TWI531907B - 基板管理系統架構 - Google Patents

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Description

基板管理系統架構
本發明係有關於基板管理控制器(Baseboard Management Controller，BMC)，尤有關於一種基板管理系統。
伺服器(server)是一種實體的電腦系統，用來執行一或多項服務以及滿足網路上其他電腦使用者的需求。BMC是位於一伺服器內的一顆基板管理控制器，用來管理及監控該伺服器的運作及物理健康狀況。BMC具有下列主要管理功能。
第一，智慧平臺管理介面(Intelligent Platform Management Interface，IPMI)：IPMI是一種工業標準，用來進行系統監控及事件恢復(event recovery)。IPMI規格定義一種共同訊息為基礎的界面(common message-based interface)，以存取一伺服器內所有可管理的特徵。IPMI包含一組預先定義的命令集，以讀取溫度、電壓、風扇速度、機箱侵入記錄(chassis intrusion)、及其他參數等等。透過IPMI，也可存取系統事件日誌(System Event Log)、硬體看門狗(watchdog)及電力控制。依此方式，IPMI定義一種協 定，透過一作業系統或一外部連接(例如透過一網路或一串列(serial)連接)，來存取一BMC所收集的各種不同參數。透過低腳數(low pin count，LPC)匯流排，一伺服器主機將IPMI訊息傳遞給一BMC，以及，為此目的，一些裝置通道係建立在低腳數匯流排之上，例如鍵盤控制器樣式(Keyboard Controller Style，KCS)介面及區塊轉移(Block Transfer，BT)介面。
第二，伺服器板環境狀態監控(例如溫度、電壓、風扇速度)、主機操作狀態監控(例如主機電力狀態)及主機板工作維護：如果系統產生任何異常情況，例如高溫或電源故障，BMC會試圖由不正常情況恢復，並透過網路發出警告給管理者。
第三，超級輸入輸出(SuperIO)功能：SuperIO是連接LPC匯流排的裝置，支援系統的多個IO裝置，例如主機串列COM埠、80H/81H埠監控、進階組態及電力界面(Advanced Configuration and Power Interface)以及系統電力管理。
第四，區域網路串列(Serial over LAN，SOL)：SOL是一種類似IPMI的主機訊息收集介面。主機端軟體可輸出訊息至一串列COM埠，而BMC可收集由該串列COM埠收到的訊息，以儲存至BMC之儲存媒體及傳輸至網路上的用戶端。這些訊息可幫助管理工程師對系統目前操作狀況 除錯。
第五，基本輸入輸出系統(BIOS)維護：BMC可更新系統BIOS及重新啟動(reboot)主機系統。
第六，視訊圖像轉接器(Video Graphics Adapter，VGA)：VGA功能係內建於BMC以便主機顯示輸出。
第七，遠端管理：遠端管理是BMC的一項重要功能。技術人員常常需要管理伺服器的運作，例如取得該伺服器相對物理健康資訊。在許多習知系統中，需要去查看螢幕顯示以及與被管理的伺服器進行互動的技術人員，會被要求本人必須親自到達伺服器的設置場所。然而，要求一個技術人員本人親自到達伺服器的設置場所並非永遠可行。
例如，公司網路(corporate network)的系統管理者本人位在一處，而多台伺服器則可能散佈於建築物內、或甚至在連接網際網路的任何地方。為有效地管理公司網路的伺服器，系統管理者必須能夠監控每一台伺服器，而無論各伺服器位於何處。要求系統管理者本人親自到達被管理的各伺服器端，是有困難且高花費的。
於此情況下，BMC支援的遠端管理功能可幫助系統管理者使用本身的電腦(用戶端)，透過網路存取伺服器資訊，就如同本人親自到達該伺服器端。BMC支援IPMI、 SOL、系統及感應器狀態讀取、電力控制、及BIOS維護之遠端管理功能。BMC也可將一伺服器的視訊輸出重新定向(redirect)至一遠端位置，且容許來自該遠端位置的鍵盤及滑鼠輸入提供給該伺服器。BMC也可將位於一遠端電腦的儲存裝置重新定向，以提供給該伺服器，如一通用串列匯流排(Universal Serial Bus，USB)儲存裝置。
