VPX和ATCA机箱管理关系及异同

陈剑波，李宗华，侯卫民

(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081;2.石家庄水务集团，河北石家庄050021;3.河北科技大学，河北石家庄050000)

0 引言

传统的工业总线大多采用共享并行总线方式，将多个处理机、存储器及外围设备以紧耦合方式连接在一起。最流行的并行总线形式包括外围器件互连标准(Peripheral Component Interconnect，PCI)［1］、紧凑型PCI(Compact Peripheral Component Interconnect，CPCI)［2］和 Versa 总线模块化的欧卡标准(VersaModule Eurocard，VME)等。但随着具有高可扩展性、高可靠性和高带宽的高速串行总线技术的发展使得计算机体系结构发生了巨大的变革。传统的并行总线标准的维护组织如PICMG、VITA，相继将高速串行互连技术引入已有的PCI、CPCI和VME总线中，制定了ATCA、CPCI Express、VXS和VPX等新的总线标准［3－5］。

本文对比分析了VPX机箱管理和ATCA机箱管理的关系和异同。VITA 46．11是VPX系列规范中专门定义VPX机箱管理方面的规范［6］。PICMG 3．0中的机箱管理部分对ATCA的机箱管理进行了定义，并且已经大量商业应用。

1 VPX和ATCA机箱管理与IPMI的关系

为了满足对服务器管理的需要，1997年Intel、HP、Dell和NEC四家公司开始制定一个旨在解决无法在单一控制台上监控不同平台的服务器的规范，1998年初步提出了IPMI规范，为系统管理人员提供了一套跨平台管理和监控服务器工作状态的标准接口［7］。

不同版本PICMG 3．0规范中机箱管理部分分别基于 IPMI V1．0、IPMI V1．5 和 IPMI V2．0，最新版本的PICMG 3．0规范是基于IPMI V2．0的，并且兼容IPMI的早期版本。VITA 46．11是将 IPMI V1．5作为其架构基础。IPMI V1．5定义的接口、协议、命令和记录格式以及通用架构的概念和特点都被VITA 46．11所利用。此外，VITA 46．11 也允许开发者利用 IPMI V2．0的扩展部分，但是须遵守PMI V2．0的扩展部分中的规则。

2 VPX和ATCA的机箱管理规范间的关系

2．1 规范间参考关系

PICMG 3．0规范中有关部分被直接引入到VITA 46．11规范中。在有些情况下，特别是表及其内容，VITA 46．11规范采用的方法就是将PICMG 3．0规范进行适当归属的基础上逐字逐句的照搬。在另一些情况下，VITA 46．11规范将PICMG 3．0规范中的内容进行适当的改述而引用。

2．2 规范间术语关系

VITA 46．11规范与PICMG 3．0规范术语的对照表如表1所示。

表1 术语对照表

VITA 46．11规范直接采用PICMG 3．0规范中大部分的术语和相关定义。由于早期的VPX产品和应用环境中使用了一部分VPX独有的术语，因此VITA 46．11规范对这些术语进行了修改和重定义，使之与PICMG 3．0规范中的术语能相互对应。

3 VPX和ATCA机箱管理架构的异同

3．1 系统管理功能

PICMG 3．0从指导思想上就设计成完全彻底地集成系统管理功能，要求前插模块在其负载电源被使能前，其上的IPMC必须同机箱管理模块进行复杂的协商处理。

系统管理在VPX平台中是可选的。事实上，系统管理功能可选是基于大多数VITA 46．11规范设计者的意见。

3．2 热拔插功能

PICMG 3．0支持 FRU的热拔插。VITA 46．11不支持FRU的热拔插。它之所以不支持热拔插功能是由于VSO标准化组织和相应的工作组目前还没有形成支持热拔插的VPX、PMC和XMC模块［8］。VITA 46．11并不排除将来支持热拔插功能，只是由于缺少支持热拔插功能的模块而使目前的VITA 46．11标准不支持热拔插功能。另一方面的考虑是为了简化 VITA 46．11的功能，减少开发和验证时间。

3．3 电源管理功能

VITA 46．11不支持PICMG 3．0中的电源管理功能，包括激活模块之前ShMC和模块上IPMC之间的上电协商过程。PICMG 3．0电源管理能力是为了增加系统的可靠性。特别是热拔插时可极大地增加系统的可靠性，因为系统中一些新插入的模块，如果没有进行电源管理协商上电就可能由于电源负载能力不足的原因，导致模块加载失败或者系统运行不正常。既然VITA 46．11不支持热拔插，相应的电源管理功能需求也相应地减少。因此请特别注意，VITA 46．11系统用户应该清楚了解系统的电源能力和将要插入系统中的模块对电源的要求，以确保系统电源供应不过载，无论何时在VPX模块插入到系统中时要确保系统供电能力不过载。VITA 46．11可以通过模块的物理Key提供对系统供电过载的一定程度的保护。

