CN111797439A

CN111797439A - 提供虚拟装置的方法和设备

Info

Publication number: CN111797439A
Application number: CN202010421167.0A
Authority: CN
Inventors: 高志鹏; 雷鸣; 克利夫顿·克尔; 刘志君
Original assignee: Lenovo Enterprise Solutions Singapore Pte Ltd
Current assignee: Lenovo Enterprise Solutions Singapore Pte Ltd
Priority date: 2020-05-18
Filing date: 2020-05-18
Publication date: 2020-10-20

Abstract

公开了一种信息处理设备，其包括主板，安装在该主板上的可编程逻辑装置，以及安装在该主板上的主机处理器。可编程逻辑装置可操作以提供执行主机处理器的工作负载的虚拟装置。因此，本发明实现了一种可从主机侧访问的按需虚拟装置，并提供了市场所要求的一种能力。

Description

提供虚拟装置的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种信息处理设备，尤其涉及一种可编程逻辑装置，其可操作以提供虚拟装置来执行信息处理设备的工作负载。

背景技术

作为信息处理设备的示例的现代计算机在机箱/主板上配备有扩展槽，以增强计算机的扩展性。对于要求提供高性能或特殊硬件接口的服务器而言尤其如此，并且扩展装置(例如，以卡的形式)提供了有助于实现这些目标的附加功能。在市场上经常会发现服务器配备了多个扩展插槽，尤其是外围组件互连(PCI)插槽和PCIe(PCI协议)插槽。

在传统技术中，安装到扩展插槽的某些PCIe设备是为特殊目的而设计的，例如加密卡。这些专用设备中的许多都是基于入门级的现场可编程门阵列(FPGA)芯片的，因为它们的工作并不复杂，并且这些专用设备主要为计算机执行的计算任务提供硬件加速。但是，对计算机而言存在的挑战是，当外部扩展装置需要实现一个以上的附加功能时，计算机通常会缺少可用的扩展插槽。而且，购买这些外部扩展装置会增加计算机的总体成本。如果并没有一直使用扩展装置提供的附加功能的话，这尤其不值得。

发明内容

因此，本发明一方面提供一种信息处理设备，该信息处理设备包括主板、安装在主板上的可编程逻辑装置、以及安装在主板上的主机处理器。可编程逻辑装置适于由信息处理设备的用户编程以提供执行处理器工作负载的虚拟装置。

根据本发明的另一方面，提供了一种在信息处理设备上提供虚拟装置的方法。该方法包括以下步骤：提供安装在信息处理设备的主板上的可编程逻辑装置、配置可编程逻辑器件、以及由可编程逻辑装置提供虚拟装置，该虚拟装置执行安装在主板上的主机处理器的工作负载。

通过利用信息处理设备中已经存在的板载组件的备用能力来实现本来需要第三方扩展卡提供的某些功能，本发明从而为信息处理设备的用户提供了额外的选择，使得他们不必购买扩展卡，而是创建充当软件定义的加速器的虚拟装置。在本发明的某些实施例中，本发明利用服务器中的BMC和板上FPGA芯片的备用能力来实现从主机侧可访问的按需虚拟装置，并提供一种市场需求的能力。重要的是，由于加速器是由软件定义的，因此特别适合于售后目的，即可以向已经出售给最终用户的服务器添加新功能，而无需购买新硬件。

本发明提供的另一个优点是，由于消除了物理扩展卡，因此信息处理设备上的可用插槽的数量反过来被增加了，从而允许其他外围装置连接到信息处理设备。在传统的信息处理设备中，这显然是不可能的。在传统的信息处理设备中，用于硬件加速的扩展卡必须占据信息处理设备的机箱/主板上的一个或多个插槽。此外，由于本发明中的虚拟装置是通过可编程设备上的软件程序来实现的，因此可以提供具有不同加速功能的多个虚拟装置，用户可以根据需要选择它们，并且这些虚拟装置之间的切换只需将适当的程序下载到FPGA中(例如，使用按需功能(FOD)密钥)。这减轻了传统技术中用户必须手动交换物理扩展卡以获得不同功能的负担。