第1圖為一方塊圖，顯示包含一BMC之習知伺服器。請參考第1圖，BMC120位於一伺服器100內，支援許多輸入輸出介面以進行管理，例如：高速週邊組件互連(Peripheral Component Interconnect Express，PCIe)介面支援VGA功能及視訊重新定向之來源；LPC介面支援IPMI、SuperIO及SOL功能；USB介面支援儲存、鍵盤及滑鼠之重新定向；系統管理匯流排(System Management Bus，SMBus)支援感測器112之讀取及IPMI通訊；脈波寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)及轉速計(tachometer)介面支援機箱風扇速度控制及監測；通用輸入輸出(General Purpose Input/Output，GPIO)介面支援主機板事件控制及監測；圖中連接至BIOS快閃記憶體115的路徑(如：串列週邊介面匯流排(Serial Peripheral Interface Bus，SPI)是用來進行BIOS維護。以下三個連接器(connector)支援外部連接：VGA連接器132係用以顯示輸出及連接置一顯示器；LAN連接器130是一個網路埠(port)，用以進行遠端管理；COM埠 136是伺服器100的串列界面。
在一伺服器系統中，傳統上，一個BMC僅用來支援一台伺服器(或一主機)。一台伺服器可包含一、二、或更多個互相連結的處理器，該些處理器具有專屬的動態隨機存取記憶體(DRAM)雙行記憶體模組(dual in-line memory module，DIMM)及共同輸入輸出介面，執行單一作業系統。第2圖顯示在一網路環境中的一習知基板管理系統。請參考第2圖，習知基板管理系統200包含複數個BMC 120，分別位在不同的伺服器100內。也就是，各伺服器100包含一個BMC 120以進行管理控制，同時各BMC 120具有一網路埠130以連接至一個公司或全世界的網路樹(network tree)210。屬於該網路樹210且位於任何位置的用戶端電腦180，可遠端存取屬於該網路樹210之一伺服器100之BMC 120。透過存取BMC 120，系統管理者可控制伺服器主機100及監控被BMC120支援的環境狀態。
不同應用領域需要不同的伺服器設計形態。對於資料通訊領域而言，係需要高度平行計算功能，因此，執行專屬作業系統的高密集度(high density)處理器就是其設計形態標的。在一高密集度伺服器系統中，若伺服器數量逐漸增加(至多達數十台)，各伺服器就不適合使用複雜的BMC設計。同時，該高密集度伺服器系統的主要限制是有限的電路板空間，因此，該高密集度伺服器系統需要更簡 單的設計、更低的功率預算及成本。有鑒於在一有限電路板空間、有限功率預算及成本下所能容納處理器的最大數量，亟需一個簡化設計之基板管理系統，以適用於該高密集度伺服器系統。
有鑑於上述問題，本發明之目的之一是提供一種基板管理系統，以簡化伺服器板的BMC功能，並增加該伺服器系統的密集度(density)。
本發明之一實施例提供一種基板管理系統，係應用於一伺服器系統，該伺服器系統包含複數台伺服器，該基板管理系統包含：複數個基板管理控制器(BMC)節點以及一個主要基板管理控制器。該些基板管理控制器節點，係分別設在各該伺服器中。該主要基板管理控制器，透過一網路耦接至一用戶端，以及透過一通訊連結耦接至該些基板管理控制器節點，該主要基板管理控制器用以執行一管理軟體；其中，在各該伺服器中，一相對應基板管理控制器節點連接至一相對應主機處理器以及複數個伺服器板週邊；以及，其中，該主要基板管理控制器協同該些基板管理控制器節點用來遠端管理該些伺服器。
茲配合下列圖示、實施例之詳細說明及申請專利範圍，將上述及本發明之其他目的與優點詳述於後。
100‧‧‧伺服器
110‧‧‧主機處理器
112‧‧‧感測器
115‧‧‧BIOS快閃記憶體
120‧‧‧基板管理控制器
130‧‧‧LAN連接器
132‧‧‧VGA連接器
136‧‧‧COM埠
180‧‧‧用戶端
200、300‧‧‧基板管理系統
210‧‧‧網路
301~30P‧‧‧伺服器
311~31P、611‧‧‧基板管理控制器節點
331~33Q、631‧‧‧主要基板管理控制器
350‧‧‧通訊連結
380‧‧‧高密集度伺服器系統
410‧‧‧伺服器管理單元
420‧‧‧連結介面
