CN116225541A - 一种带内cpu与带外管理bmc通信的方法及通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种带内CPU与带外管理BMC通信的方法及通信系统，属于服务器通信技术领域。本发明方法包括如下步骤：BIOS初始化；带内CPU获取带外管理BMC的第一指令；进入SMM模式，访问带外管理BMC的共享内存内的通信资源；加载运行通信资源中的载荷，输出结果到共享内存；正常运行进入SMM模式前中断的任务。本发明的有益效果为：带内CPU直接访问共享内存，调用共享内存中的载荷，运行后将数据直接存储在共享内存，而带外管理BMC可以直接访问自身的内存获取通信数据，从而通信稳定可靠。

Description

一种带内CPU与带外管理BMC通信的方法及通信系统
技术领域
本发明涉及一种服务器通信技术，尤其涉及一种带内CPU与带外管理BMC通信的方法及通信系统。
背景技术
目前英特尔X86服务器上带内CPU与带外管理BMC(BaseboardManagementController,基板管理控制器)通过诸如KCS、USB、I2C等物理总统连接在一起，在刚开机启动阶段，BIOS与带外管理BMC通信；在进入OS后，OS操作系统与带外管理BMC通信。
为了增加带外管理BMC的带内管理能力，通常的做法是进入OS后，手动安装特定OS操作系统下的应用程序按照约定的协议与带外管理BMC通信。
这种做法存在如下问题：
1、两者不能稳定可靠地通信，从而导致最终用户可能不会、不愿意、甚至忘记安装特定操作系统下的应用程序；
2、由于带外管理BMC和特定操作系统下的应用程序都需要不断轮询，不能做到按需、异步通信，从而通信效率低下；
3、维护复杂，因为特定操作系统下的应用程序，需要额外提供操作手册到最终用户，最终用户根据操作手册进行操作及维护，对人员要求高，需要用户具有一定的专业知识。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供一种带内CPU与带外管理BMC通信的方法，还提供一种实现所述方法的通信系统。
本发明带内CPU与带外管理BMC通信的方法包括如下步骤：
S1：BIOS初始化；
S2：带内CPU获取带外管理BMC的第一指令；
S3：进入SMM模式，访问带外管理BMC的共享内存内的通信资源；
S4：加载运行通信资源中的载荷，输出结果到共享内存；
S5：正常运行进入SMM模式前中断的任务。
本发明作进一步改进，步骤S1中，还包括带外管理BMC初始化步骤，所述带外管理BMC初始化步骤包括如下子步骤：
带外管理BMC创建共享内存；
准备通信资源并放入共享内存。
本发明作进一步改进，还包括带外管理BMC获取数据步骤：在所述带外管理BMC初始化执行后的设定时间，访问所述共享内存，获取结果数据。
本发明作进一步改进，所述共享内存包括：SMM应用程序描述区、SMM应用程序主体区、SMM应用程序参数区，其中，
所述SMM应用程序描述区设有描述区有效信息、主体区描述信息和参数区描述信息；
所述SMM应用程序主体区设有入口程序和有效载荷；
所述SMM应用程序参数区设有输入参数区，用于存储有效载荷运行的参数，及输出参数区，用于存储有效载荷运行过程中输出的结果。
本发明作进一步改进，步骤S2中，所述带内CPU与带外管理BMC之间通过PCIE总线连接，所述带内CPU的ACPI相关引脚与带外管理BMC的关机引脚相连，所述带外管理BMC通过所述带外管理BMC的关机指令发送第一指令。
本发明作进一步改进，步骤S4中，所述带内CPU进入SMM模式后，访问共享内存的方法为：
首先，读取所述SMM应用程序描述区的主体区描述信息，决定是否运行共享内存中的所述SMM应用程序主体区中的应用程序，如果要运行，经过合法性验证后，从参数区读取输入参数区的参数，运行所述SMM应用程序主体区的程序，最后将结果写入所述SMM应用程序参数区的输出参数区。