附图说明

通过以下优选实施例的描述，本发明的前述和进一步的特征将变得显而易见，所述优选实施例仅通过示例的方式结合附图提供，其中：

图1示出了根据本发明实施例的包含FPGA芯片和BMC的服务器。

图2显示了如何将FoD密钥提供给图1中的BMC，然后将FPGA程序文件传输到FPGA芯片。

图3示出了根据本发明另一实施例的在信息处理设备中通过FPGA和BMC来虚拟出一按需虚拟装置的方法的流程图。

图4示出了根据本发明另一实施例的与子板连接的服务器。

在附图中，对于本文所述的几个实施例而言，相似的数字表示相似的部件。

具体实施方式

现在参考图1，其示出了一种信息处理设备，该信息处理设备包含集成在该信息处理设备的主板(未示出)上的FPGA芯片24。如本领域技术人员所理解的，该实施例中的信息处理设备是服务器20，其适于处理请求并通过网络连接传递数据。服务器20包括主机22，其由一个或多个中央处理器(CPU)作为处理器，以及用于CPU的其他外围装置，诸如逻辑芯片组、存储器、存储装置等。以此方式，主机22是执行服务器20的如上所述功能的独立计算机。如本领域技术人员将理解的那样，主机22从物理上在服务器20的主板上实现，并且可选地还在连接到主板的其他硬件设备上实现。FPGA芯片24也安装在主板上，并且服务器20还包含位于主板上的基板管理控制器(BMC)26。

与BMC 26一样，FPGA芯片24是小型计算机，其功能与主机22分离，虽然它们都是服务器20的集成部分。FPGA芯片24是可编程的逻辑装置，在制造之后可以对其进行编程，甚至由服务器20的最终用户编程，使得FPGA芯片24适于处理广泛范围的工作负载。服务器20上的集成FPGA芯片24用于执行一些基本的FPGA功能，诸如系统电源控制、硬件控制等，但是FPGA芯片24还包含备用逻辑元件和存储块，其不被这些基本功能使用。FPGA芯片24包含诸如计算单元、输入/输出(I/O)单元和存储单元之类的功能单元，如本领域技术人员所理解的，它们均由可配置逻辑块、可配置I/O块和可编程互连来实现。在该实施例中，FPGA 24通过通用串行总线(USB)链路28连接到主机22。

另一方面，BMC 26是服务器20中的专用服务处理器，其使用传感器监视服务器20的物理状态并通过独立的连接与系统管理员通信。BMC 26经由PCIe链路30连接到主机22。BMC26既包含具体为随机存取存储器(RAM)34的易失性存储器，又包含具体为闪存28的非易失性存储器。BMC 26进一步由串行外围装置接口总线(SPI)链路32被连接到FPGA芯片24。通过利用BMC 26中的非易失性存储器和易失性存储器，FPGA芯片24能够形成独立的嵌入式系统来实现硬件加速用于主机22，如下面将详细描述的。因此，在该实施例中，BMC 26用作与FPGA芯片24一起工作以实现虚拟装置的补充装置。

上面描述的实施例包括在信息处理设备中实现软件定义的加速器的必要硬件组件，通过该软件组件可以将计算的某些部分转移到FPGA。该说明书的下一部分将关于使机载虚拟装置能够实现软件定义的加速器的工作流的实施例，如图3所示。应当注意，尽管图3所示的方法可以应用于图1中的服务器，这并不旨在进行限制，并且可以将图3所示的方法应用于具有不同硬件配置的所有其他信息处理设备。但是，为了便于描述，为了便于理解，将基于图1中的服务器进行以下描述。

该方法从图3中的步骤100开始，其中服务器20的用户选择启用由FPGA芯片24实现的按需虚拟装置。这在图2中示出，其中存在多个FoD密钥34a、34b和34c可供用户选择。作为激活键，每个FoD密钥34a、34b、34c用于启用不同的按需虚拟装置，从而执行不同的软件加速功能，并且由用户选择他/她将想哪个按需虚拟装置在这个时候激活。由用户选择的FoD密钥可以由用户在BMC 26的图形用户界面上作为文本字段中的纯文本输入，或者可以由用户使用屏幕上的按钮、下拉列表等，使得BMC 26为用户提供多个按需虚拟装置，以供用户在BMC 26的图形用户界面上进行选择。

