CompactPCI之系統(tǒng)管理設(shè)計與應(yīng)用
趙瑞文 凌華科技通訊暨計算機產(chǎn)品事業(yè)部
2004/08/18
摘要
近年來，在PICMG協(xié)會(PCI Industrial Computer Manufactures Group)所公布的CompactPCI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范下，系統(tǒng)整合商可充分享受它所提供的堅固性(Rugged)
、可靠性(Reliability) 、可用性(Availability)及可管理性(Manageability)等模塊化平臺所帶來的好處。其中在系統(tǒng)管理的部份，PICMG協(xié)會特別制定了PICMG
2.9的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來加以規(guī)范。
PICMG 2.9系經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)管理總線，采用了與IPMI(Intelligent Platform Management Interface)規(guī)格兼容的技術(shù)來達成系統(tǒng)管理的目的。它能夠讓管理人員直接進行系統(tǒng)的監(jiān)控，透過遠程管理，得知系統(tǒng)的健康狀況，并且也可達到遠程執(zhí)行控制CompactPCI板卡，使系統(tǒng)重新開機等管理工作。
本篇文章將分為兩大部份，第一部份將介紹IPMI的基本規(guī)格特性；第二部份將介紹如何運用IPMI規(guī)格到PICMG 2.9規(guī)范上。
第一部份 Intelligent Platform Management Interface (IPMI)
IPMI規(guī)格是在1998年由Intel、Dell、HP以及NEC所共同提出的，它提供了一個可跨平臺的標(biāo)準(zhǔn)界面來監(jiān)控服務(wù)器內(nèi)的一些狀態(tài)，如溫度、電壓、風(fēng)扇等，并且可通過事件發(fā)送的形式讓系統(tǒng)管理人員得知目前系統(tǒng)狀況。在2001年IPMI
從1.0版改成1.5版，內(nèi)容增加了LAN、Serial/Modem、PCI management Bus等系統(tǒng)管理的溝通界面，以及提供了Alerting的功能。2004年Intel于Intel開發(fā)者論壇(IDF，Intel
Developer Forum)正式發(fā)表了IPMI 2.0版，為IT使用者提供了更高的安全性、遠程服務(wù)器主機畫面監(jiān)控(Console Redirection)
、并支持模塊化刀片型服務(wù)器(Blade Server)以及向下兼容1.0及1.5版IPMI規(guī)格。
IPMI讓系統(tǒng)管理者能夠透過網(wǎng)絡(luò)或序列的傳輸形式來監(jiān)控系統(tǒng)上各種組件的健康狀況，如CPU運作、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)溫度及電壓等。管理者可以將要監(jiān)控的部份，設(shè)定其感應(yīng)的臨界值，在IPMI控制器感應(yīng)到有不正常的情況時，它將整個系統(tǒng)運作的狀態(tài)及事件以日志的形式記錄下來，并且經(jīng)由警示形式，如發(fā)mail、送SNMP
trap等來通知相關(guān)人員處理問題。另外，通過硬件及軟件的配合，IPMI增加了遠程管理及系統(tǒng)回復(fù)的功能，讓系統(tǒng)管理者可以在非機器放置地得知系統(tǒng)目前是處于何種狀態(tài)，如關(guān)機、開機中、OS當(dāng)機等，并且下達開機、關(guān)機和重新開機等命令。
以下將通過簡單的介紹來了解如何設(shè)計一個IPMI的系統(tǒng)。
Baseboard Management Controller (BMC)
圖一為整個IPMI架構(gòu)的示意圖。位于整個架構(gòu)中心的部份即為我們所謂的Baseboard Management Controller (BMC)。它通過各別的界面來管理整個系統(tǒng)，如系統(tǒng)狀態(tài)偵測及事件過濾、電源管理、記錄事件發(fā)生時間及系統(tǒng)回復(fù)控制，并且透過網(wǎng)絡(luò)或串行端口來告知管理人員，另外，它提供了IPMB的總線來和外部的管理控制器互相溝通。
通常一個基本的BMC所提供的界面有以下幾種：
- I2C/IPMB界面：一個BMC通常會有幾組I2C和外圍的Sensor、SEEPROM溝通，以讀取系統(tǒng)偵測值及記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，另外也可外接一些GPIO控制器來擴充系統(tǒng)的偵測功能。IPMB則是必須存在的一組界面，用來和外部控制單位溝通。