本发明作进一步改进，步骤S4中，在所述带内CPU进入SMM模式前，把当前运行上下文信息保存至SMMRAM中，带内CPU指向所述SMM应用程序主体区，从所述SMM应用程序主体区读取运行主体区入口程序，主体区入口程序修改保存到SMMRAM中的运行上下文，
带内CPU退出SMM返回到OS操作系统后，先运行所述SMM应用程序主体区的有效载荷，在运行完有效载荷后通过修改后的运行上下文，跳转到之前被SMM模式打断的任务代码处。
本发明还提供一种实现所述带内CPU与带外管理BMC通信的方法的通信系统，包括通过数据线相连的带内CPU与带外管理BMC，所述带内CPU包括：
初始化模块：用于BIOS初始化；
接收模块：用于带内CPU获取带外管理BMC的第一指令；
执行模块：用于进入SMM模式，访问带外管理BMC的共享内存内的通信资源；
运行输出模块：加载运行通信资源中的载荷，输出结果到共享内存；
中断恢复模块：用于正常运行进入SMM模式前中断的任务。
本发明作进一步改进，所述带外管理BMC包括：
第一指令发送模块：用于向所述带内CPU发送第一指令；
带外管理BMC初始化模块：用于创建共享内存及将通信资源并放入共享内存；
通信资源管理模块：用于准备或释放管理资源。
本发明作进一步改进，所述带外管理BMC还包括结果获取模块：用于访问所述共享内存，获取运行数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、无需额外增加带内CPU与带外管理BMC物理通信线路，不增加硬件成本；
2、基于SMM和共享内存技术，带内CPU直接访问共享内存，调用共享内存中的载荷，运行后将数据直接存储在共享内存，而带外管理BMC可以直接访问自身的内存获取通信数据，从而通信稳定可靠；
3、带内CPU与带外管理BMC通信,无需轮训，可按需触发通信，效率高；
4、只需要用户通过设定方式触发两者通信，通信全程自动化运行，用户无感知，使用方便，维护成本低。
附图说明
图1为本发明带内CPU与带外管理BMC通信示意图；
图2为本发明方法流程图；
图3为带外管理BMC处理流程图；
图4为共享内存结构示意图；
图5为带内CPU处理流程图；
图6为中断处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明服务器的带内CPU与带外管理BMC(以下简称BMC)连接如图1所示，其中，Intel SkylakeCPU0就是带内CPU，AspeedAST2500就是BMC。带内CPU与BMC物理上通过PCIE总线连接，对带内CPU来说，ACPIGPIO是输入，对BMC来说，ACPIGPIO是输出。
BIOS(基本输入输出系统，为个人电脑或者服务器上的基本启动程序)是一个软件，在完成对带内CPU进行初始化后，加载OS操作系统。进入OS操作系统后，BIOS提供的运行时服务仍然起作用，BMC管理软件运行在BMC上。
如图2所示，本发明为了提高带内CPU与BMC的通信效率及可靠性，本例在不改变现有带内CPU与BMC通信线路，不增加硬件成本的前提下，优化了两者的通信方法。具体的，本例的带内CPU与带外管理BMC通信的方法包括如下步骤：
S1：BIOS初始化；
S2：带内CPU获取带外管理BMC的第一指令；
S3：进入SMM模式，访问带外管理BMC的共享内存内的通信资源；
S4：加载运行通信资源中的载荷，输出结果到共享内存；
S5：正常运行进入SMM模式前中断的任务。
如图3所示，在本例的通信过程中，BMC管理软件的执行方法包括如下步骤：
(1)在BIOS初始化后，所述BMC管理软件初始化。
(2)BMC管理软件准备通信资源；
(3)BMC管理软件发起作为通信请求的第一指令；
(4)在给带内CPU发送第一指令后，BMC管理软件等待固定时间，这段时间带内CPU运行共享内存中的资源，然后将运行结果写入共享内存，
(5)BMC读取自身共享内存，获取通信结果；
