CN111459863A - 一种基于nvme-mi的机箱管理系统及方法 - Google Patents

一种基于nvme-mi的机箱管理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于NVME‑MI的机箱管理系统及方法，本发明通过基于NVME‑MI，在物理层上利用现有的PCIe总线和SMbus总线，协议层通过MCTP协议的NVME‑MI接口，在不改变现有的硬件和协议架构的情况下，实现对主板、PCIe外插卡、背板以及SSD硬盘等设备上的信息管理，有效解决服务器机箱管理方案中PCIe缺乏带内机箱管理方法的问题，且本发明可复用SES已有的管理工具和策略，硬件改动小，通用程度高，实现功能广泛。

Description

一种基于NVME-MI的机箱管理系统及方法
技术领域
本发明涉及机箱管理技术领域，特别是一种基于NVME-MI的机箱管理系统及方法。
背景技术
随着互联网技术的快速发展，云服务和云计算蓬勃兴起，对于磁盘系统来说，数据通路的安全、稳定以及快速是至关重要的。但随着现在的系统越来越复杂，对于包括背板、机箱的磁盘系统的可管理性变得越来越重要。
目前最常用的是SES(SCSI Enclosure Service，基于SCSI协议的机箱管理服务)机箱管理系统。比如，现在的外置磁盘阵列柜，以及在服务器内部的RAID控制卡和磁盘热插拔背板之间，也常用SES。
对于SES带外管理，需要做特殊线缆支持，无法支持NVME SSD设备，许多设备信息只能通过SMbus线路来实现。由于管理系统总线SMbus本身速度慢、驱动能力不强等特点，这对于日趋复杂的管理任务来讲，会产生带宽性能、负载能力上面的瓶颈，从而影响整体的性能和可靠性，管理覆盖的设备和设备信息有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于NVME-MI的机箱管理系统及方法，旨在解决现有技术中服务器机箱管理方案中PCIe缺乏带内机箱管理方法的问题，实现高效率的机箱管理，提高通用度。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种基于NVME-MI的机箱管理系统，所述系统包括：
主板上的CPU与BMC通过PCIe通信；
CPU与PCIe外插设备通过PCIe通信；
PCIe外插设备与背板的扩展控制器通过PCIe通信；
背板的扩展控制器与SSD设备通过PCIe通信；
BMC与PCIe外插设备、背板的扩展控制器以及SSD设备通过I2C/SMbus通信；
PCIe总线带内链路为BMC-CPU-PCIe外插设备-扩展控制器-SSD设备，SMbus/I2C总线带外链路为BMC-PCIe外插设备以及BMC-扩展控制器-SSD设备，并通过NVME-MI协议完成命令和数据的传输。
优选地，所述机箱内设备信息包括在位状态、板卡测点温度、电源状态、电流/电压值、VPD、风扇状态、软件配置信息、SSD在位状态以及LED点灯状态。
优选地，所述NVME-MI协议包括控制原语/NVME-MI命令/NVME Admin命令；
通过控制原语实现BMC控制中断/恢复/忽略/重发流程，通过NVME-MI命令实现读取设备终端的健康状态、读写VPD信息、配置接口数据，通过NVME Admin命令实现抓取日志信息以及固件升级。
本发明还提供了一种基于NVME-MI的机箱管理方法，所述方法包括以下操作：
系统GUI/CLI发起软件管理指令，BMC在接收到该指令后，发起请求指令；
将MCTP VDM代码、NVME-MI消息类型以及操作码Opcode域填入相应的阈值，按NVME-MI协议形成MCTP TLP；
填充PCIe Medium-Specific Header和Trailer字段，将MCTP打包到PCIe TLP中，并经PCIe总线发送管理终端接口，完成命令消息的接收；
管理终端接口解帧，识别并触发指令操作，并执行读取设备信息操作；
管理终端接口触发应答指令操作，触发反馈命令消息并发送，反馈命令消息和反馈数据形成MCTP TLP，进而形成PCIe TLP，经PCIe总线发送到BMC并解帧；
BMC接收到反馈命令和数据值，并传给系统GUI/CLI，GUI/CLI显示设备信息结果，结束操作。
优选地，所述设备信息包括在位状态、板卡测点温度、电源状态、电流/电压值、VPD、风扇状态、软件配置信息、SSD在位状态以及LED点灯状态。
优选地，所述NVME-MI协议包括控制原语/NVME-MI命令/NVME Admin命令；