一旦选择了FoD密钥，则BMC 26在步骤102中将相应的FPGA程序文件加载到闪存28中，其中FPGA芯片24从中读取程序。图2示出了示例性配置，其中，用户选择了FoD密钥34a，然后将对应的FPGA程序36a加载到BMC 26的闪存28中，然后由FPGA芯片24读取以对FPGA芯片24进行编程。应注意，每个按需虚拟装置都与一个单独的FPGA程序文件相关，该文件包含服务器20的基本FPGA功能以及按需功能，因此，对于所有FPGA程序文件，它们部分包含相同的内容(即基本的FPGA功能)。对于图2中的FoD密钥34b/34c，它们还具有自己的对应FPGA程序(未显示)。用于按需虚拟装置的所有FPGA程序文件都预先存储在服务器20中，可以由BMC26访问，或者可以由BMC 26立即从网络(未显示)下载FPGA程序文件。

接下来，当FPGA程序36a已经被加载到BMC 26的闪存28中并且又被FPGA芯片24读取时，FPGA程序36a从BMC 26到FPGA芯片24的传输完成，并且FPGA芯片24的编程也完成。然后，BMC 26重新启动FPGA芯片24，从而后者可以开始提供基本的FPGA功能。从启用虚拟装置到FPGA芯片24重启结束的时间内，BMC 26将服务器20设置为维护模式，该模式不允许用户采取任何电源操作。维护模式主要用于防止服务器20意外关闭电源的事件，其可能会在重启FPGA芯片24时损坏FPGA芯片24。

然而，为了使由FPGA芯片24实现的按需虚拟装置对服务器20的操作系统可见，必须采取额外的步骤，特别是在步骤106中，在FPGA芯片重新启动之后，BMC 26会自动安装一个图像文件(未显示)，该图像文件包含所有受支持的操作系统的虚拟装置驱动程序，并提示用户重新启动服务器20(包括其操作系统)。当服务器20再次重新启动时，在步骤108中，用户打开自动安装的图像，并为操作系统上由FoD密钥34a选择的按需虚拟装置安装正确的设备驱动程序，然后再次启动服务器20。最终，在步骤110中，按需虚拟装置的创建完成，并且虚拟装置现在准备好可以被使用。

虚拟装置对操作系统来说就像常规的物理装置一样(例如，以扩展卡的形式)，并且可以利用FPGA芯片24的备用计算能力为服务器20的主机22提供加速。这种虚拟装置是基于硬件(即，该实施例中的FPGA芯片24和BMC 26)提供(或模拟)的，但是其功能由FPGA程序(即软件)定义。简而言之，由此形成的虚拟装置是提供硬件加速但由软件定义的加速器。在虚拟装置提供的硬件加速的辅助下，服务器20中的主机22的工作负载得到了减轻。

可以根据实际功能要求主机通过USB链路28(参见图1)、PCIe链路30或两者同时来访问图2中的虚拟装置。换句话说，将软件定义的加速器模拟为经由硬件端口连接到信息处理设备的虚拟外围装置。取决于软件定义的加速器的类型，虚拟装置可以使用主机22与虚拟装置之间的一个或多个系统总线/通道灵活地与主机22通信。

在图3中的步骤110之后，如果在使用了所创建的虚拟装置一段时间之后，用户想要切换到不同的按需虚拟装置，则用户仅需要重新进行一次图3所示的过程即可，并选择其他FoD密钥以启用其他的按需虚拟装置。

图4示出了本发明的另一个实施例，其中服务器220包含主机222、FPGA芯片224和BMC 226，类似于图1和2中所示的那些。但是，存在小的子板238，其通过主板上的特殊插槽(未示出)连接到服务器220。子板238提供进一步的计算能力来辅助FPGA芯片224，否则该FPGA芯片224将没有足够的备用能力来单独实现由复杂的虚拟装置支持。