(6)BMC管理软件释放通信资源。
具体地，(1)BMC管理软件初始化
BMC管理软件初始化的主要目的是提供共享内存。
在带内CPU看来，BMC本质上是一个外挂PCIE设备，本例BMC管理软件可以从BMC内存中分配一段空间，作为共享内存，这样除了BMC，带内CPU也能读写这段内存空间。
(2)BMC管理软件准备通信资源
本例通信资源放入共享内存中。
如图4所示，所述共享内存可分为三部分：SMM应用程序描述区、SMM应用程序主体区、SMM应用程序参数区。
所述SMM应用程序描述区包含一些指示信息，比如：描述区有效信息、主体区描述信息和参数区描述信息，BIOS进入SMM模式后，会先读取指示信息来决定是否运行共享内存中的SMM应用程序。如果要运行，经过合法性验证后，从所述SMM应用程序参数区读取输入参数，运行所述SMM应用程序主体区的程序，最后将结果写入所述SMM应用程序参数区。
本例的验证方法为：在所述SMM应用程序描述区保存有所述SMM应用程序主体区各个载荷的MD5值，运行某个载荷前，先要计算其MD5值，然后与所述SMM应用程序描述区对应的载荷的MD5值进行对比，如果不一致，则验证不通过；如果一致，则验证通过。
所述SMM应用程序主体区设有入口程序和有效载荷；入口程序运行在SMM中，有效载荷运行在OS操作系统环境下。
所述SMM应用程序参数区设有输入参数区，用于存储有效载荷运行的参数，及输出参数区，用于存储有效载荷运行过程中输出的结果。所述SMM应用程序主体区程序运行输入参数保存在所述输入参数区，所述SMM应用程序主体区程序运行结果保存在参数输出区。
所述BMC管理软件将事先编写好的SMM应用程序加载到共享内存中的SMM应用程序主体区，同时更新所述SMM应用程序描述区和所述SMM应用程序参数区。
本发明通过此三个区域的划分，实现了业务与管理的分离。所述SMM应用程序描述区负责所述SMM应用程序主体区与所述SMM应用程序参数区的管理，所述SMM应用程序主体区与所述SMM应用程序参数区为真正的业务所需要，这个业务的核心是载荷的执行，载荷的执行需要输入参数与输出参数。
如果不设置SMM应用程序描述区，需要遍历主体区才能决定是否需要加载运行主体区中的载荷；如果不设置此区域，需要更复杂的逻辑判断处理，才能管理好有效载荷与载荷的输入、输出参数。设置此区域，简化了主体区与参数区的更新、维持、升级，总之，所述SMM应用程序描述区的存在简化了主体区与参数区的管理开销，简化了设计，提升了效率。
所述SMM应用程序主体区是载荷的仓库，实际存放了各种载荷。所述SMM应用程序参数区分别为各种载荷的运行提供输入参数与输出结果存放的地方。
(3)BMC管理软件发起作为通信请求的第一指令
通常带内CPU的ACPI相关pin(引脚)与BMC的gpiopin连接在一起，这样BMC管理软件操作这些gpio可实现ACPI关机。
本例在共享内存准备好通信资源后，操作ACPI关机gpio，这样会触发带内CPU进入SMM。进入SMM后，本来是执行关机相关代码，不过，由于事先在BIOS中修改了运行逻辑，会先读BMC共享内存的第一个区(SMM应用程序描述区)，判断是否需要从所述SMM应用程序主体区中执行程序。如果不是，执行正常的ACPI关机；如果是，则在检验所述SMM应用程序所述SMM应用程序主体区程序合法性通过后，从共享内存的所述SMM应用程序参数区找到输入参数，执行所述SMM应用程序主体区程序并将结果存入所述SMM应用程序参数区的输出参数区。
(4)BMC管理软件获取通信结果
BMC管理软件在事先预估的时间后直接访问共享内存的输出参数区(位于SMM应用程序参数区),数据的有效性与应用相关。最后，BMC管理软件释放通信资源。
(5)BMC管理软件释放通信资源
清空共享内存，设置描述区标志指示无SMM程序需要运行。
如图5所示，本例带内CPU的执行方法包括如下步骤：
(1)BIOS初始化后，带内CPU检测到有效电平(第一指令)；
