CN113709066B - 一种PCIe通信装置及BMC - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PCIe通信装置及BMC，该PCIe通信装置包括：一级上游接口单元，用于与本地主机连接；二级上游接口单元，用于与远程主机连接；下游接口单元，用于通过通信接口与PCIe设备连接；交换矩阵单元，用于转发一级上游接口单元与对应的下游接口单元之间的PCIe通信报文和/或二级上游接口单元与对应的下游接口单元之间的PCIe通信报文；本发明利用二级上游接口单元与远程主机连接，实现远程跨节点的PCIe互联扩展；通过交换矩阵单元转发一级上游接口单元和/或二级上游接口单元与各自对应的下游接口单元之间的PCIe通信报文，能够实现PCIe设备的动态切换，节省了运维成本，提升了PCIe设备的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及服务器应用技术领域，特别涉及一种PCIe通信装置及BMC。
背景技术
随着服务器应用领域的不断发展，高端服务器的应用需求已经进入了一个重要阶段。复杂的体系结构实现支持高端服务器系统实现高性能指标，即高安全性、高可用性和高可靠性等特点。其中，BMC(Baseboard Management Controller，基板管理控制器)作为服务器的带外管理系统，对于服务器系统的稳定运行、维护、管理、系统升级和远程监控等功能都具备不可取代的作用。
随着服务器系统复杂度和性能的不断提升，对于BMC的带外管理系统的资源需求也越来越高，但是另一方面，服务器系统的高速PCIe(Peripheral ComponentInterconnect Express，外围组件互连快速接口)接口资源受处理器规模和成本的限制，很难有较大数量的提升，因此需要通过本地扩展交换芯片进行额外的接口扩展。
而在当今服务器更广泛的应用于云计算的场景下，PCIe设备(例如GPU)往往为很多应用所需要，当一个服务器主机下挂载的PCIe设备不被此服务器所使用的时候，很难快速便捷的切换到其他有使用需求的服务器下为其所使用，导致运维成本非常高昂。因此，如何能够实现远程跨节点的PCIe互联扩展，实现PCIe设备的动态切换，节省运维成本，提升PCIe设备的利用率，是现今急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种PCIe通信装置及BMC，以实现远程跨节点的PCIe互联扩展，实现PCIe设备的动态切换，节省运维成本，提升PCIe设备的利用率。
为解决上述技术问题，本发明提供一种PCIe通信装置，包括：
一级上游接口单元，用于与本地主机连接；
二级上游接口单元，用于与远程主机连接；
下游接口单元，用于通过通信接口与PCIe设备连接；
交换矩阵单元，用于转发所述一级上游接口单元与对应的下游接口单元之间的PCIe通信报文和/或所述二级上游接口单元与对应的下游接口单元之间的PCIe通信报文。
可选的，所述通信接口包括远程接口和本地接口。
可选的，所述远程接口具体为远程高速光接口。
可选的，所述交换矩阵单元具体用于利用链路配置信息表，将所述一级上游接口单元和/或所述二级上游接口单元发送的PCIe通信报文转发到各自对应的下游接口单元，以及将每个所述下游接口单元发送的PCIe通信报文转发到各自对应的一级上游接口单元或任一二级上游接口单元。
可选的，该装置还包括：
管控单元，用于配置每个目标PCIe设备与所述本地主机或任一目标远程主机的PCIe通信链路，以完成所述目标PCIe设备与各自对应的本地主机或任一目标远程主机的绑定；其中，每个所述目标PCIe设备为任一所述下游接口单元连接的一个所述PCIe设备，每个所述目标远程主机为任一所述二级上游接口单元连接的一个所述远程主机。
可选的，所述管控单元具体用于配置每个所述二级上游接口单元各自对应的一个远程主机、每个所述下游接口单元各自对应的一个PCIe设备和每个所述下游接口单元各自对应的一级上游接口单元或一个二级上游接口单元。
可选的，当前下游接口单元具体用于在配置到与所述一级上游接口单元相对应时，向所述本地主机发送PCIe设备热插入对应的中断请求，以控制所述本地主机驱动加载当前PCIe设备；其中，当前下游接口单元为任一所述下游接口单元，当前PCIe设备为当前下游接口单元对应的PCIe设备。
可选的，当前下游接口单元还用于在所述本地主机驱动加载当前PCIe设备后，根据所述管控单元的配置解绑指令，向所述本地主机发送PCIe设备热拔出对应的中断请求，以控制所述本地主机解绑当前PCIe设备。
可选的，所述管控单元具体用于根据BMC的带外管理系统发送的配置指令，配置所述PCIe通信链路。