因此，上面充分描述了本发明的示例性实施方式被充分描述。尽管该描述涉及特定的实施例，但是对于本领域的技术人员，可以通过改变这些具体细节来实践本发明将是显而易见的。因此，本发明不应被解释为限于本文阐述的实施例。

虽然已经在附图和前面的描述中详细示出和描述了本发明，但是本发明应被认为是示例性的，而不是限制性的，应理解，仅示出和描述了示例性实施例，并且不以任何方式限制本发明的范围。可以理解，本文描述的任何特征可以与任何实施例一起使用。说明性实施例并不彼此排斥，也不排斥本文未列举的其他实施例。因此，本发明还提供了包括上述一个或多个说明性实施例的组合的实施例。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行修改和变型，因此，仅应施加所附权利要求书中指出的这种限制。

作为示例，尽管图2的实施例示出了三个可供用户选择的FoD密钥，但是本发明不限于这种特定数量的密钥或虚拟装置。根据实际要求，可能只有一个密钥/虚拟装置可供用户选择，或者可能还有其他数量的。

另外，上述的实施例利用了信息处理设备中的BMC与FPGA芯片协作以实现虚拟装置，而BMC提供RAM和非易失性存储器。本领域技术人员应该意识到，信息处理设备的其他组件也可以用作补充装置，以向FPGA芯片提供必要的易失性和非易失性存储器，以实现虚拟装置。

Claims

1.一种信息处理设备，包括：

a)主板；

b)安装在所述主板上的可编程逻辑装置；以及

c)安装在所述主板上的主机处理器；

其中，所述可编程逻辑装置可操作以提供执行所述主机处理器的工作负载的虚拟装置。

2.根据权利要求1所述的信息处理设备，还包括补充装置，所述补充装置与所述可编程逻辑装置进行数据通信，以为所述可编程逻辑装置提供存储。

3.根据权利要求2所述的信息处理设备，其中，所述可编程逻辑装置适于接收存储在所述补充装置中的程序以提供所述虚拟装置。

4.根据权利要求3所述的信息处理设备，其中，所述补充装置被配置为在将与激活密钥相对应的程序提供给所述可编程逻辑装置之前，接收该激活密钥。

5.根据权利要求1所述的信息处理设备，其中，所述虚拟装置被模拟为经由硬件端口连接到所述信息处理设备的虚拟外围装置。

6.根据权利要求5所述的信息处理设备，其中，为所述虚拟外围装置模拟的硬件端口是通用串行总线(USB)或外围组件互连协议(PCIe)端口。

7.根据权利要求1所述的信息处理设备，其中，所述可编程逻辑装置是机载现场可编程门阵列(FPGA)。

8.根据权利要求2所述的信息处理设备，其中，所述补充装置是基板管理控制器(BMC)。

9.根据权利要求2所述的信息处理设备，其中，所述补充装置是经由网络通信地耦合至所述可编程逻辑装置的远程装置。

10.根据权利要求1所述的信息处理设备，其中，所述可编程逻辑装置可操作以提供多个虚拟装置以执行相应的主机功能。

11.一种在信息处理设备上提供虚拟装置的方法，该方法包括以下步骤：

a)提供安装在所述信息处理设备的主板上的可编程逻辑装置；

b)配置所述可编程逻辑器件；以及

c)由所述可编程逻辑装置提供虚拟装置，所述虚拟逻辑装置执行安装在所述主板上的主机处理器的工作负载。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述编程步骤还包括以下步骤：将存储在所述信息处理设备的补充装置中的程序发送到所述可编程逻辑装置。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括在所述传输步骤之前的激活步骤；其中，在激活步骤中，将用于虚拟装置的激活密钥提供给信息处理设备。

14.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：在由所述可编程逻辑装置提供虚拟装置之后，在所述信息处理设备的操作系统中安装用于虚拟装置的装置驱动器。

15.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括由所述可编程逻辑装置切换到另一虚拟装置的步骤，其进一步包括以下步骤：使用用于所述另一虚拟装置的程序来重新配置所述可编程逻辑装置。