电压传输至第一PMIC电源管理单元； 核心控制板向可插拔功能板发 送的功能板控制指令信号通过核心控制板接口发送至背板， 然后背板将功能板控制指令信 号通过功能板扩展接口发送至第一金手指接口， 第一金手指接口接收功能板控制指令信号 并将功能板控制指令信号发送至控制单元。 。

31、可插拔功能板向核心控制板发送的功能反馈信 号通过第一金手指接口发送至功能板扩展接口， 然后背板将功能反馈信号由功能板扩展接 口发送至核心控制板接口， 核心控制板接口接收功能反馈信号并将功能反馈信号发送至核 心控制板。 同样的， 第一金手指接口还可以通过相同路径进行数据传输。 0064 第一PMIC电源管理单元接收第一金手指接口传输的电源电压， 并将接收的电源电 压转换成适合可插拔功能板需求的电压， 然后将适合可插拔功能板需求的电压分别传输给 控制单元、 功能单元和存储单元， 以实现第一PMIC电源管理单元对可插拔功能板的供电。 在 实际应用中， 第一PMIC电源管理单元可以使用PMIC芯片、 。

32、DC/DC芯片、 DC/DC模块或LDO(low dropout regulator， 低压差线性稳压器)芯片， 具体不做限定。 0065 控制单元接收第一金手指接口传输的功能板控制指令信号， 并将功能板控制指令 信号发送至功能单元， 功能单元根据接收的功能板控制指令信号实现该可插拔功能板的目 标功能。 控制单元还能够接收通过第一金手指接口传输的数据， 并将数据传输至功能单元。 控制单元采用统一的引导系统， 不同的功能代码存储在存储单元中； 控制单元在上电或接 收到核心控制板发送的功能板重启指令后进行启动， 控制单元由存储单元中加载相应的功 能代码。 在实际应用中， 可以采用ARM Corte。

33、x-M架构处理器作为控制单元。 0066 存储单元存储功能代码， 以便于控制单元在上电或接收到核心控制板发送的功能 板重启指令后进行启动， 控制单元由存储单元中加载相应的功能代码。 存储单元还存储可 插拔功能板的设备信息以及可插拔功能板在核心控制板的操作系统中的驱动。 例如， 存储 单元中还可以存储该可插拔功能板的VID(设备厂家编码)、 PID(设备产品编码)、 SN(设备串 说明书 5/9 页 8 CN 111385192 A 8 号)以及该可插拔功能板插入本设备后核心控制板的核心处理单元所需的驱动文件和相关 脚本， 具体不做限定。 0067 在实际应用中， 功能单元可以根据功能需求进行变。

34、化， 即可以实现不同的目标功 能， 例如， RS-232或RS-485功能、 以太网功能、 模拟量采集功能等， 具体不做限定。 0068 为了满足可插拔功能板的热插拔需求， 第一金手指接口的管脚的几何形状需要进 行改变； 根据所要传输的不同的信号类型， 第一金手指接口的管脚可以为短管脚， 也可以为 长管脚； 当传输GND信号时则采用长管脚， 当传输GND信号之外的信号时， 则采用短管脚。 0069 图3为本发明提供的背板的结构示意图； 如图3所示， 该设备中的背板还包括定位 模块、 实时时钟、 USB hub和安全模块； 实时时钟、 定位模块、 USB hub和电源板接口分别与核 心控制板接口。

35、连接， 安全模块与USB hub连接， USB hub与功能板扩展接口连接； 实时时钟用 于为该设备提供走时功能； 定位模块用于为该设备提供定位和授时功能； USB hub用于扩展 核心控制板的通用串行总线信号； 安全模块用于保证该设备的数据安全。 0070 电源板接口和核心控制板接口连接， 当电源板将外界交流电压转换成该设备所需 的电压后并将转换后的电压输出时， 可以首先传输至电源板接口， 然后由电源板接口传输 至核心控制板接口， 再由核心控制板接口传输至核心控制板， 从而实现由电源板向核心控 制板供电。 0071 安全模块与USB hub连接， USB hub与核心控制板接口连接， 从而实。

36、现安全模块与 核心控制板接口的连接， 且实时时钟和定位模块分别与核心控制板接口连接， 进而实现了 安全模块、 实时时钟和定位模块与核心控制板的连接， 从而在核心控制板运行程序时， 起到 配合作用。 0072 在实际应用中， 定位模块选用单模或多模定位模组， 可同时支持北斗、 GPS、 伽利 略、 格罗纳斯四种定位系统中的一个或多个， 为该设备提供卫星定位和授时功能。 实时时钟 由实时时钟芯片和电池构成， 用以保证该设备在定位模块无卫星授时的情况下亦可提供较 为准确的时间， 电池用于在该设备完全断电时仍保证实时时钟芯片正常工作。 0073 在实际应用中， USB hub可以选用USB hub芯片。