此外，本发明还提供了一种BMC，包括：如上述所述的PCIe通信装置。
本发明所提供的一种PCIe通信装置，包括：一级上游接口单元，用于与本地主机连接；二级上游接口单元，用于与远程主机连接；下游接口单元，用于通过通信接口与PCIe设备连接；交换矩阵单元，用于转发一级上游接口单元与对应的下游接口单元之间的PCIe通信报文和/或二级上游接口单元与对应的下游接口单元之间的PCIe通信报文；
可见，本发明利用二级上游接口单元与远程主机连接，实现远程跨节点的PCIe互联扩展；利用交换矩阵单元转发一级上游接口单元和/或二级上游接口单元与各自对应的下游接口单元之间的PCIe通信报文，实现PCIe设备与各自对应的本地主机或远程主机的PCIe通信，从而能够利用软件系统自动实现PCIe设备的动态切换，节省了运维成本，提升了PCIe设备的利用率。此外，本发明还提供了一种BMC，同样具有上述有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的一种PCIe通信装置的结构框图；
图2为本发明实施例所提供的另一种PCIe通信装置的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的一种PCIe互联系统的结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的另一种PCIe通信装置的总线配置示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种PCIe通信装置的结构框图。该PCIe通信装置可以包括：
一级上游接口单元10，用于与本地主机连接；
二级上游接口单元20，用于与远程主机连接；
下游接口单元30，用于通过通信接口40与PCIe设备连接；
交换矩阵单元50，用于转发一级上游接口单元10与对应的下游接口单元30之间的PCIe通信报文和/或二级上游接口单元20与对应的下游接口单元30之间的PCIe通信报文。
可以理解的是，本实施例中的一级上游接口单元10可以与本地主机(如服务器)连接，如图2所示，一级上游接口单元10(本地一级Upstream)可以通过PCIe接口连接到本地主机上的PCIe根接口(主机root接口)；二级上游接口单元20可以与远端的远程主机(如服务器)连接；下游接口单元30可以通过通信接口40与PCIe设备连接；交换矩阵单元50可以分别与一级上游接口单元10、二级上游接口单元20和下游接口单元30连接，根据配置的PCIe通信链路，转发一级上游接口单元10和二级上游接口单元20与各自对应的下游接口单元30之间的PCIe通信报文。
具体的，对于本实施例中交换矩阵单元50连接的二级上游接口单元20和下游接口单元30的具体数量设置，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如图2所示，下游接口单元30的数量可以为32(Downstream 0-Downstream 31)，二级上游接口单元20(二级Upstream)的数量可以为1，以使该二级上游接口单元20连接的远程主机可以为通过与对应的下游接口单元30连接的PCIe设备进行PCIe通信。
其中，本实施例中的通信接口40可以为实现下游接口单元30与对应的PCIe设备连接的接口，对于通信接口40的具体类型，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如通信接口40可以包括本地接口，也就是说，下游接口单元30可以通过本地接口(如PCIe电气接口)与本地PCIe设备(即属于本地主机使用所有的PCIe设备)连接；如图2所示，下游接口单元30可以通过传统的PCIe电气接口与本地PCIe设备连接。通信接口40也可以包括远程接口，也就是说，下游接口单元30可以通过远程接口(如高速网络接口和/或远程高速光接口)与远程的PCIe设备连接，从而有效扩展了传统PCIe电气接口连接时受到距离和速率的限制。如图2所示，通信接口40可以包括本地接口和远程接口，以使下游接口单元30不仅可以通过本地接口连接到本地PCIe设备，还可以通过远程接口连接到远程的PCIe设备，从而使本地主机能够跨节点的远程连接PCIe设备。
对应的，如图2所示，上述远程接口可以具体为远程高速光接口，用以连接远程的PCIe设备，如远端的服务器的PCIe设备；由于远程高速光接口不同于传统的PCIe电接口，采用自定义的高速光接口形式，能够有效扩展传统PCIe电气接口连接时受到距离和速率的限制，同时也不同于高速网络接口，能够提供更加可靠和高效的传输质量，满足PCIe通信对高带宽的需要。
