基于IPMI協(xié)議的狀態(tài)信息監(jiān)控技術(shù)

張 帥，于 昕，查文琦，張先云，陳 陽

(中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第八研究院，南京 211153)

0 引 言

隨著現(xiàn)代雷達(dá)裝備綜合化、智能化程度的不斷提高，對(duì)裝備測(cè)試性的要求也越來越高，傳統(tǒng)的斷線測(cè)試、狀態(tài)指示、本地控制等檢測(cè)控制方式已無法滿足現(xiàn)代裝備智能監(jiān)測(cè)、綜合診斷等需求[1]，在線狀態(tài)信息監(jiān)控技術(shù)日益顯示出其重要性。通過狀態(tài)信息監(jiān)控技術(shù)，系統(tǒng)監(jiān)控中樞可以獲得內(nèi)部關(guān)鍵部件的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，并對(duì)其實(shí)施控制。目前，相關(guān)功能件的狀態(tài)監(jiān)控功能主要采用專用硬件芯片實(shí)現(xiàn)，與上位機(jī)的數(shù)據(jù)通信并非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，適用性窄，上傳的狀態(tài)信息數(shù)量和類型也極為有限。

針對(duì)狀態(tài)信息監(jiān)控功能標(biāo)準(zhǔn)化的迫切需求，本文采取基于IPMI(Intelligent Platform Management Interface)協(xié)議的狀態(tài)信息監(jiān)控方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)功能件狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于采用了標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議，本文方法具有通用性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛，狀態(tài)監(jiān)控信息類型全、數(shù)據(jù)多且可編程等優(yōu)點(diǎn)。

1 IPMI概述

1.1 IPMI協(xié)議

IPMI是智能型平臺(tái)管理接口的開放協(xié)議[2]，可以在硬件或固件平臺(tái)管理中直接實(shí)現(xiàn)自主監(jiān)控和恢復(fù)功能。智能平臺(tái)管理獨(dú)立于主控制器和操作系統(tǒng)，即使當(dāng)系統(tǒng)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)時(shí)，智能管理也能工作。

IPMI體系結(jié)構(gòu)的核心是一個(gè)稱為基板管理控制器(Baseboard Management Controller，BMC)的微控制器，該控制器不依賴于服務(wù)器的處理、BIOS器或操作系統(tǒng)，用于管理軟件系統(tǒng)和硬件平臺(tái)之間的接口，提供自主監(jiān)控、日志記錄、恢復(fù)控制功能[3]，這也是智能平臺(tái)管理的關(guān)鍵特征。

IPMI系統(tǒng)中通常有一些附加的、遠(yuǎn)離BMC的管理控制器，系統(tǒng)通過智能平臺(tái)管理總線(Intelligent Platform Management BUS，IPMB)將附加的管理控制器連接到系統(tǒng)，從而支持平臺(tái)管理的擴(kuò)展。IPMB是一個(gè)基于I2C的串行總線，它在主要的系統(tǒng)模塊之間路由，用于管理控制器之間的通信，提供了一種將BMC與機(jī)箱或其他管理器集成到一起的標(biāo)準(zhǔn)化方法。IPMI原理如圖1所示。

圖1 IPMI原理框圖

1.2 并聯(lián)IPMI監(jiān)控

在系統(tǒng)架構(gòu)中通常會(huì)多級(jí)分布多組功能。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，最常見的做法是采用并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)各功能件的狀態(tài)監(jiān)控管理。多臺(tái)組件的并聯(lián)IPMI監(jiān)控有2種實(shí)現(xiàn)方式：

一是單向通訊并聯(lián)監(jiān)控方式，如圖2所示。多個(gè)組件同時(shí)向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，IPMB總線自帶多主機(jī)時(shí)鐘同步與仲裁機(jī)制，可以決定其中的一個(gè)組件獲取IPMB總線的控制權(quán)，因而上位機(jī)可以自動(dòng)接收多個(gè)并聯(lián)組件發(fā)送的狀態(tài)信息；

二是雙向通訊并聯(lián)監(jiān)控方式，如圖3所示。在硬件上分配不同的地址給并聯(lián)組件，上位機(jī)循環(huán)發(fā)送包含地址信息的查詢命令給各個(gè)組件，組件接收到查詢命令后與自己的地址進(jìn)行匹配， 地址匹配成功的組件響應(yīng)上位機(jī)的查詢命令，上傳狀態(tài)信息。

圖2 并聯(lián)IPMI監(jiān)控功能

圖3 雙向通訊并聯(lián)監(jiān)控方式

2 IPMI接口協(xié)議

2.1 IPMI通信設(shè)計(jì)

狀態(tài)信息通信采用IPMI協(xié)議，該協(xié)議采用基于I2C數(shù)據(jù)傳輸?shù)腎PMB總線與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。I2C數(shù)據(jù)傳輸格式如圖4所示。