- 系統(tǒng)界面：這組界面用來和系統(tǒng)上的CPU進行溝通，目前主要以LPC界面為主，系統(tǒng)上的CPU可利用固定的傳輸協(xié)議對BMC下達IPMI命令。另外，一些BMC的設(shè)計廠商也提供了PCI的界面來讓CPU下達命令(必須依據(jù)BMC的規(guī)格來決定)。
- Serial/Modem界面：在1.5的規(guī)格上定義了Serial/Modem的界面讓管理者直接從串行端口或是從Modem機器接收IPMI訊息。它主要有三種連接模式：Basic、PPP及Terminal，三者即可讓管理者通過文字模式解譯IPMI平臺上的狀態(tài)或簡單地下達IPMI命令。
- LAN界面：經(jīng)由RMCP(Remote Management Control Protocol)的封包格式，BMC可經(jīng)由LAN的界面讓管理者接收傳送IPMI訊息。越來越多的應(yīng)用軟件運用這個界面使軟件和遠程的BMC溝通。另外，在圖一中我們知道BMC利用side-band的形式經(jīng)由I2C/SMBUS界面?zhèn)魉虸PMI訊息，部份BMC設(shè)計中也已包含了部份網(wǎng)絡(luò)功能，以減輕原先系統(tǒng)上的網(wǎng)絡(luò)傳輸負載。
另外,在IPMI 2.0的支持上，不同廠商所提供的BMC會以不同的形式達到console redirection的功能，如新增一組硬件芯片或截取系統(tǒng)VGA的RGB訊號等。所以在設(shè)計一個IPMI平臺時，必須先確認所設(shè)計的平臺究竟是支持哪種IPMI規(guī)格，并且有那些功能是需要特別的界面來實現(xiàn)，以便于另選額外的周邊控制組件來輔助。
Firmware、BIOS與System Management Software(SMS)
一個IPMI除了BMC主要的硬件組件外，相關(guān)輔助的軟件設(shè)計也是必須要考慮的一個環(huán)節(jié)，因為它所呈現(xiàn)的是系統(tǒng)管理者所接觸的控制界面，方便與否及強大的管理會是左右管理者考慮使用這個平臺的一大因素。
由圖二我們可以看出，IPMI的界面以及上層的管理都需求一些軟件來支持，以下將簡略的描述IPMI所涉及到的軟硬件種類：
- BMC Firmware：有別于系統(tǒng)上的CPU，BMC其實也是一個獨立的運算單元，它必須有獨立的Firmware來驅(qū)動BMC的功能，就如x86系統(tǒng)所需的BIOS一樣。通常BMC的Firmware必須負責(zé)BMC芯片的起始值設(shè)定、外圍相關(guān)硬件的致能、IPMI標(biāo)準(zhǔn)的命令集解譯及執(zhí)行以及一些獨特硬件設(shè)計所需的OEM命令的增列。
- 管理軟件：系統(tǒng)管理者最常接觸的就是上層的管理軟件，簡單的類型就是使用一般的終端機(Terminal)程序來接收從Serial/Modem所傳送過來的文字訊息。近年來，除了BMC廠商會有自行開發(fā)的上層管理軟件外，也有不少的軟件廠商加入了開發(fā)管理軟件的行列，而他們最主要利用的溝通界面即為網(wǎng)絡(luò)界面。不管是通過序列或是網(wǎng)絡(luò)，在界面上傳輸?shù)亩际荁MC所能辨認的IPMI訊息。
- BIOS (optional)：這里的敘述只適合于有類似使用BIOS的系統(tǒng)。在管理的功能上有時對BMC來講，它并無法獨自完成這類工作，如事件時間的記錄必須依靠BIOS來給予系統(tǒng)RTC的值、經(jīng)由BIOS來修改網(wǎng)絡(luò)的IP設(shè)定值、經(jīng)由BIOS告知目前系統(tǒng)的POST狀態(tài)、BIOS提供DMI(Desktop
Management Interface)中的IPMI架構(gòu)的訊息給上層管理軟件以及由BIOS的設(shè)定來避免BMC上的Watchdog Timer
timeout等，BIOS的依靠程度必須依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度而定。
將IPMI平臺的設(shè)計考慮運用到CompactPCI單板，再加上PICMG 2.9的規(guī)范，一個CompactPCI的系統(tǒng)管理平臺即可應(yīng)運而生。
第二部份 應(yīng)用IPMI于PICMG 2.9規(guī)范上
早期的CompactPCI單板具有自己管理自己的功能，任何一片單板可以自行根據(jù)環(huán)境的偵測值管理整個系統(tǒng)。隨著應(yīng)用于高可用性，CompactPCI平臺的使用者對于系統(tǒng)管理的需求也開始增長，單板的系統(tǒng)管理已不能滿足他們的需要。透過固定的管理數(shù)據(jù)的傳輸，不同架構(gòu)的CPU系統(tǒng)也可放在同一個Chassis內(nèi)來集中管理，但是因為管理數(shù)據(jù)較為重要，所以并不能和原有的PCI總線混合傳輸，因此共享另一種傳輸總線成了另一項需求。另外，對系統(tǒng)進行遠程的監(jiān)控功能也逐漸受到用戶的歡迎，對于這些需求，PICMG
2.9規(guī)范為CompactPCI平臺的提供者帶來了解決的方案。
PICMG 2.9