具体的，上述本地接口和远程接口的具体数量，可以由设计人员根据使用场景和用户需求自行设置，如可以根据需要配置通讯的远程的PCIe设备的数量对应设置远程接口，根据配置通讯的本地PCIe设备的数量对应设置本地接口，本实施例对此不做任何限制。
需要说明的是，交换矩阵单元50具体用于利用链路配置信息表，将一级上游接口单元10和/或二级上游接口单元20发送的PCIe通信报文转发到各自对应的下游接口单元30，以及将每个下游接口单元30发送的PCIe通信报文转发到各自对应的一级上游接口单元10或任一二级上游接口单元20；也就是说，每个下游接口单元30可以配置与一个上游接口单元(即一级上游接口单元10或任一二级上游接口单元20)相对应，使该下游接口单元30连接的一个PCIe设备能够与对应的上游接口单元连接的主机(即本地主机或远程主机)建立PCIe通信链路。
对应的，本实施例所提供的PCIe通信装置还可以包括管控单元，用于配置每个目标PCIe设备与本地主机或任一目标远程主机的PCIe通信链路，以完成目标PCIe设备与各自对应的本地主机或任一目标远程主机的绑定；其中，每个目标PCIe设备为任一下游接口单元30连接的一个PCIe设备，每个目标远程主机为任一二级上游接口单元20连接的一个远程主机；例如管控单元可以通过在寄存器中配置上述链路配置信息表，配置每个目标PCIe设备与本地主机或任一目标远程主机的PCIe通信链路。
具体的，管控单元可以具体用于配置每个二级上游接口单元20各自对应的一个远程主机、每个下游接口单元30各自对应的一个PCIe设备和每个下游接口单元30各自对应的一级上游接口单元10或一个二级上游接口单元20，以实现每个目标PCIe设备与本地主机或任一目标远程主机的PCIe通信链路的配置。
进一步的，本实施例所提供的PCIe通信装置可以设置在BMC中，以使本地主机能够利用自身的BMC实现PCIe接口扩展，避免了额外的PCIe交换芯片的使用，降低成本消耗；相应的，管控单元可以具体用于根据BMC的带外管理系统发送的配置指令，配置PCIe通信链路。PCIe通信装置也可以设置在与本地主机连接的PCIe交换芯片中，本实施例对此不做任何限制。
具体的，如图2所示，PCIe通信装置设置在BMC中时，若下游接口单元30(downstream 0)连接挂载的PCIE设备为本地PCIe设备，则本地主机可以通过BMC的带外管理系统控制管控单元配置交换矩阵单元50与downstream0的路由信息到本地接口，使本地主机与本地接口下挂载的PCIe设备可以完成通信链路的建立。
对应的，如图2所示，本地主机发送目标为本地PCIe设备的PCIe报文时，首先PCIe报文可以通过一级上游接口单元10(本地一级Upstream)，一级上游接口单元10识别到报文路由为下游设备时，将该PCIe报文发送给交换矩阵单元50，并标记路由信息(如目的PCIe设备信息)；交换矩阵单元50可以根据链路配置信息表，可知此PCIe报文是Downstream 0(即下游接口单元30)时，通过交换开关将此PCIe报文发往Downstream 0；下Downstream0收到此PCIe报文后，根据配置信息可知此PCIe报文是去往本地接口的PCIe设备，可以转发此PCIe报文到本地接口，通过本地接口将此PCIe报文发送给本地挂载的PCIe设备。
相应的，如图2所示，本地PCIe设备向本地主机发送PCIe报文时，通过本地接口将PCIe报文发送至对应的Downstream 0(即下游接口单元30)，经Downstream 0将PCIe报文转发到交换矩阵单元50，并标记路由信息；交换矩阵单元50可以根据链路配置信息表，可知此PCIe报文是发往一级上游接口单元10(本地一级Upstream)，再经一级上游接口单元10发往本地主机的PCIe root接口。
可以理解的是，本实施例中下游接口单元30连接的PCIe设备不仅可以提供给本地主机使用，也可以提供给远程主机使用。如图3所示，当S0.card(即PCIe设备)为Server 0(即本地主机)使用时，如上述PCIe通路构建与通信过程所示，本地的S0.card可以通过S1.D2(即下游接口单元30)、S0.SW(即交换矩阵单元50)、S0.U1(即一级上游接口单元10)与Server 0进行PCIe通信。