模块化开源DC-SCM 2.1 PCB参考设计：Lattice FPGA与NXP SoC的强强联合

今天逛到一款开源硬件的参考设计，觉得挺不错的，老wu这里做个分享，是关于数据中心安全控制模块（Datacenter Secure Control Module, DC-SCM）的参考设计，原理图设计和PCB设计都开源提供了设计文档，基于KiCAD的格式。

现在数据中心的建设非常火，就拿nVidia来说，老wu之前的印象中这是一家游戏显卡公司，但近几年的财报显示，老黄公司的营收占比一度接近九成都是数据中心贡献的，随着AI算力基础设施建设的持续加码，未来数据中心的增长还是蛮可观的。所以，为了应对日益增长的需求，提高效率、降低成本并增强安全性，数据中心相应的硬件设计的标准化已成为大势所趋。开放计算项目（Open Compute Project, OCP） 正是这一浪潮中的核心推动者，其发布的DC-SCM规范，为服务器的“大脑管家”——基板管理控制器（Baseboard Management Controller, BMC）板卡提供了统一的电气和机械标准，旨在将服务器的管理、安全和控制功能从主板上剥离，迁移到一个独立、标准化的模块上，从而极大地提升了设计的灵活性和可移植性。

在这一领域，Antmicro公司早已先行一步。他们曾与谷歌、IBM等行业巨头合作，探索将FPGA引入DC-SCM设计，使得硬件功能可以像软件一样在现场被重新编程，以适应各种复杂的服务器部署环境。

在今年的OCP全球峰会上，Antmicro发布了一款完全开源的DC-SCM 2.1参考平台。该平台的设计堪称集大成者，其核心是一个遵循OSM-L标准的全新开源系统级模块（SoM）。该模块上巧妙地集成了来自NXP的强大多核SoC处理器和来自莱迪思（Lattice Semiconductor）的先进FPGA，实现了计算与控制的完美结合。

如上边的示意图所示，该参考平台由SoM及其配套的底板组成，其中的SoM集成了强大的处理核心和灵活的可编程逻辑单元。

• 处理器核心：采用了NXP的i.MX943应用处理器。这是一款异构多核SoC，包含四个用于高性能计算的Cortex-A55核心、两个用于实时控制的Cortex-M33核心以及两个Cortex-M7核心。这种架构使得高层操作系统（如Linux）和实时任务（如传感器监控）可以高效地并行处理。

• 可编程逻辑：板载了一颗中端莱迪思 FPGA。在原型版本中，采用的是Lattice CertusPro-NX。值得一提的是，该SoM的未来版本计划采用莱迪思最新发布的业界首款支持抗量子计算加密（PQC）的MachXO5-NX TDQ FPGA。这使得该BMC解决方案在安全性上具备了前瞻性，能够抵御未来量子计算机可能带来的安全威胁。

NXP的ARM处理器与莱迪思的FPGA分工明确，各司其职：

• NXP SoC 负责处理高速接口，如PCIe、USB 3.0、千兆以太网等，并运行复杂的操作系统和管理软件（如OpenBMC）。

• Lattice FPGA 则扮演着多重角色：

  1. 传感器聚合和硬件抽象层：FPGA可以连接并处理来自服务器各处的低速传感器信号，并提供一个统一的硬件接口给SoC，从而屏蔽了底层硬件的差异。

  2. 硬件信任根（Root of Trust, RoT）：FPGA可作为系统启动和运行过程中的信任锚点，确保固件和软件的完整性与真实性，是实现平台安全的关键。

这一解决方案彻底改变了传统BMC的设计理念。过去，BMC通常是专有的ASIC芯片，功能固化，每个新的服务器平台都需要定制化的软件和板级支持包（BSP）。这不仅拖慢了开发周期，还导致了与特定供应商的强绑定，限制了系统的适应性。而这个开源参考设计通过标准化硬件和软件，消除了为不同服务器平台开发定制BSP的需求，重新定义了主板管理的方式。

该SoM遵循由SGeT组织制定和维护的开放标准模块（Open Standard Module, OSM）中的OSM-L尺寸（45mm x 45mm）规范。OSM规范定义了多种引脚兼容的、采用LGA封装的可焊接模块。LGA封装具有极高的引脚密度和较低的贴装成本（无需额外连接器），使其成为跨厂商通用模块的理想选择。正如该BMC案例所示，OSM标准允许将CPU、FPGA、本地存储、电源管理和时钟等复杂功能封装在一个可复用的模块中，大大简化了下游产品的开发。

由于遵循预定义的OSM-L引脚和外形，该SoM不仅仅局限于服务器领域，它还可以作为现有SoC模块的直接升级替代品，应用于机器人、无人机和工业控制等领域。最近采用LGA封装的核心板是越来越常见了，需要做LGA封装核心板的同学可以参考下。

在软件方面，i.MX943 SoC可以运行Linux（包括对Yocto的支持）和Zephyr RTOS。在此应用中，它运行的是业界标准的开源OpenBMC Linux发行版，以实现网页服务器、远程UI等典型的BMC功能。

SoM通过LGA方式焊接在底板上，底板负责将SoM的各种I/O接口引出到底板的连接器上，一端连接服务器主板上的DC-SCM插槽，另一端连接服务器机箱的外部接口。

底板为BMC应用场景配备了丰富的接口类型：

• 调试接口：一个USB-C接口配合板载的FTDI FT4232芯片，提供了4个调试通道，可轻松访问SoM的I2C、UART和JTAG，方便对NXP SoC和莱迪思FPGA进行固件烧录和深度调试。

• SoM直连接口：第二个USB-C接口直接连接到SoM，可用于烧录BSP，或在非烧录模式下作为通用的I/O接口。

• 主机接口：第三个USB-C接口和M.2连接器分别用于透传来自主机处理器模块（HPM，即服务器主板）的USB和PCIe信号。

• 网络接口：板载一个千兆以太网端口，并集成了Realtek的RTL8211FDI-CG PHY芯片。

• 视频输出：根据标准，视频输出采用mini DisplayPort接口。由于OSM-L标准本身不包含DisplayPort接口，载板上巧妙地使用了一颗来自ITE的IT6251桥接芯片，将LVDS信号转换为DisplayPort信号。

• 板载存储：载板上还集成了eMMC和SPI闪存，可供SoM使用。

• UEFI BIOS闪存插槽：这是一个关键特性。该插槽可安装一颗闪存芯片，直接连接到主机的SPI接口，用于存储和管理服务器主板的UEFI BIOS。BMC可以通过此接口安全地更新主机BIOS。

与SoM一样，底板的设计也是完全开源的，我们完全可以根据自己的需求自由定制。当这个高度可定制的底板与具有可编程逻辑的SoM相结合时，它就变成了一个功能强大的开发平台，可用于实现、验证和测试各种创新的服务器管理方案。

以上开源硬件的设计文件可以通过antmicro官网的项目专题页面自行获取，见链接：https://designer.antmicro.com/projects/dc-scm_reference_design_with_lattice_and_nxp/overview

老wu也已把设计文件搬运到了博客的网盘空间内，懒得上GitHub的同学，可按文末给出的方式到老wu的微信公众号发消息免费获取网盘的下载链接。

参考来源

https://antmicro.com/blog/2025/10/modular-open-source-fpga-soc-dc-scm-2-1-reference-design/

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