421‧‧‧伺服器板週邊
430‧‧‧處理器
440‧‧‧快閃記憶體控制器
450‧‧‧DRAM控制器
460‧‧‧乙太網路控制器
470‧‧‧連結介面
480‧‧‧機箱管理單元
490‧‧‧內部匯流排
551、552‧‧‧USB集線器
650‧‧‧串列通訊連結
671‧‧‧鍵盤視訊滑鼠驅動程式
672‧‧‧IPMI驅動程式
673‧‧‧感測器驅動程式
674‧‧‧BIOS更新驅動程式
675‧‧‧中斷驅動程式
681‧‧‧主機USB裝置端點
682‧‧‧VGA訊框緩衝器存取端點
683‧‧‧LPC裝置端點
684‧‧‧I2C/SMBus端點
685‧‧‧GPIO端點
686‧‧‧快閃記憶體控制器端點
687‧‧‧中斷控制器端點
第1圖顯示包含一基板管理控制器之習知伺服器之方塊圖。
第2圖顯示在一網路環境中的一習知基板管理系統。
第3圖顯示本發明一實施例之基板管理系統之方塊圖。
第4A圖顯示本發明一實施例之BMC節點31P之方塊圖。
第4B圖顯示本發明之一實施例之主要BMC33Q之方塊圖。
第5圖係根據本發明之另一實施例，顯示採用USB連結之基板管理系統之方塊圖。
第6圖係根據本發明之另一實施例，顯示一BMC節點611、一串列通訊連結650及一主要BMC 631使用之系統管理軟體架構之一示例。
在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「一」及「該」等單數形式的用語，同時包含單數及複數的涵義，除非本說明書中另有特別指明。另外，「機箱電路板(chassis board)」一詞指的是一種管理功能板，用以管理位於一相同機械殼體中的所有伺服器板，以及管理該相同機械殼體內的電力供應、風扇、以及所有環境狀況。再者， 機箱電路板可與各伺服器板溝通，並收集資訊以便管理。
本發明特色之一是簡化伺服器系統之伺服器板的BMC功能，並增加該伺服器系統的密集度。本發明另一特色是將一部分的BMC功能，例如使用者介面，由伺服器板移至機箱電路板。因此，本發明基板管理系統分為二部分：一部分位在伺服器端，而另一部分位在主要基板管理控制器端。
第3圖係根據本發明之一實施例，顯示基板管理系統之方塊圖。請參考第3圖，本發明基板管理系統300適用於一高密集度伺服器系統380。基板管理系統300包含複數個BMC節點(node)311~31P(分別位在不同的伺服器板上)以及至少一個主要BMC 331~33Q(分別位在不同的機箱電路板上)，其中P>>Q(即P遠大於Q)及Q>=1。該至少一個主要BMC 331~33Q係與複數個伺服器301~30P分隔開來，該些BMC節點311~31P係透過一通訊連結350耦接至該至少一個主要BMC 331~33Q。該伺服器系統380包含複數個伺服器301~30P，各伺服器包含有一個位在其相對應伺服器板上(圖未示)的相對應BMC節點。換言之，該些BMC節點311~31P分別位在不同的伺服器301~30P中，用來遠端監控該些伺服器301~30P。該些BMC節點311~31P實質上相同，而該至少一個主要BMC 331~33Q亦實質上相同。該些BMC節點311~31P的數量可增減，使得許多BMC節點可透過該通 訊連結350連結至該至少一個主要BMC 331~33Q。實際上，該些BMC節點311~31P的數量係根據該至少一個主要BMC 331~33Q的性能而不同。
該至少一個主要BMC(331~33Q)可同時連接至該些BMC節點(311~31P)，並對該些伺服器(301~30P)進行管理操作，其中該些伺服器(301~30P)分別包含該些BMC節點(311~31P)。透過網路210、一相對應主要BMC(331~33Q)以及一相對應BMC節點(311~31P)，位在用戶端電腦180的使用者可遠端管理伺服器系統380中被管控之伺服器的操作。應理解的是，用戶端電腦180對該些BMC節點(311~31P)及該至少一個主要BMC 331~33Q所執行的管理操作，係相同於對習知BMC所執行的管理操作。該網路210可能以各種形式存在，例如：區域網路或包含網際網路之廣域網路(wide area network，WAN)。該些伺服器(301~30P)及該用戶端電腦180可包含標準的桌上型電腦。