当S0.card需要为Server 1(即远程主机)使用时，则需要配置构建Server 1到S0.card的PCIe通信链路；Server 1发送PCIe报文到S0.card时，首先通过S1.U1(即Server 1的一级上游接口单元10)将PCIe报文发往S2.SW(即Server 1的交换矩阵单元50)，并标记路由；S2.SW根据配置信息将此报文发往对应的S1.D1(即Server 1的下游接口单元30)，S1.D1根据配置信息识别此路由为发往远程的PCIe报文，S1.D1将通过远程接口此报文转发到S0.U2(即Server 0的二级上游接口单元20)，S0.U2转发此报文到S0.SW，S0.SW根本路由信息再转发的到对应的S0.D2，S0.D2再根据配置信息和路由信息将此报文通过本地接口转发到S0.Card。而S0.Card发送PCIe报文到Server 1的过程与上述过程类似，采用相同的通路，反方向发送PCIe报文到Server 1中，本实施例对此不做任何限制。同样的，采用与上述过程类似的方式S1.Card也可以提供给Server 0使用，本实施例对此不做任何限制。
对应的，在上述的S0.Card与Server 1的PCIe通信通路上，S1.U1、S1.SW、S1.D1、S0.U2、S0.SW、S0.D2共同够成了一个PCIe桥设备，其中，S1.U1作为桥设备的上游端口形式呈现，S1.D1作为桥设备的下游端口形式呈现，后面的S0.U2、S0.SW和S0.D2共同根据系统配置为传输通路的形式出现。
需要说明的是，对于多个主机组成的PCIe互联系统，如图3所示的两个主机的互联PCIe系统，在实际应用中若每个主机中下游接口单元30的数量为32，则可以构成高达32个主机的组成的PCIe互联系统，每个主机的下游接口单元30挂载PCIe设备可以根据配置需求提供给系统中任意一台主机使用。而多主机系统初始化的时候，每个主机可以分别作为本地主机，其PCIe根(root)设备会遍历自己的下游接口单元30挂载PCIe设备的情况。当主机发起PCIe遍历请求时，一级上游接口单元10响应主机请求，被主机配置为初级总线号可以为0，二级总线号可以为1；各个下游接口单元30响应本地主机请求，被主机配置为初级总线号＝1，二级总线号＝2～33(分别对应32个下游接口单元30)；主机向各个下游接口单元30下方继续进行遍历时，下游端口可以回复主机没有任何设备挂载。
对应的，按照以上的初始化本地主机的PCIe遍历结果，如图4所示，每个主机可以看到的PCIe结构为一个1级总线桥下面挂载了32个2级总线桥，各个2级桥设备下方没有挂载任何设备。而采用上述过程设计初始化，不挂载任何设备是为了PCIe设备动态灵活加载的需要，待初始化完成后，根据配置要求，可以灵活的将各个实际存在的PCIe设备挂载到指定的主机下的PCIe总线系统中，绑定该PCIe设备与指定的主机。
相应的，在各个主机初始化完成后，系统管控可以对各个主机使用的PCIe设备进行配置分配，使各个主机能够识别到挂载到自己的PCIe总线系统下方的PCIe设备，完成PCIe设备和对应主机的绑定。
如图3所示，如果S0.Card被配置为Server 0使用，那么在配置完成后，首先S0.D2可以模拟S0.Card的行为，发出一个中断请求到Server 0，Server 0收到中断请求后，查询S0.D2的桥配置空间后，发现桥设备下游总线上存在设备，继续发送PCIe查询访问下游S0.Card设备配置空间，发现S0.Card设备，读取设备属性，加载驱动，完成S0.Card这个PCIe设备与Server 0的绑定。此后，Server 0的应用程序可以通过主机驱动和PCIe通信链路正常访问和使用S0.Card。
相应的，如图3所示，如果S0.Card被配置为Server 1使用，那么在配置完成后，首先由S1.D1可以模拟S0.Card的行为，发出一个中断请求到Server 1，Server 1收到中断请求后，查询S1.D2的桥配置空间后，发现桥设备下游总线上存在设备，继续发送PCIe查询，通过S0.U2、S0.SW和S0,D1这个通路，访问S0.Card设备配置空间，发现S0.Card设备，读取设备属性，加载驱动，完成S0.Card这个PCIe设备与Server 1的绑定。
也就是说，当前下游接口单元30可以具体用于在配置到与一级上游接口单元10相对应时，向本地主机发送PCIe设备热插入对应的中断请求，以控制本地主机驱动加载当前PCIe设备；其中，当前下游接口单元30为任一下游接口单元30，当前PCIe设备为当前下游接口单元30对应的PCIe设备(如本地PCIe设备或远程的PCIe设备)。
对应的，当一个PCIe设备与某个主机绑定使用完成后，希望这个PCIe设备被其他的主机使用时，本实施例中可以通过带外管理系统的远程配置，快速完成PCIe设备从一个主机卸载到绑定到另外一个主机的操作。