另外，在VPX模块激活前的上电协商过程将加长整个系统的上电时间，而已部署的VPX系统通常要求快速的系统启动时间，这对VPX系统很重要，因此VPX系统不支持上电协商过程。

VITA 46．11在将来并不排除增加对模块的电源管理能力的支持。只是由于目前的VPX系统应用缺少这方面需求，而已部署的VPX系统对快速上电又有强烈要求，以及为了简化VITA 46．11固件功能和减少开发和验证时间，才使得目前的VITA 46．11版本不支持电源管理功能。

3．4 电子键控功能

VITA 46．11不支持PICMG 3．0定义的电子键控功能。PICMG 3．0定义电子键控功能目的是为了增加系统的可靠性，特别是在热拔插的情况下。任何插入到不正确槽位的模块(如果这个不正确安装的模块的接口与通过背板互连的其他模块接口不兼容)可能造成模块和系统工作不正常。如果接口不是电气特性兼容，许多情况下会导致一个或多个模块的物理损坏。既然VITA 46．11不支持热拔插功能，那么其对电子键控功能的需求也相应减少。请注意，VITA 46．0系统用户应该清楚模块的能力和将要插入模块的槽位对模块的支持能力。机械键控可以一定程度上支持和管理模块和槽位之间的兼容性，并且VITA 46．0系统管脚定义已经考虑尽量避免由于模块错插槽位带来的电气特性不兼容造成的损坏，但是这种方式的支持是有限的，损坏还是有可能发生的。

此外，在VPX模块激活前的电子键控功能将加长整个系统的上电时间，而已部署的VPX系统通常要求快速的系统启动时间，这对VPX系统很重要，因此VITA 46．0系统不支持电子键控功能。

VITA 46．11在将来并不排除增加对电子键控能力的支持。只是由于目前的VPX系统应用缺少这方面要求，已部署VPX系统对快速上电的强烈要求，以及为了简化VITA 46．11固件功能和减少开发和验证时间，才使得目前的VITA 46．11版本不支持电子键控功能。

3．5 前面板指示

VITA 46．11不支持PICMG 3．0定义的硬件平台管理要求中关于前面板的指示部分，这是由于VITA 46．11 是 VSO(VITA Standards Organization，VITA 标准化组织)的标准，并且它有自己的前面板指示标准VITA 40。PICMG 3．0定义的硬件平台管理要求中关于前插板面板指示部分主要与热拔插功能相关，而目前的VITA 46．11版本不支持热拔插功能，这也是造成两者前面板的指示部分不相同的原因。

3．6 命令的增加

IPMI消息结构是可以扩展的，这允许在IPMI体系架构中产生和使用IPMI规范定义之外的命令。VITA 46．11就利用IPMI消息结构中网络功能码的群扩展功能定义VPX机箱管理命令。这使得它既可以利用标准的IPMI消息命令，又可以加入自己的VPX特有的消息命令。群扩展字段网络功能码(NetFn，2Ch 和2Dh)被分配给 ATCA［9］，分配给Vita标准化组织的字段网络功能码(NetFn，03h)被用作VITA 46．11定义的消息命令。

VITA 46．11自定义了一系列IPMI命令，这是VITA 46．11规范所特有的，相对PICMG 3．0硬件平台管理架构的命令增加的，这些在设计实现中应该加以注意。

ATCA系统机框管理规范也定义了一些命令和消息，但是与IPMI规范有所不同。不同之处主要体现在:IPMI规范规定的必选功能命令在ATCA系统机框管理规范可能是可选项;IPMI规范规定的可选功能命令在ATCA系统机框管理规范可能是必选项;机框管理规范对IPMI规范有扩充，增加了一些功能命令［10］。

4 VPX和ATCA机箱管理系统设计上异同

VITA 46．11这个规范就是要尽量利用已存在的商业化机箱管理解决方案，如对PICMG 3．0规范的利用。它也提供了在PICMG 3．0中定义的多种高级系统管理特点的应用路线图，但是它没有制定支持这些应用的硬件互连兼容性规定。VPX规范与ATCA规范一致的地方只是它们都定义了到各自背板的机箱管理管脚。VPX系统设计者应特别注意以下几种可选特点的应用。

