陳劍波，李宗華，侯衛(wèi)民

(1.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊050081;2.石家莊水務(wù)集團，河北石家莊050021;3.河北科技大學(xué)，河北石家莊050000)

0 引言

傳統(tǒng)的工業(yè)總線大多采用共享并行總線方式，將多個處理機、存儲器及外圍設(shè)備以緊耦合方式連接在一起。最流行的并行總線形式包括外圍器件互連標準(Peripheral Component Interconnect，PCI)［1］、緊湊型PCI(Compact Peripheral Component Interconnect，CPCI)［2］和 Versa 總線模塊化的歐卡標準(VersaModule Eurocard，VME)等。但隨著具有高可擴展性、高可靠性和高帶寬的高速串行總線技術(shù)的發(fā)展使得計算機體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變革。傳統(tǒng)的并行總線標準的維護組織如PICMG、VITA，相繼將高速串行互連技術(shù)引入已有的PCI、CPCI和VME總線中，制定了ATCA、CPCI Express、VXS和VPX等新的總線標準［3－5］。

本文對比分析了VPX機箱管理和ATCA機箱管理的關(guān)系和異同。VITA 46．11是VPX系列規(guī)范中專門定義VPX機箱管理方面的規(guī)范［6］。PICMG 3．0中的機箱管理部分對ATCA的機箱管理進行了定義，并且已經(jīng)大量商業(yè)應(yīng)用。

1 VPX和ATCA機箱管理與IPMI的關(guān)系

為了滿足對服務(wù)器管理的需要，1997年Intel、HP、Dell和NEC四家公司開始制定一個旨在解決無法在單一控制臺上監(jiān)控不同平臺的服務(wù)器的規(guī)范，1998年初步提出了IPMI規(guī)范，為系統(tǒng)管理人員提供了一套跨平臺管理和監(jiān)控服務(wù)器工作狀態(tài)的標準接口［7］。

不同版本PICMG 3．0規(guī)范中機箱管理部分分別基于 IPMI V1．0、IPMI V1．5 和 IPMI V2．0，最新版本的PICMG 3．0規(guī)范是基于IPMI V2．0的，并且兼容IPMI的早期版本。VITA 46．11是將 IPMI V1．5作為其架構(gòu)基礎(chǔ)。IPMI V1．5定義的接口、協(xié)議、命令和記錄格式以及通用架構(gòu)的概念和特點都被VITA 46．11所利用。此外，VITA 46．11 也允許開發(fā)者利用 IPMI V2．0的擴展部分，但是須遵守PMI V2．0的擴展部分中的規(guī)則。

2 VPX和ATCA的機箱管理規(guī)范間的關(guān)系

2．1 規(guī)范間參考關(guān)系

PICMG 3．0規(guī)范中有關(guān)部分被直接引入到VITA 46．11規(guī)范中。在有些情況下，特別是表及其內(nèi)容，VITA 46．11規(guī)范采用的方法就是將PICMG 3．0規(guī)范進行適當歸屬的基礎(chǔ)上逐字逐句的照搬。在另一些情況下，VITA 46．11規(guī)范將PICMG 3．0規(guī)范中的內(nèi)容進行適當?shù)母氖龆谩?/p>

2．2 規(guī)范間術(shù)語關(guān)系

VITA 46．11規(guī)范與PICMG 3．0規(guī)范術(shù)語的對照表如表1所示。

表1 術(shù)語對照表

VITA 46．11規(guī)范直接采用PICMG 3．0規(guī)范中大部分的術(shù)語和相關(guān)定義。由于早期的VPX產(chǎn)品和應(yīng)用環(huán)境中使用了一部分VPX獨有的術(shù)語，因此VITA 46．11規(guī)范對這些術(shù)語進行了修改和重定義，使之與PICMG 3．0規(guī)范中的術(shù)語能相互對應(yīng)。