如图3所示，当S0.Card最初绑定在Server 0(即本地主机)的总线下使用时，使用完成后，Server 0发送完成使用信息给带外管理系统，带外管理系统发送配置命令到对应的配置单元，配置单元向S0.D2发送配置解绑指令，控制S0.D2模拟S0.Card热拔出操作，发出的对应的中断请求给Server 0，Server 0可以按照PCIe热拔出的协议标准流程查询与重新配置S0.D2的桥配置空间后，完成S0.Card与Server 0主机的解绑定操作。在此操作完成后，S0.Card希望被绑定在Server 1的总线下被Server 1所使用，那么按照可以安装上述绑定操作流程重新挂载到Server 1的总线下面，完成Server 1与S0.Card的绑定。
也就是说，当前下游接口单元30还可以用于在本地主机驱动加载当前PCIe设备后，根据管控单元的配置解绑指令，向本地主机发送PCIe设备热拔出对应的中断请求，以控制本地主机解绑当前PCIe设备。
本实施例中，本发明实施例利用二级上游接口单元20与远程主机连接，实现远程跨节点的PCIe互联扩展；利用交换矩阵单元50转发一级上游接口单元10和/或二级上游接口单元20与各自对应的下游接口单元30之间的PCIe通信报文，实现PCIe设备与各自对应的本地主机或远程主机的PCIe通信，从而能够利用软件系统自动实现PCIe设备的动态切换，节省了运维成本，提升了PCIe设备的利用率。
相应于上面的装置实施例，本发明实施例还提供了一种BMC，下文描述的一种BMC与上文描述的一种PCIe通信装置可相互对应参照。
本发明实施例提供了一种BMC，包括：如上述实施例所提供的PCIe通信装置。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的BMC而言，由于其与实施例公开的装置相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本发明所提供的一种PCIe通信装置及BMC进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种PCIe通信装置，其特征在于，包括：
一级上游接口单元，用于与本地主机连接；
二级上游接口单元，用于与远程主机连接；
下游接口单元，用于通过通信接口与PCIe设备连接；
交换矩阵单元，用于转发所述一级上游接口单元与对应的下游接口单元之间的PCIe通信报文和/或所述二级上游接口单元与对应的下游接口单元之间的PCIe通信报文。
2.根据权利要求1所述的PCIe通信装置，其特征在于，所述通信接口包括远程接口和本地接口。
3.根据权利要求2所述的PCIe通信装置，其特征在于，所述远程接口具体为远程高速光接口。
4.根据权利要求1所述的PCIe通信装置，其特征在于，所述交换矩阵单元具体用于利用链路配置信息表，将所述一级上游接口单元和/或所述二级上游接口单元发送的PCIe通信报文转发到各自对应的下游接口单元，以及将每个所述下游接口单元发送的PCIe通信报文转发到各自对应的一级上游接口单元或任一二级上游接口单元。
5.根据权利要求1至4任一项所述的PCIe通信装置，其特征在于，还包括：
管控单元，用于配置每个目标PCIe设备与所述本地主机或任一目标远程主机的PCIe通信链路，以完成所述目标PCIe设备与各自对应的本地主机或任一目标远程主机的绑定；其中，每个所述目标PCIe设备为任一所述下游接口单元连接的一个所述PCIe设备，每个所述目标远程主机为任一所述二级上游接口单元连接的一个所述远程主机。
6.根据权利要求5所述的PCIe通信装置，其特征在于，所述管控单元具体用于配置每个所述二级上游接口单元各自对应的一个远程主机、每个所述下游接口单元各自对应的一个PCIe设备和每个所述下游接口单元各自对应的一级上游接口单元或一个二级上游接口单元。
7.根据权利要求5所述的PCIe通信装置，其特征在于，当前下游接口单元还用于在配置到与所述一级上游接口单元相对应时，向所述本地主机发送PCIe设备热插入对应的中断请求，以控制所述本地主机驱动加载当前PCIe设备；其中，当前下游接口单元为任一所述下游接口单元，当前PCIe设备为当前下游接口单元对应的PCIe设备。
8.根据权利要求7所述的PCIe通信装置，其特征在于，当前下游接口单元具体用于在所述本地主机驱动加载当前PCIe设备后，根据所述管控单元的配置解绑指令，向所述本地主机发送PCIe设备热拔出对应的中断请求，以控制所述本地主机解绑当前PCIe设备。
9.根据权利要求5所述的PCIe通信装置，其特征在于，所述管控单元具体用于根据BMC的带外管理系统发送的配置指令，配置所述PCIe通信链路。
10.一种BMC，其特征在于，包括：如权利要求1至9任一项所述的PCIe通信装置。
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