37、， 具体不做限定。 USB hub和核心控 制板接口连接， 即相当于USB hub和核心控制板连接， 因此， USB hub可以对核心控制板的 USB(Universal Serial Bus， 通用串行总线)进行扩展， 即USB hub可以对核心控制板的USB 信号进行扩展； 例如， 可以将核心控制板的1路USB信号扩展为7路USB信号， 具体不做限定； 并且由于USB支持热插拔和即用即插， 故而该设备的可插拔功能板亦可以热插拔或即用即 插。 0074 USB hub将核心控制板的USB进行扩展为多路USB， 扩展后的每路USB分别通过与功 能板扩展接口连接， 功能板扩展接口与可插拔功能板中。

38、的第一金手指接口连接， 并且在可 插拔功能板中， 第一金手指接口与控制单元连接， 控制单元进一步与功能单元连接， 因此， 控制单元作为了扩展后的USB与功能单元的中间环节起到桥接的作用。 0075 在实际应用中， 安全模块选用内置国密认证算法的USB接口的安全模组来实现， 安 全模组的USB信号连接USB hub， 也可以直接连接核心控制板的USB信号。 0076 功能板扩展接口采用PCI-E 1X的物理接口形态， 并且重新定义了引脚信号和几何 形状， 以使可插拔功能板适应热插拔特性； 并且功能板扩展接口的数量至少为一个， 功能板 扩展接口的数量与经USB hub扩展后且在满足内部需求后剩余的。

39、USB信号的数量相匹配。 说明书 6/9 页 9 CN 111385192 A 9 0077 图4为本发明提供的电源板的结构示意图； 如图4所示， 该设备的电源板包括： AC- DC交直流转换单元、 DC-DC直流稳压单元、 滤波单元、 后备电源控制单元和超级电容阵列； DC-DC直流稳压单元分别与AC-DC交直流转换单元和滤波单元连接， 后备电源控制单元分别 与AC-DC交直流转换单元、 滤波单元以及超级电容阵列连接； 后备电源控制单元用于控制所 述超级电容阵列的充放电； AC-DC交直流转换单元用于将交流电转换为低压直流电； DC-DC 直流稳压单元用于将AC-DC交直流转换单元输出的电压。

40、转换为背板、 核心控制板和可插拔 功能板所需的电压； 滤波单元用于对电源板的电源输出进行滤波处理。 0078 AC-DC交直流转换单元将外部220V或380V的交流电转换为适合该设备所需的低压 直流电； 在有外部电源供给时， 外部交流电经过AC-DC交直流转换单元转换后， 一方面传输 至DC-DC直流稳压单元， 然后DC-DC直流稳压单元将AC-DC交直流转换单元转换后输出的电 压转换为适合该设备需求的电压， 即将AC-DC交直流转换单元转换后输出的电压转换为适 合背板、 核心控制板和可插拔功能板需求的电压； DC-DC直流稳压单元转换后的电压传输至 滤波单元， 且滤波单元与电源板接口连接， 。

41、从而滤波单元对DC-DC直流稳压单元转换后的电 压进行滤波处理后对背板、 核心控制板和可插拔功能板进行供电。 另一方面， 经过AC-DC交 直流转换单元转换后获得的低压直流电传输至后备电源控制单元， 然后由后备电源控制单 元传输至超级电容阵列， 实现对超级电容阵列的充电。 0079 在没有外部电源供给时， 超级电容阵列进行放电操作， 即超级电容阵列输出电压， 超级电容阵列输出的电压传输至后备电源控制单元， 然后由后备电源控制单元传输至滤波 单元， 由滤波单元进行滤波处理后对背板、 核心控制板和可插拔功能板进行供电。 故而， 超 级电容阵列可保障该设备在外部断电的情况下仍可工作一小段时间， 以保。

42、证在记录日志文 件中记录断电事件。 0080 后备电源控制单元能够控制超级电容阵列的充放电， 后备电源控制单元包括降压 稳压电路、 充放控制电路和升压稳压电路； 降压稳压电路用于将AC-DC交直流转换单元输出 的电压稳定在超级电容阵列接受的电压范围内； 充放控制电路用于根据外部供电状态和超 级电容阵列状态控制超级电容阵列进行充电、 放电或急速放电； 升压稳压电路用于稳定超 级电容阵列放电时的电压。 0081 当AC-DC交直流转换单元转换后获得的低压直流电传输至后备电源控制单元时， 降压稳压电路对该低压直流电稳定在超级电容阵列接受的电压范围内。 当有外部电源供给 且超级电容阵列处于亏电状态时，。

43、 充放控制电路控制超级电容阵列进行充电； 当没有外部 电源供给时， 充放控制电路控制超级电容阵列进行放电， 以对背板、 核心控制板和可插拔功 能板进行供电。 当超级电容阵列进行放电时， 升压稳压电路将超级电容阵列一直下降的电 压稳定在后续负载要求的电压水平， 即稳定在背板、 核心控制板和可插拔功能板所需要的 的电压水平。 0082 在实际应用中， 可以采用DC/DC模块、 LDO芯片或DC/DC芯片作为DC-DC直流稳压单 元， 具体不做限定。 0083 在实际应用中， 滤波单元可以采用电阻、 电容、 电感和磁珠等元件组成T型或 型滤 波电路， 具体不做限定。 0084 图5为本发明提供的核心。