通过控制原语实现BMC控制中断/恢复/忽略/重发流程，通过NVME-MI命令实现读取设备终端的健康状态、读写VPD信息、配置接口数据，通过NVME Admin命令实现抓取日志信息以及固件升级。
本发明还提供了一种基于NVME-MI的机箱管理设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，以实现所述的基于NVME-MI的机箱管理方法。
本发明还提供了一种可读存储介质，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于NVME-MI的机箱管理方法。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本发明通过基于NVME-MI，在物理层上利用现有的PCIe总线和SMbus总线，协议层通过MCTP协议的NVME-MI接口，在不改变现有的硬件和协议架构的情况下，实现对主板、PCIe外插卡、背板以及SSD硬盘等设备上的信息管理，有效解决服务器机箱管理方案中PCIe缺乏带内机箱管理方法的问题，且本发明可复用SES已有的管理工具和策略，硬件改动小，通用程度高，实现功能广泛。
附图说明
图1为本发明实施例中所提供的一种基于NVME-MI的机箱管理系统结构框图；
图2为本发明实施例中所提供的一种基于NVME-MI的机箱管理系统分层模型示意图；
图3为本发明实施例中所提供的一种基于NVME-MI的机箱管理工作流程示意图。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种基于NVME-MI的机箱管理系统及方法进行详细说明。
如图1所示，本发明公开了一种基于NVME-MI的机箱管理系统，所述系统包括：
主板上的CPU与BMC通过PCIe通信；
CPU与PCIe外插设备通过PCIe通信；
PCIe外插设备与背板的扩展控制器通过PCIe通信；
背板的扩展控制器与SSD设备通过PCIe通信；
BMC与PCIe外插设备、背板的扩展控制器以及SSD设备通过I2C/SMbus通信；
PCIe总线带内链路为BMC-CPU-PCIe外插设备-扩展控制器-SSD设备，SMbus/I2C总线带外链路为BMC-PCIe外插设备以及BMC-扩展控制器-SSD设备。
本发明实施例基于NVME-MI(Non-Volatile Memory Express-ManagementInterface，非易失性存储器拓展-管理接口)，在物理层上利用现有的PCIe总线和SMbus总线，协议层通过MCTP(Management Component Transport Protocol，设备管理传输协议)协议的NVME-MI接口，在不改变现有的硬件和协议架构的情况下，实现对主板、PCIe外插卡、背板以及SSD硬盘等设备上的信息管理。
所述机箱管理系统所包含的设备包括主板、PCIe外插设备(RAID卡/SAS卡)、背板(带扩展控制器的背板)以及SSD设备等基于PCIe总线实现带内互联的设备。
机箱内的设备信息包括设备域内的信息，包括但不限于在位状态、板卡测点温度、电源状态、电流/电压值、VPD(Vital Product Data，重要产品数据)、风扇状态、软件配置信息、SSD在位状态以及LED点灯状态等。
本发明实施例中的基于NVME-MI的机箱管理系统本质上是基于当前已有的PCIe协议和MCTP协议，因此具有具有相似的分层结构。如图2所示，其包括应用层、协议层、传输层以及物理层四层结构。其中，应用层包括了管理应用(如系统下的GUI和CLI等)和管理控制器(包括BMC或者其他主机)，用于从服务器系统开发的顶层应用来监测、管理、控制机箱设备信息；协议层介于上层应用与传输层之间，提供的通用命令集包括查询和设置、配置、获取子系统运行状态、固件管理、名称空间管理、安全管理等；传输层是指MCTP协议传输，NVME-MI利用MCTP来传输命令和数据，其中包括请求信息和响应信息；物理层包括PCIe总线和SMbus/I2C总线，PCIe总线即绑定带内方式传输，SMbus/I2C总线即绑定带外方式传输。
基于NVME-MI的机箱管理中，PCIe总线带内链路为BMC-CPU-PCIe外插设备-扩展控制器-SSD设备，SMbus/I2C总线带外链路为线缆或者板间互联接口的方式，链路为BMC-PCIe外插设备以及BMC-扩展控制器-SSD设备。