圖4 I2C數(shù)據(jù)格式

功能模塊數(shù)據(jù)處理軟件中的I2C模塊作為從機(jī)，打開I2C中斷，在中斷中進(jìn)行I2C事件的程序操作。

軟件使能I2C外設(shè)時(shí)鐘，以及配置I2C_CTL1中時(shí)鐘相關(guān)寄存器來確保正確的I2C時(shí)序。之后，I2C運(yùn)行在默認(rèn)的從機(jī)模式狀態(tài)，等待START起始位和地址。接收1個(gè)START起始位及隨后的地址，地址可以是7位也可以是10位格式，I2C硬件將I2C_STAT0寄存器的ADDSEND位置1，此位應(yīng)該被軟件查詢或者中斷監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)置位后，軟件應(yīng)該依次讀I2C_STAT0和I2C_STAT1寄存器。主機(jī)應(yīng)接著再產(chǎn)生1個(gè)START，并發(fā)送1個(gè)地址頭到I2C總線。從機(jī)在檢測(cè)到START和緊接著的地址頭之后會(huì)繼續(xù)將ADDSEND位置1。軟件也可以通過依次讀I2C_STAT0、I2C_STAT1寄存器來第2次清除ADDSEND位。

在倒數(shù)第2個(gè)字節(jié)發(fā)送期間，軟件寫最后一個(gè)數(shù)據(jù)到I2C_DATA寄存器，以清除TBE標(biāo)志位，之后就不用再關(guān)心TBE的狀態(tài)。TBE位會(huì)在倒數(shù)第2個(gè)字節(jié)發(fā)送完成后置起，直到檢測(cè)到STOP結(jié)束位時(shí)被清0。

根據(jù)I2C協(xié)議，I2C主機(jī)將不會(huì)對(duì)接收到的最后1個(gè)字節(jié)發(fā)送應(yīng)答，所以在最后1個(gè)字節(jié)發(fā)送結(jié)束后，I2C從機(jī)的AERR(應(yīng)答錯(cuò)誤)會(huì)置起，以通知軟件發(fā)送結(jié)束。軟件寫0到AERR位可以清除此位，如圖5所示。

圖5 I2C狀態(tài)信息上傳程序流程圖

2.2 狀態(tài)監(jiān)控功能設(shè)計(jì)

IMPB總線在I2C總線的基礎(chǔ)上，增加了詳細(xì)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)及握手命令，其發(fā)送信息包指令如圖6所示，接收信息包指令如圖7所示。

圖6 IPMB總線發(fā)送信息包指令

圖7 IPMB總線接收信息包指令

IPMI通信程序流程如圖8所示，上位機(jī)向組件發(fā)送查詢命令，組件接收后，將查詢命令中的地址位與自己的地址位進(jìn)行對(duì)比，如果匹配一致，則發(fā)送狀態(tài)信息給上位機(jī)；否則，繼續(xù)接收查詢命令，并判斷地址位是否匹配。

圖8 IPMI通信流程圖

3 應(yīng)用示例

某型VPX架構(gòu)的通用電源組件[4]采用IPMI協(xié)議實(shí)現(xiàn)了對(duì)電源狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控，它在I2C協(xié)議的基礎(chǔ)上定義了與IPMB總線一致的數(shù)據(jù)校驗(yàn)和握手命令等方式，能夠適配標(biāo)準(zhǔn)的IPMI系統(tǒng)，通用性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。

3.1 狀態(tài)信息收集

IPMI程序可以在MCU單片機(jī)、DSP或FPGA中實(shí)現(xiàn)。VPX架構(gòu)的通用電源組件內(nèi)置了MCU單片機(jī)，下面以MCU單片機(jī)為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。

VPX架構(gòu)的通用電源組件的采樣電路分別對(duì)12 V、48 V、3.3 V輸出電壓、電流以及機(jī)殼溫度進(jìn)行采樣，MCU接收采樣信息后，通過IPMB總線接口將狀態(tài)信息傳輸給上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)通用電源模塊狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。狀態(tài)信息收集原理如圖9所示。

圖9 狀態(tài)信息采樣原理圖

3.2 故障告警保護(hù)

IPMI系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程控制故障告警保護(hù)能力。VPX架構(gòu)的通用電源組件的內(nèi)置MCU接收12 V、48 V、3.3 V等3種電壓的過壓、欠壓、過流以及過溫故障信息。一方面，VPX架構(gòu)的通用電源組件的內(nèi)置MCU通過IPMB總線將故障信息傳輸給上位機(jī)；另一方面，以12 V輸出為例，當(dāng)MCU檢測(cè)到12 V的輸出過壓、欠壓、過流故障后，MCU輸出關(guān)機(jī)命令，對(duì)12 V電源模塊進(jìn)行控制保護(hù)。故障告警保護(hù)原理框圖如圖10所示。

圖10 故障保護(hù)原理框圖

3.3 遠(yuǎn)程控制

VPX架構(gòu)的通用電源組件能夠通過IPMI協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。其內(nèi)置的MCU接收上位機(jī)通過IPMB總線發(fā)送的遙控開關(guān)機(jī)、故障復(fù)位、狀態(tài)查詢命令。以12 V輸出為例，MCU根據(jù)接收到的遙控命令實(shí)現(xiàn)對(duì)12 V電源輸出的啟動(dòng)、關(guān)機(jī)、故障復(fù)位、狀態(tài)查詢操作。遠(yuǎn)程控制原理如圖11所示。

圖11 遠(yuǎn)程遙控原理框圖

4 結(jié)束語

本文針對(duì)狀態(tài)信息監(jiān)控功能標(biāo)準(zhǔn)化的迫切需求，采取了基于IPMI協(xié)議的狀態(tài)信息監(jiān)控方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)組件狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。從健康管理需求、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化需求來說，IPMI協(xié)議實(shí)現(xiàn)了對(duì)組件狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通用性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛，狀態(tài)監(jiān)控信息類型全、數(shù)據(jù)多且可編程，協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化極大地增強(qiáng)了組件的適用性。