(2)带内CPU进入SMM模式；
(3)访问BMC共享内存的SMM应用程序描述区；
(4)判断是否存在有效载荷？如果是，加载运行载荷，然后执行步骤(5)，如果否，执行步骤(6)；
(5)输出结果到共享内存的输出参数区；
(6)运行正常任务。
本例中，BIOS初始化主要内容是配置SMI(SystemManagementInterruption，系统管理中断)。
SMM(SystemManagementMode，系统管理模式)是X86CPU运行模式之一，且当CPU工作在SMM时，系统处于最高特权级别，SMM代码可以自由访问任意硬件及软件资源，完全不受任何第三方监控管理。
在BIOS中使能SMM，当进入SMM后，CPU停止当前工作，自动存储当前CPU所有寄存器组资料至SMMRAM中，然后执行由BIOS提前准备好代码(本质上就是SMM模式下的一个应用程序，存在于BIOS中)，最后当SMM代码执行完毕时，CPU根据之前存储的所有寄存器组资料，继续执行进入SMM前停止的工作。
从上可知，本例可以通过编写SMM下的应用程序，实现运行BMC共享内存中程序代码，其存在于BMC中，BMC管理软件会加载到BMC的共享内存，以便SMM应用程序执行。
如图6所示，带内CPU运行在OS操作操作系统下通过外部触发进入SMM模式前，会把当前运行上下文(包含PC、LR、SP等重要信息)保存到SMMRAM中，带内CPU的PC指向所述SMM应用程序主体区，从所述SMM应用程序主体区取指令执行，也就是运行所述SMM应用程序主体区入口程序部分。主体区入口程序会修改保存到SMMRAM中的运行上下文，实现在退出SMM返回到OS操作系统后，先运行所述SMM应用程序主体区的有效载荷，在运行完有效载荷后跳转到之前被SMM打断的代码。
如果带内CPU运行的是linux操作系统，本例的程序上下文是指linux操作系统收到中断哪个时间点的上下文；如果带内CPU运行的是window操作系统，这里的程序上下文指的是window操作系统收到中断哪个时间点的上下文。
正常情况下，带内CPU进入SMM模式前，会保存OS被中断的上下文，退出SMM后，会恢复OS被中断的那个上下文，这样OS感知不到被中断。当需要运行载荷时候，SMM退出前，会修改CPU的当前PC为载荷的入口函数地址，这样SMM退出后，先运行载荷中的程序。等载荷中程序运行完后，再恢复OS被中断的那个上下文。
与通信方法相适配，本例的通信系统包括通过数据线相连的带内CPU与带外管理BMC，所述带内CPU包括：
初始化模块：用于BIOS初始化；
接收模块：用于带内CPU获取带外管理BMC的第一指令；
执行模块：用于进入SMM模式，访问带外管理BMC的共享内存内的通信资源；
运行输出模块：加载运行通信资源中的载荷，输出结果到共享内存；
中断恢复模块：用于正常运行进入SMM模式前中断的任务。
所述带外管理BMC包括：
第一指令发送模块：用于向所述带内CPU发送第一指令；
带外管理BMC初始化模块：用于创建共享内存及将通信资源并放入共享内存；
通信资源管理模块：用于准备或释放管理资源。
此外，所述带外管理BMC还包括结果获取模块：用于访问所述共享内存，获取运行数据。
本发明基于SMM和共享内存技术，提供的一种英特尔X86服务器上带内CPU与带外管理BMC通信方法。具有如下优点：
1、无需额外增加带内CPU与带外管理BMC物理通信线路，不增加硬件成本；
2、基于SMM和共享内存技术，带内CPU直接访问共享内存，调用共享内存中的载荷，运行后将数据直接存储在共享内存，而带外管理BMC可以直接访问自身的内存获取通信数据，从而通信稳定可靠；
3、带内CPU与带外管理BMC通信,无需轮训，可按需触发通信，效率高；
4、只需要用户通过设定方式触发两者通信，通信全程自动化运行，用户无感知，使用方便，维护成本低。