3 VPX和ATCA機箱管理架構(gòu)的異同

3．1 系統(tǒng)管理功能

PICMG 3．0從指導(dǎo)思想上就設(shè)計成完全徹底地集成系統(tǒng)管理功能，要求前插模塊在其負載電源被使能前，其上的IPMC必須同機箱管理模塊進行復(fù)雜的協(xié)商處理。

系統(tǒng)管理在VPX平臺中是可選的。事實上，系統(tǒng)管理功能可選是基于大多數(shù)VITA 46．11規(guī)范設(shè)計者的意見。

3．2 熱拔插功能

PICMG 3．0支持 FRU的熱拔插。VITA 46．11不支持FRU的熱拔插。它之所以不支持熱拔插功能是由于VSO標準化組織和相應(yīng)的工作組目前還沒有形成支持熱拔插的VPX、PMC和XMC模塊［8］。VITA 46．11并不排除將來支持熱拔插功能，只是由于缺少支持熱拔插功能的模塊而使目前的VITA 46．11標準不支持熱拔插功能。另一方面的考慮是為了簡化 VITA 46．11的功能，減少開發(fā)和驗證時間。

3．3 電源管理功能

VITA 46．11不支持PICMG 3．0中的電源管理功能，包括激活模塊之前ShMC和模塊上IPMC之間的上電協(xié)商過程。PICMG 3．0電源管理能力是為了增加系統(tǒng)的可靠性。特別是熱拔插時可極大地增加系統(tǒng)的可靠性，因為系統(tǒng)中一些新插入的模塊，如果沒有進行電源管理協(xié)商上電就可能由于電源負載能力不足的原因，導(dǎo)致模塊加載失敗或者系統(tǒng)運行不正常。既然VITA 46．11不支持熱拔插，相應(yīng)的電源管理功能需求也相應(yīng)地減少。因此請?zhí)貏e注意，VITA 46．11系統(tǒng)用戶應(yīng)該清楚了解系統(tǒng)的電源能力和將要插入系統(tǒng)中的模塊對電源的要求，以確保系統(tǒng)電源供應(yīng)不過載，無論何時在VPX模塊插入到系統(tǒng)中時要確保系統(tǒng)供電能力不過載。VITA 46．11可以通過模塊的物理Key提供對系統(tǒng)供電過載的一定程度的保護。

另外，在VPX模塊激活前的上電協(xié)商過程將加長整個系統(tǒng)的上電時間，而已部署的VPX系統(tǒng)通常要求快速的系統(tǒng)啟動時間，這對VPX系統(tǒng)很重要，因此VPX系統(tǒng)不支持上電協(xié)商過程。

VITA 46．11在將來并不排除增加對模塊的電源管理能力的支持。只是由于目前的VPX系統(tǒng)應(yīng)用缺少這方面需求，而已部署的VPX系統(tǒng)對快速上電又有強烈要求，以及為了簡化VITA 46．11固件功能和減少開發(fā)和驗證時間，才使得目前的VITA 46．11版本不支持電源管理功能。

3．4 電子鍵控功能

VITA 46．11不支持PICMG 3．0定義的電子鍵控功能。PICMG 3．0定義電子鍵控功能目的是為了增加系統(tǒng)的可靠性，特別是在熱拔插的情況下。任何插入到不正確槽位的模塊(如果這個不正確安裝的模塊的接口與通過背板互連的其他模塊接口不兼容)可能造成模塊和系統(tǒng)工作不正常。如果接口不是電氣特性兼容，許多情況下會導(dǎo)致一個或多個模塊的物理損壞。既然VITA 46．11不支持熱拔插功能，那么其對電子鍵控功能的需求也相應(yīng)減少。請注意，VITA 46．0系統(tǒng)用戶應(yīng)該清楚模塊的能力和將要插入模塊的槽位對模塊的支持能力。機械鍵控可以一定程度上支持和管理模塊和槽位之間的兼容性，并且VITA 46．0系統(tǒng)管腳定義已經(jīng)考慮盡量避免由于模塊錯插槽位帶來的電氣特性不兼容造成的損壞，但是這種方式的支持是有限的，損壞還是有可能發(fā)生的。