PICMG 2.9 1.0版本發(fā)表于2000年。規(guī)范針對CompactPCI背板定義了系統(tǒng)管理的針腳(IPMB_SCI、IPMB_SDA和IPMB_PWR)。透過這些系統(tǒng)管理針腳，再配合IPMI標(biāo)準(zhǔn)，CompactPCI設(shè)計者可以很容易地達成系統(tǒng)管理的設(shè)計目的。
規(guī)范中定義了兩組IPMB總線，第二組IPMB總線是可選的，其內(nèi)部的聯(lián)接是位于CompactPCI的J1及J2上，如表一所示：
其中IPMB_PWR是由一個專用的系統(tǒng)管理電源所提供，這種有別于單板上的電源供給的形式可使得管理CompactPCI單板時，在單板上沒電的情況下仍然能夠工作。IPMB的界面則和IPMI的標(biāo)準(zhǔn)一樣，它能擴充至外部的風(fēng)扇、電源、機箱溫度監(jiān)控。典型的IPMB背板互連如圖三所示：
圖三 IPMB互聯(lián)
在圖三中，對于背板外部機箱內(nèi)部的設(shè)備，PICMG 2.9定義了一個擴展的IPMB連接頭，用來和系統(tǒng)上的管理控制元相連。在背板上另外可擴充一槽Chassis
Management Module (CMM)，用來集中管理外圍槽(Peripheral Slots)及系統(tǒng)槽(System Slot)，CMM的角色就如IPMI規(guī)格內(nèi)的BMC。
在單板上設(shè)計了支持IPMI的控制組件，對于每一片的CompactPCI單板，其系統(tǒng)上都有一個BMC的組件存在。但若整合到一個機箱內(nèi)，這些BMC的角色則必須要更改成一個PMC
(Peripheral Management Controller)，其位于IPMB總線上的地址則必須要和唯一的BMC有所區(qū)別。CompactPCI規(guī)范另行定義了背板上GA
(Geographical Address)的針腳，用來提供不同槽位上不同的GA值設(shè)定(BMC上的Firmware必須能夠先辨識GA值，然后給予系統(tǒng)上的BMC新的IPMB地址而成為PMC)。
不同形式的系統(tǒng)管理CompactPCI平臺
依據(jù)CompactPCI規(guī)范及IPMI標(biāo)準(zhǔn)，巧妙地運用規(guī)范所提供的解決方案，即可設(shè)計出不同形式的CompactPCI系統(tǒng)管理平臺。
- 標(biāo)準(zhǔn)型IPMI系統(tǒng)：利用背板上的IPMB總線，在系統(tǒng)槽上的CompactPCI單板上設(shè)計一顆BMC的控制器，其余在PCI插槽上的外圍片只要存在簡單的IPMI命令兼容的控制器，系統(tǒng)槽的單板即可透過IPMB讀取所有外圍片的狀態(tài)，然后再經(jīng)由序列或是網(wǎng)絡(luò)的形式通知系統(tǒng)管理者。
- 刀片服務(wù)器(Blade Server)系統(tǒng)管理平臺：在CompactPCI的刀片服務(wù)器的應(yīng)用上，移除了PCI插槽的設(shè)計，加上利用PICMG
2.16網(wǎng)絡(luò)互連的途徑，使用系統(tǒng)管理的形式有別于一般標(biāo)準(zhǔn)型的IPMI系統(tǒng)。借助CMM的集中管理，每片CompactPCI CPU單板，經(jīng)由IPMB或PICMG
2.16的網(wǎng)絡(luò)，再加上強大的軟件管理，只要透過一組序列或是網(wǎng)絡(luò)線對外，系統(tǒng)管理者即可在遠程進行管理，而管理的對象即為機箱內(nèi)所有的CompactPCI
CPU單板。
- 刀片服務(wù)器的KVM系統(tǒng)：隨著IPMI 2.0的發(fā)表，每片刀片服務(wù)器上的CPU單板可設(shè)計上遠程畫面監(jiān)控的功能及遠程開機的功能，同樣地集中管理于CMM的平臺上，系統(tǒng)管理者可不再需要經(jīng)KVM
switch去手工切換界面，只要利用CMM的管理軟件，即可得知任一片單板上系統(tǒng)目前的畫面情況，進而執(zhí)行不同的指令。
總結(jié)
PICMG 2.9規(guī)范借助于現(xiàn)在的IPMB及IPMI標(biāo)準(zhǔn)，提供了一個管理架構(gòu)界面。這個標(biāo)準(zhǔn)給CompactPCI使用者提供了一條不依賴PCI總線去控制管理的解決路徑。同時，PICMG
2.16也讓CompactPCI的使用者可以借助RMCP的好處經(jīng)由IP實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程管理。當(dāng)CompactPCI平臺的使用者在針對系統(tǒng)管理傷腦筋時，或許應(yīng)該考慮一下使用PICMG
2.9規(guī)范兼容的平臺。本篇文章僅以簡單的敘述介紹如何在CompactPCI的平臺上實現(xiàn)系統(tǒng)管理的目的。
凌華科技公司供稿 CTI論壇編輯
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