以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种带内CPU与带外管理BMC通信的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：BIOS初始化；
S2：带内CPU获取带外管理BMC的第一指令；
S3：进入SMM模式，访问带外管理BMC的共享内存内的通信资源；
S4：加载运行通信资源中的载荷，输出结果到共享内存；
S5：正常运行进入SMM模式前中断的任务。
2.根据权利要求1所述的带内CPU与带外管理BMC通信的方法，其特征在于：步骤S1中，还包括带外管理BMC初始化步骤，所述带外管理BMC初始化步骤包括如下子步骤：带外管理BMC创建共享内存；
准备通信资源并放入共享内存。
3.根据权利要求2所述的带内CPU与带外管理BMC通信的方法，其特征在于：还包括带外管理BMC获取数据步骤：在所述带外管理BMC初始化执行后的设定时间，访问所述共享内存，获取结果数据。
4.根据权利要求2所述的带内CPU与带外管理BMC通信的方法，其特征在于：所述共享内存包括：SMM应用程序描述区、SMM应用程序主体区、SMM应用程序参数区，其中，所述SMM应用程序描述区设有描述区有效信息、主体区描述信息和参数区描述信息；
所述SMM应用程序主体区设有入口程序和有效载荷；
所述SMM应用程序参数区设有输入参数区，用于存储有效载荷运行的参数，及输出参数区，用于存储有效载荷运行过程中输出的结果。
5.根据权利要求4所述的带内CPU与带外管理BMC通信的方法，其特征在于：步骤S2中，所述带内CPU与带外管理BMC之间通过PCIE总线连接，所述带内CPU的ACPI相关引脚与带外管理BMC的关机引脚相连，所述带外管理BMC通过所述带外管理BMC的关机指令发送第一指令。
6.根据权利要求2所述的带内CPU与带外管理BMC通信的方法，其特征在于：步骤S4中，所述带内CPU进入SMM模式后，访问共享内存的方法为：
首先，读取所述SMM应用程序描述区的主体区描述信息，决定是否运行共享内存中的所述SMM应用程序主体区中的应用程序，如果要运行，经过合法性验证后，从参数区读取输入参数区的参数，运行所述SMM应用程序主体区的程序，最后将结果写入所述SMM应用程序参数区的输出参数区。
7.根据权利要求6所述的带内CPU与带外管理BMC通信的方法，其特征在于：步骤S4中，在所述带内CPU进入SMM模式前，把当前运行上下文信息保存至SMMRAM中，带内CPU指向所述SMM应用程序主体区，从所述SMM应用程序主体区读取运行主体区入口程序，
主体区入口程序修改保存到SMMRAM中的运行上下文，
带内CPU退出SMM返回到OS操作系统后，先运行所述SMM应用程序主体区的有效载荷，在运行完有效载荷后通过修改后的运行上下文，跳转到之前被SMM模式打断的任务代码处。
8.一种通信系统，用于实现权利要求1-7任一项所述的带内CPU与带外管理BMC通信的方法，其特征在于：包括通过数据线相连的带内CPU与带外管理BMC，所述带内CPU包括：初始化模块：用于BIOS初始化；
接收模块：用于带内CPU获取带外管理BMC的第一指令；
执行模块：用于进入SMM模式，访问带外管理BMC的共享内存内的通信资源；
运行输出模块：加载运行通信资源中的载荷，输出结果到共享内存；
中断恢复模块：用于正常运行进入SMM模式前中断的任务。
9.根据权利要求8所述的通信系统，其特征在于：所述带外管理BMC包括：
第一指令发送模块：用于向所述带内CPU发送第一指令；
带外管理BMC初始化模块：用于创建共享内存及将通信资源并放入共享内存；
通信资源管理模块：用于准备或释放管理资源。
10.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于：所述带外管理BMC还包括结果获取模块：用于访问所述共享内存，获取运行数据。
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