在本发明实施例中，通过NVME-MI协议中的控制原语/NVME-MI命令/NVME Admin命令来实现所支持的设备管理功能。通过控制原语实现BMC控制中断/恢复/忽略/重发流程，通过NVME-MI命令实现读取设备终端的健康状态、读写VPD信息、配置接口数据等，通过NVMEAdmin命令实现抓取日志信息以及固件升级等。
NVME-MI机箱管理系统可兼容SES，通过NVME-MI命令中的08h和09h的Reversedbit执行SES Send和SES Receive命令来实现下行为SAS/SATA盘的情况。
以应用层读取背板的VPD信息为例，其工作流程如图3所示：
系统默认为IDLE状态，由系统GUI/CLI发起软件管理指令，即读取背板的VPD信息，BMC在接收到该指令后，发起请求Request Command指令，BMC作为系统的管理控制器支持NVME-MI驱动，发起命令消息。将MCTP VDM代码、NVME-MI消息类型以及操作码Opcode域填入相应的阈值，按NVME-MI协议形成MCTP TLP，填充PCIe Medium-Specific Header和Trailer字段，将MCTP打包到PCIe TLP中，并经PCIe总线发送设备(背板)的管理终端接口，完成命令消息的接收。背板设备的控制管理接口解帧，识别并触发指令操作，并执行读取VPD信息操作。设备的控制管理接口触发应答指令操作，触发反馈命令消息并发送，反馈命令消息和反馈数据形成MCTP TLP，进而形成PCIe TLP，经PCIe总线发送到BMC并解帧，BMC接收到反馈命令和数据值，并传给系统GUI/CLI，GUI/CLI显示VPD信息结果，结束操作。
本发明实施例通过基于NVME-MI，在物理层上利用现有的PCIe总线和SMbus总线，协议层通过MCTP协议的NVME-MI接口，在不改变现有的硬件和协议架构的情况下，实现对主板、PCIe外插卡、背板以及SSD硬盘等设备上的信息管理，有效解决服务器机箱管理方案中PCIe缺乏带内机箱管理方法的问题，且本发明可复用SES已有的管理工具和策略，硬件改动小，通用程度高，实现功能广泛。
本发明实施例还公开了一种基于NVME-MI的机箱管理方法，所述方法包括以下操作：
系统GUI/CLI发起软件管理指令，BMC在接收到该指令后，发起请求指令；
将MCTP VDM代码、NVME-MI消息类型以及操作码Opcode域填入相应的阈值，按NVME-MI协议形成MCTP TLP；
填充PCIe Medium-Specific Header和Trailer字段，将MCTP打包到PCIe TLP中，并经PCIe总线发送管理终端接口，完成命令消息的接收；
管理终端接口解帧，识别并触发指令操作，并执行读取设备信息操作；
管理终端接口触发应答指令操作，触发反馈命令消息并发送，反馈命令消息和反馈数据形成MCTP TLP，进而形成PCIe TLP，经PCIe总线发送到BMC并解帧；
BMC接收到反馈命令和数据值，并传给系统GUI/CLI，GUI/CLI显示设备信息结果，结束操作。
机箱内的设备信息包括设备域内的信息，包括但不限于在位状态、板卡测点温度、电源状态、电流/电压值、VPD(Vital Product Data，重要产品数据)、风扇状态、软件配置信息、SSD在位状态以及LED点灯状态等。
本发明实施例中利用现有的PCIe总线和SMbus总线，协议层通过MCTP协议的NVME-MI接口来完成机箱管理。
基于NVME-MI的机箱管理本质上是基于当前已有的PCIe协议和MCTP协议，因此具有具有相似的分层结构，其包括应用层、协议层、传输层以及物理层四层结构。其中，应用层包括了管理应用(如系统下的GUI和CLI等)和管理控制器(包括BMC或者其他主机)，用于从服务器系统开发的顶层应用来监测、管理、控制机箱设备信息；协议层介于上层应用与传输层之间，提供的通用命令集包括查询和设置、配置、获取子系统运行状态、固件管理、名称空间管理、安全管理等；传输层是指MCTP协议传输，NVME-MI利用MCTP来传输命令和数据，其中包括请求信息和响应信息；物理层包括PCIe总线和SMbus/I2C总线，PCIe总线即绑定带内方式传输，SMbus/I2C总线即绑定带外方式传输。
基于NVME-MI的机箱管理中，PCIe总线带内链路为BMC-CPU-PCIe外插设备-扩展控制器-SSD设备，SMbus/I2C总线带外链路为线缆或者板间互联接口的方式，链路为BMC-PCIe外插设备以及BMC-扩展控制器-SSD设备。