此外，在VPX模塊激活前的電子鍵控功能將加長整個系統(tǒng)的上電時間，而已部署的VPX系統(tǒng)通常要求快速的系統(tǒng)啟動時間，這對VPX系統(tǒng)很重要，因此VITA 46．0系統(tǒng)不支持電子鍵控功能。

VITA 46．11在將來并不排除增加對電子鍵控能力的支持。只是由于目前的VPX系統(tǒng)應(yīng)用缺少這方面要求，已部署VPX系統(tǒng)對快速上電的強烈要求，以及為了簡化VITA 46．11固件功能和減少開發(fā)和驗證時間，才使得目前的VITA 46．11版本不支持電子鍵控功能。

3．5 前面板指示

VITA 46．11不支持PICMG 3．0定義的硬件平臺管理要求中關(guān)于前面板的指示部分，這是由于VITA 46．11 是 VSO(VITA Standards Organization，VITA 標準化組織)的標準，并且它有自己的前面板指示標準VITA 40。PICMG 3．0定義的硬件平臺管理要求中關(guān)于前插板面板指示部分主要與熱拔插功能相關(guān)，而目前的VITA 46．11版本不支持熱拔插功能，這也是造成兩者前面板的指示部分不相同的原因。

3．6 命令的增加

IPMI消息結(jié)構(gòu)是可以擴展的，這允許在IPMI體系架構(gòu)中產(chǎn)生和使用IPMI規(guī)范定義之外的命令。VITA 46．11就利用IPMI消息結(jié)構(gòu)中網(wǎng)絡(luò)功能碼的群擴展功能定義VPX機箱管理命令。這使得它既可以利用標準的IPMI消息命令，又可以加入自己的VPX特有的消息命令。群擴展字段網(wǎng)絡(luò)功能碼(NetFn，2Ch 和2Dh)被分配給 ATCA［9］，分配給Vita標準化組織的字段網(wǎng)絡(luò)功能碼(NetFn，03h)被用作VITA 46．11定義的消息命令。

VITA 46．11自定義了一系列IPMI命令，這是VITA 46．11規(guī)范所特有的，相對PICMG 3．0硬件平臺管理架構(gòu)的命令增加的，這些在設(shè)計實現(xiàn)中應(yīng)該加以注意。

ATCA系統(tǒng)機框管理規(guī)范也定義了一些命令和消息，但是與IPMI規(guī)范有所不同。不同之處主要體現(xiàn)在:IPMI規(guī)范規(guī)定的必選功能命令在ATCA系統(tǒng)機框管理規(guī)范可能是可選項;IPMI規(guī)范規(guī)定的可選功能命令在ATCA系統(tǒng)機框管理規(guī)范可能是必選項;機框管理規(guī)范對IPMI規(guī)范有擴充，增加了一些功能命令［10］。

4 VPX和ATCA機箱管理系統(tǒng)設(shè)計上異同

VITA 46．11這個規(guī)范就是要盡量利用已存在的商業(yè)化機箱管理解決方案，如對PICMG 3．0規(guī)范的利用。它也提供了在PICMG 3．0中定義的多種高級系統(tǒng)管理特點的應(yīng)用路線圖，但是它沒有制定支持這些應(yīng)用的硬件互連兼容性規(guī)定。VPX規(guī)范與ATCA規(guī)范一致的地方只是它們都定義了到各自背板的機箱管理管腳。VPX系統(tǒng)設(shè)計者應(yīng)特別注意以下幾種可選特點的應(yīng)用。

4．1 星型IPMB

在PICMG 3．0規(guī)范中為了增加系統(tǒng)可靠性，星型IPMB通信鏈路會經(jīng)常使用。星型IPMB的數(shù)量會隨著插入到系統(tǒng)中模塊的數(shù)量增加而增加，相對于共享總線，像I2C總線拉死導(dǎo)致的IPMB錯誤的幾率也隨著IPMC數(shù)目的增加而增多。

