随着云计算的快速发展,对计算和存储密度的要求越来越高,由此而产生了定制化、多节点、高密度服务器的需求,如何实现高密度服务器内负载均衡,不仅需要每个节点服务器对本节点的所有状态进行监控管理,而且需要通过机箱控制模组(Rack Control Module,RCM)对整个机箱内所有的负载信息和健康状态进行监控管理。由于在同一集群内各个节点服务器均处于同样的地位,因此需要有一种算法和机制来确保集群RCM能够同概率的与各节点进行通信管理。本课题基于作者主导研发的一款3U20N高密度服务器产品而提出的一套关于多节点高密度服务器集群的负载均衡管理系统设计方案。本课题充分研究了目前国内外云计算的背景、研究现状以及云基础业务的深度发展和变革,深入研究了服务器集群管理技术、I~2C协议、IPMI协议、FPGA/MCU技术以及负载均衡等相关的理论技术,探讨了I~2C协议仲裁机制、轮询通信和中断通信的工作原理以及优缺点,并在此基础上提出了应答响应通信模型算法来实现对多节点服务器集群的均衡系统管理。该算法不仅解决了I~2C协议仲裁机制的缺陷,解决了轮询通信的时延问题,而且解决了中断通信的中断优先级与MCU有限的逻辑资源和管脚的问题。基于该应答响应通信模型算法,设计了一整套高密度服务器均衡系统管理架构,并具体设计和分析了如何透过节点服务器、RCM上的FPGA和MCU的硬件电路设计来实现该管理架构,以及基于该管理架构,利用FPGA的硬件编程优势和丰富的管脚数量对该算法进行具体程序实现和分析,同时具体分析了MCU以及BMC在该算法中的角色和工作流程。最后采用Modelsim对FPGA的算法程序进行具体功能仿真验证,确保算法逻辑和功能实现准确,并对FPGA进行逻辑综合、映射和布局布线,同时进行静态时序分析,确保该程序能够完全应用于具体的产品和工程实践。整体设计和实践表明,该算法完全可以实现多节点高密度服务器的均衡系统管理设计,该产品也成功导入量产。