第4A圖係根據本發明之一實施例，顯示BMC節點31P之方塊圖。請參考第4A圖，BMC節點31P包含一伺服器管理單元410及一連結介面420。該伺服器管理單元410致能(enable)通訊，以及在BMC節點31P及伺服器30P(包含該主機處理器110及複數個伺服器板週邊(peripheral)421)之間，交換管理資訊。該伺服器管理單元410支援管理介面以監控伺服器30P內的伺服器板。該伺服 器管理單元410可包含輸入輸出介面以連接至含該主機處理器110及該些伺服器板週邊421。例如，該伺服器管理單元410可包含一USB控制器，以透過一USB連結來連接至該主機處理器110。應理解的是，本發明也可使用其他形式的連結，例如：PCIe、LPC、SMBus、USB、GPIO等，以便在BMC節點31P及伺服器30P之間致能通訊。該連結介面420係用來與對應的主要BMC建立通訊連結。取決於需管理或收集伺服器30P內的何種功能/資訊，該BMC節點31P可隨意的包含其他元件，例如：一微處理器、一快閃記憶體控制器或一靜態隨機存取記憶體(SRAM)裝置。
第4B圖係根據本發明之一實施例，顯示主要BMC 33Q之方塊圖。請參考第4B圖，位在一機箱電路板之主要BMC 33Q包含一處理器430、一快閃記憶體控制器(flash controller)440、一DRAM控制器450、一乙太網路(Ethernet)控制器460、一連結介面470以及一機箱管理單元480。透過一內部匯流排490，六個元件430~480之間相互耦合。該處理器430執行相關軟體及韌體(firmware)，以進行管理控制及事件記錄(event logging)。該快閃記憶體控制器440及該DRAM控制器450係用來控制存取位在該機箱電路板之快閃記憶體與DRAM裝置(圖未示)中的程式碼及資料。該乙太網路控制器460支援透過LAN埠130至網路210的網路連結，以進行遠端控制。該連結介面470係用來與對 應的BMC節點建立一通訊連結。以透過至少一特定界面來收集資料的方式，該機箱管理單元480對該機箱電路板進行管理操作。該管理操作包含，但不限於，IPMI、事件記錄、VGA顯示、風扇速度控制、感測器讀取、類比至數位轉換及計時器。該至少一特定界面包含，但不限於，內部整合電路(Inter-Integrated Circuit，I2C)、通用非同步收發傳輸器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)、SMBus、USB及GPIO。
參考第3圖，該通訊連結350為一並列通訊連結或一串列通訊連結。一實施例中，該通訊連結350具有熱插拔(hot plugging)功能，因此，容許透過該通訊連結350，動態移除該些BMC節點311~31P之至少其一，或者將位於另一伺服器的BMC節點動態加入該基板管理系統300之中，而無須重新啟動(reboot)該基板管理系統300。在另一實施例中，在該些BMC節點及該至少一個主要BMC之間的該通訊連結350是一串列通訊連結，可支援高頻寬傳輸量、最少條的實體連接線、熱插拔功能、以及長傳輸距離。為達到管理系統之目標，主要BMC 331~33Q所執行的BMC軟體可透過該通訊連結350來存取每一個BMC節點。取決於使用的串列通訊連結是何種型式，建立於該串列通訊連結上的通訊協定可以是私人定義(privately defined)的或符合任一工業標準，以達到原始BMC管理的目標。該串列通訊連結 包含，但不限於，USB、PCIe、LAN及光纖(Optical Fiber)。
第5圖係根據本發明之另一實施例，顯示採用USB連結之基板管理系統之方塊圖。在第5圖的實施例中，P=9及Q=1。位在該些BMC節點311~319及該主要BMC 331之間的該通訊連結是一USB連結，其包含二個USB集線器(hub)551和552。如本技術領域者所習知的，USB集線器係用來將一個USB埠擴充成多個USB埠，使得多個BMC節點可以透過二個USB集線器551和552連接至該主要BMC331。該USB連結可以在5公尺電纜線上建立通訊與支援熱插拔功能。