44、控制板的结构示意图； 如图5所示， 该设备的核心控制板 包括第二PMIC电源管理单元、 非易失性存储器、 核心处理单元、 随机存储器和第二金手指接 说明书 7/9 页 10 CN 111385192 A 10 口； 核心控制板通过第二金手指接口与背板连接； 第二金手指接口用于信号传输及电源电 压传输； 第二PMIC电源管理单元分别与非易失性存储器、 核心处理单元、 随机存储器以及第 二金手指接口连接； 第二PMIC电源管理单元用于接收并转换电源电压， 并为核心控制板供 电； 核心处理单元分别与第二PMIC电源管理单元、 非易失性存储器、 随机存储器以及第二金 手指接口连接； 核心处理单元用于对。

45、设备进行控制及信号处理； 随机存储器用于存储临时 数据； 非易失性存储器用于存储引导系统、 系统内核和文件系统。 0085 第二金手指接口与核心控制板接口连接， 从而实现核心控制板和背板的连接。 背 板将电源板输出的电压通过核心控制板接口传输给第二金手指接口， 第二金手指接口接收 背板传输的电压后并将电压传输至第二PMIC电源管理单元； 核心控制板向可插拔功能板发 送的功能板控制指令信号通过第二金手指接口发送至核心控制板接口， 然后由核心控制板 接口发送至功能扩展板接口， 再由功能板扩展接口发送至第一金手指接口， 第一金手指接 口接收功能板控制指令信号并将功能板控制指令信号发送至控制单元。 可。

46、插拔功能板向核 心控制板发送的功能反馈信号通过第一金手指接口发送至功能板扩展接口， 再由功能板扩 展接口发送至第二金手指接口， 第二金手指接口接收功能反馈信号并将功能反馈信号发送 至核心处理单元。 同样的， 第二金手指接口还可以通过相同路径进行数据传输。 0086 第二PMIC电源管理单元接收第二金手指接口传输的电源电压， 并将接收的电源电 压转换成适合核心控制板需求的电压， 然后将适合核心控制板需求的电压分别传输给核心 处理单元、 非易失性存储器和随机存储器， 以实现第二PMIC电源管理单元对核心控制板的 供电。 在实际应用中， 第二PMIC电源管理单元可以采用PMIC芯片， 具体不做限定。。

47、 0087 核心处理单元是本设备的核心单元， 负责对该设备进行控制以及信号处理。 该设 备的所有控制指令都由核心处理单元发出， 包括设备内部和对下挂子设备； 例如： 对功能板 的重启等指令； 对下挂子设备的操控指令等， 具体不做限定。 该设备的最终信号处理也由核 心处理单元进行， 包括设备内部和对下挂子设备； 例如： 电源板的电源状态的收集； 对下挂 子设备的数据收集、 解析和运算等， 具体不做限定。 该设备的控制和信号的处理都是通过特 定服务或应用在核心处理单元中运行的。 0088 在实际应用中， 核心处理单元可以采用ARM(Advanced RISC Machine， 高级精简指 令集机器。

48、)架构处理器或其它架构处理器， 具体不做限定。 运行嵌入式Linux操作系统或其 它操作系统， 具体不做限定。 0089 核心处理单元的多种接口信号被连接到第二金手指接口， 然后第二金手指接口连 接其他模块、 单元或板卡， 引出的信号可以为UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter， 通用异步收发传输器)、 SPI(Serial Peripheral Interface， 串行外设接 口)、 I2C(Inter-Integrated Circuit)、 USB、 GPIO(General-purpose input/output， 通用 输。

49、入输出)等等， 具体不做限定。 0090 随机存储器即内存， 用于存储该设备的系统运行时的相关临时数据， 在实际应用 中， 可以选用DRAM(Dynamic Random Access Memory， 动态随机存取存储器)芯片作为随机 存储器， 具体不做限定。 0091 非易失性存储器存储引导系统、 系统内核和文件系统； 引导系统用于初始化处理 器接口与外设， 并加载系统内核； 系统内核即嵌入式操作系统内核， 包含嵌入式操作系统的 各个功能模块和部分设备驱动； 文件系统指的是根文件系统， 即系统所需的文件框架。 在实 说明书 8/9 页 11 CN 111385192 A 11 际应用中， 该。

50、设备的引导系统可以选用UBoot， 系统内核可以选用嵌入式Linux系统内核， 文 件系统可以选用Ubuntu根文件系统， 具体不做限定。 0092 在实际应用中， 非易失性存储器可以采用NANDFLASH闪存技术的芯片， 也可采用 SSD(Solid State Driver， 固态硬盘)， 具体不做限定。 NANDFLASH闪存技术的芯片可选用不 带管理单元的一般并行接口芯片， 也可选用带管理单元的eMMC接口的芯片， 具体不做限定。 SSD可以选用SATA接口， 也可以选用M.2接口， 具体不做限定。 0093 本发明提供的边缘计算网关设备， 集成了部分现有终端和设备的功能， 提供了多 。