應(yīng)用星型IPMB通信鏈路并且符合PICMG 3．0規(guī)范的背板一般都是廠商定制的。機箱管理中星型IPMB通信鏈路的管腳是由廠商特有的應(yīng)用而自定義的。使用星型IPMB拓撲的符合PICMG 3．0規(guī)范的模塊和背板通常都不能在不同廠家間交叉使用。一般情況下，機箱制造廠商要同時提供背板和機箱管理模塊。但是在星型 IPMB拓撲中符合PICMG 3．0規(guī)范機箱的FRU信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是獨立于其具體應(yīng)用方式，是可以統(tǒng)一起來的。

VITA 46．11 規(guī)范中的 9．1．3 節(jié)大體上概括了VPX系統(tǒng)中星型IPMB通信鏈路的要求，但是它故意沒有提供硬件方面對該應(yīng)用的支持。因此，系統(tǒng)集成者應(yīng)負責(zé)具有星型IPMB拓撲的VPX系統(tǒng)的硬件管腳的兼容性。在星型IPMB拓撲中符合VITA 46．11規(guī)范機箱的表項和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等也是獨立于其具體應(yīng)用和拓撲方式的。

例如一個具有系統(tǒng)IPMB Hub的VPX插入模塊，它上面就具有超過兩對的IPMB鏈路，這種情況下需要用戶自定義背板IPMB鏈路管腳信號了。VITA 46．11規(guī)范只在VPX P0/J0連接器上定義了一個基本的機箱管理系統(tǒng)接口(兩對基于I2C通道的總線型系統(tǒng)拓撲)，如表2［11］所示。因此，VPX系統(tǒng)中的星型IPMB應(yīng)用應(yīng)由生產(chǎn)廠商提供自定義的背板。

表2 總線型IPMB的VPX背板管腳定義

4．2 機箱管理間通信冗余

VITA 46．11規(guī)范中定義了一種系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

1個系統(tǒng)管理和2個冗余的機箱管理，并建議這2個機箱管理是互為冗余備份和對等的，其中一個機箱管理處于激活狀態(tài)，另一個處于備份狀態(tài)。然而在VITA 46．11規(guī)范中卻同樣故意沒有定義支持機箱管理冗余備份功能的鏈路管腳，而讓VPX系統(tǒng)集成者來負責(zé)具有冗余備份機箱管理功能的VPX系統(tǒng)的硬件管腳兼容性。

在PICMG 3．0規(guī)范中，也是故意的沒有定義支持避免和減少機箱管理網(wǎng)絡(luò)通信失敗的冗余硬件支持措施，而該功能的實現(xiàn)是交由生產(chǎn)廠商自行定義［12］。

5 結(jié)束語

通過分析和對比VPX機箱管理與ATCA機箱管理之間的關(guān)系，以及它們之間的相同點和不同點，幫助那些熟悉ATCA規(guī)范的開發(fā)者理解IPMI規(guī)范如何被應(yīng)用到VITA 46．11規(guī)范中去;幫助這些開發(fā)者參考ATCA規(guī)范中機箱管理部分來理解VITA 46．11相關(guān)部分的細節(jié)和內(nèi)容，了解它是如何從ATCA規(guī)范中派生發(fā)展而來的;同時也使這些開發(fā)者能夠更好地體會到2種規(guī)范基于不同市場定位而產(chǎn)生的區(qū)別。

［1］ 滑 偉．一種PCI總線接口的數(shù)據(jù)接收卡設(shè)計［J］．無線電通信技術(shù)，2013，39(4):53 －55，92．

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［9］ PICMG 3．0 Revision 3．0．Advanced TCA Base Specification［S］．

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［11］ VITA 46．11．System Management on VPX Draft Revision 0．11［S］．

［12］李嵩泉，蔣海玲．衛(wèi)星通信系統(tǒng)主備網(wǎng)控中心設(shè)計［J］．無線電通信技術(shù)，2014，40(3):13－16．