4．1 星型IPMB

在PICMG 3．0规范中为了增加系统可靠性，星型IPMB通信链路会经常使用。星型IPMB的数量会随着插入到系统中模块的数量增加而增加，相对于共享总线，像I2C总线拉死导致的IPMB错误的几率也随着IPMC数目的增加而增多。

应用星型IPMB通信链路并且符合PICMG 3．0规范的背板一般都是厂商定制的。机箱管理中星型IPMB通信链路的管脚是由厂商特有的应用而自定义的。使用星型IPMB拓扑的符合PICMG 3．0规范的模块和背板通常都不能在不同厂家间交叉使用。一般情况下，机箱制造厂商要同时提供背板和机箱管理模块。但是在星型 IPMB拓扑中符合PICMG 3．0规范机箱的FRU信息的数据结构是独立于其具体应用方式，是可以统一起来的。

VITA 46．11 规范中的 9．1．3 节大体上概括了VPX系统中星型IPMB通信链路的要求，但是它故意没有提供硬件方面对该应用的支持。因此，系统集成者应负责具有星型IPMB拓扑的VPX系统的硬件管脚的兼容性。在星型IPMB拓扑中符合VITA 46．11规范机箱的表项和数据结构等也是独立于其具体应用和拓扑方式的。

例如一个具有系统IPMB Hub的VPX插入模块，它上面就具有超过两对的IPMB链路，这种情况下需要用户自定义背板IPMB链路管脚信号了。VITA 46．11规范只在VPX P0/J0连接器上定义了一个基本的机箱管理系统接口(两对基于I2C通道的总线型系统拓扑)，如表2［11］所示。因此，VPX系统中的星型IPMB应用应由生产厂商提供自定义的背板。

表2 总线型IPMB的VPX背板管脚定义

4．2 机箱管理间通信冗余

VITA 46．11规范中定义了一种系统架构如图1所示。

1个系统管理和2个冗余的机箱管理，并建议这2个机箱管理是互为冗余备份和对等的，其中一个机箱管理处于激活状态，另一个处于备份状态。然而在VITA 46．11规范中却同样故意没有定义支持机箱管理冗余备份功能的链路管脚，而让VPX系统集成者来负责具有冗余备份机箱管理功能的VPX系统的硬件管脚兼容性。

在PICMG 3．0规范中，也是故意的没有定义支持避免和减少机箱管理网络通信失败的冗余硬件支持措施，而该功能的实现是交由生产厂商自行定义［12］。

5 结束语

通过分析和对比VPX机箱管理与ATCA机箱管理之间的关系，以及它们之间的相同点和不同点，帮助那些熟悉ATCA规范的开发者理解IPMI规范如何被应用到VITA 46．11规范中去;帮助这些开发者参考ATCA规范中机箱管理部分来理解VITA 46．11相关部分的细节和内容，了解它是如何从ATCA规范中派生发展而来的;同时也使这些开发者能够更好地体会到2种规范基于不同市场定位而产生的区别。

［1］ 滑 伟．一种PCI总线接口的数据接收卡设计［J］．无线电通信技术，2013，39(4):53 －55，92．

［2］ 邢占春，曹芳菊，黄进燕．基于CPCI总线的多卡实现32路采集平台设计［J］．无线电工程，2014，44(4):77－80．

［3］ 张喜明，陈 旸．基于VPX标准总线的GPGPU平台的图像几何校正［J］．无线电工程，2014，44(1):53 －55．

［4］ 张 博，刘子逸．基于PES32NT24AG2芯片的PCIe交换器的实现［J］．无线电通信技术，2014，40(3):79 －81．

［5］ 郑东卫，陈 矛，罗丁利．VPX总线的技术规范及应用［J］．火控雷达技术，38(4):73－77．

［6］ ANSI/VITA 46．0．VPX Baseline Standard，2007［S］．

［7］ 于治楼，陈乃阔，牛玉峰．基于IPM I的服务器远程管理的研究与实现［J］．信息技术与信息化，2010(1):36－38．

［8］ 张丽君．基于IP核的 PCI接口 FPGA设计实现［J］．无线电通信技术，2013，39(1):91 －93．

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

［10］梅建超．IPMI在 ATCA系统中的应用与架构设计［J］．数字技术与应用．2011(4):56 －58．

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

［12］李嵩泉，蒋海玲．卫星通信系统主备网控中心设计［J］．无线电通信技术，2014，40(3):13－16．