在本发明实施例中，通过NVME-MI协议中的控制原语/NVME-MI命令/NVME Admin命令来实现所支持的设备管理功能。通过控制原语实现BMC控制中断/恢复/忽略/重发流程，通过NVME-MI命令实现读取设备终端的健康状态、读写VPD信息、配置接口数据等，通过NVMEAdmin命令实现抓取日志信息以及固件升级等。
NVME-MI机箱管理可兼容SES，通过NVME-MI命令中的08h和09h的Reversed bit执行SES Send和SES Receive命令来实现下行为SAS/SATA盘的情况。
本发明实施例还公开了一种基于NVME-MI的机箱管理设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，以实现所述的基于NVME-MI的机箱管理方法。
本发明实施例还公开了一种可读存储介质，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于NVME-MI的机箱管理方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于NVME-MI的机箱管理系统，其特征在于，所述系统包括：
主板上的CPU与BMC通过PCIe通信；
CPU与PCIe外插设备通过PCIe通信；
PCIe外插设备与背板的扩展控制器通过PCIe通信；
背板的扩展控制器与SSD设备通过PCIe通信；
BMC与PCIe外插设备、背板的扩展控制器以及SSD设备通过I2C/SMbus通信；
PCIe总线带内链路为BMC-CPU-PCIe外插设备-扩展控制器-SSD设备，SMbus/I2C总线带外链路为BMC-PCIe外插设备以及BMC-扩展控制器-SSD设备，并通过NVME-MI协议完成命令和数据的传输。
2.根据权利要求1所述的一种基于NVME-MI的机箱管理系统，其特征在于，所述机箱内设备信息包括在位状态、板卡测点温度、电源状态、电流/电压值、VPD、风扇状态、软件配置信息、SSD在位状态以及LED点灯状态。
3.根据权利要求1所述的一种基于NVME-MI的机箱管理系统，其特征在于，所述NVME-MI协议包括控制原语/NVME-MI命令/NVME Admin命令；
通过控制原语实现BMC控制中断/恢复/忽略/重发流程，通过NVME-MI命令实现读取设备终端的健康状态、读写VPD信息、配置接口数据，通过NVME Admin命令实现抓取日志信息以及固件升级。
4.一种基于NVME-MI的机箱管理方法，其特征在于，所述方法包括以下操作：
系统GUI/CLI发起软件管理指令，BMC在接收到该指令后，发起请求指令；
将MCTP VDM代码、NVME-MI消息类型以及操作码Opcode域填入相应的阈值，按NVME-MI协议形成MCTP TLP；
填充PCIe Medium-Specific Header和Trailer字段，将MCTP打包到PCIe TLP中，并经PCIe总线发送管理终端接口，完成命令消息的接收；
管理终端接口解帧，识别并触发指令操作，并执行读取设备信息操作；
管理终端接口触发应答指令操作，触发反馈命令消息并发送，反馈命令消息和反馈数据形成MCTP TLP，进而形成PCIe TLP，经PCIe总线发送到BMC并解帧；
BMC接收到反馈命令和数据值，并传给系统GUI/CLI，GUI/CLI显示设备信息结果，结束操作。
5.根据权利要求4所述的一种基于NVME-MI的机箱管理方法，其特征在于，所述设备信息包括在位状态、板卡测点温度、电源状态、电流/电压值、VPD、风扇状态、软件配置信息、SSD在位状态以及LED点灯状态。
6.根据权利要求4所述的一种基于NVME-MI的机箱管理方法，其特征在于，所述NVME-MI协议包括控制原语/NVME-MI命令/NVME Admin命令；
通过控制原语实现BMC控制中断/恢复/忽略/重发流程，通过NVME-MI命令实现读取设备终端的健康状态、读写VPD信息、配置接口数据，通过NVME Admin命令实现抓取日志信息以及固件升级。
7.一种基于NVME-MI的机箱管理设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，以实现根据权利要求4至6任意一项所述的基于NVME-MI的机箱管理方法。
8.一种可读存储介质，其特征在于，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求4至6任意一项所述的基于NVME-MI的机箱管理方法。
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