第6圖係根據本發明之另一實施例，顯示一BMC節點611、一串列通訊連結650及一主要BMC 631使用之系統管理軟體架構之一示例。根據第6圖的實施例，該主要BMC 631所執行的韌體包含一鍵盤視訊滑鼠驅動程式(KVM driver)671、一IPMI驅動程式672、一感測器驅動程式673、一BIOS更新驅動程式674以及一中斷驅動程式675。雖然該串列通訊連結650實體上僅包含少數幾條信號線(例如USB連結包含二條信號線)，卻可分成7個虛擬通道0~6，各虛擬通道可分別擁有各自的通訊協定。在該BMC節點611中，共有需要監控7個項目/裝置，因此，在該BMC節點端共形成7個端點(endpoint)681~687。假設該主要BMC 631係透過該串列通訊連結650連接至包含該BMC節點611在內的10個BMC節點。透過專屬的虛擬通道及端點傳輸路徑，該主要BMC 631所執行的各韌體可管理各BMC節點中相對應的裝置。例如，透過虛擬通道6及中斷控制端點687，該中斷驅動程式675持續監控10個BMC節點內的中斷控制器；透過虛擬通道5及快閃記憶體控制器端點686，該BIOS更新驅動程式674監控10個BMC節點內的快閃記憶體控制器。須注意的是，第6圖的軟體架構僅為本發明之一示例，而非本發明之限制。
相較於第2圖的習知基板管理系統，本發明基板管理系統300具有以下優點。(1)較簡單的伺服器板設計：可以低階BMC節點晶片來運作；(2)對於位在各伺服器板之BMC節點而言，功率消耗比較低且占據的印刷電路板(PCB)空間也比較小；(3)較少的網路埠：相較於習知基板管理系統中，每一伺服器100都需設一網路埠130，在本發明基板管理系統300中，網路埠130的總數目減少為Q；(4)較低成本：本發明以較低的成本支援更多的主機(或伺服器)。
上述僅為本發明之較佳實施例而已，而並非用以限定本發明的申請專利範圍；凡其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在下述申請專利範圍內。
180‧‧‧用戶端
210‧‧‧網路
300‧‧‧基板管理系統
301~30P‧‧‧伺服器
311~31P‧‧‧基板管理控制器節點
331~33Q‧‧‧主要基板管理控制器
350‧‧‧通訊連結
380‧‧‧高密集度伺服器系統

Claims (6)

  1. 一種基板管理系統，係應用於一伺服器系統，該伺服器系統包含複數台伺服器，該基板管理系統包含：複數個基板管理控制器(BMC)節點，係分別設在各該伺服器中；以及一個主要基板管理控制器，透過一網路耦接至一用戶端，以及透過一通訊連結耦接至該些基板管理控制器節點，該主要基板管理控制器用以執行一管理軟體；其中，在各該伺服器中，一相對應基板管理控制器節點連接至一相對應主機處理器以及複數個伺服器板週邊；以及其中，該主要基板管理控制器協同該些基板管理控制器節點用來遠端管理該些伺服器；其中，在該些基板管理控制器節點以及該主要基板管理控制器中，僅該主要基板管理控制器具有一網路埠；其中，只有透過該主要基板管理控制器，該用戶端才能夠與該些基板管理控制器節點進行通訊；以及其中，該通訊連結是一通用串列匯流排(USB)連結以及一高速週邊組件互連(PCIe)連結之其中之一。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之基板管理系統，其中當該通訊連結具有熱插拔功能時，允許透過該通訊連結，動態地加入另一個基板管理控制器節點或移除該些基板 管理控制器節點之至少其一，而無須重新啟動該基板管理系統；以及，其中該另一個基板管理控制器節點係位在另一個伺服器中。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之基板管理系統，其中各該基板管理控制器節點包含：一伺服器管理單元，係在該相對應伺服器中，用以致能通訊，同時與該相對應主機處理器和該些伺服器板週邊交換資訊；以及一第一連結介面，耦接至該伺服器管理單元，用以和該主要基板管理控制器建立該通訊連結。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之基板管理系統，其中該主要基板管理控制器包含：一處理器；一快閃記憶體控制器；一動態隨機存取記憶體(DRAM)控制器；一網路控制器，用以透過該網路埠與該網路通訊；以及一第二連結介面，用以和該些基板管理控制器節點建立該通訊連結；其中，該處理器、該快閃記憶體控制器、該動態隨機存取記憶體控制器、該網路控制器以及該第二連結介面之間係相互耦接。
  5. 如申請專利範圍第4項所記載之基板管理系統，其中該主要基板管理控制器更包含：一機箱管理單元，透過至少一特定介面來收集資訊，以對一機箱電路板進行管理操作；其中，該處理器、該快閃記憶體控制器、該動態隨機存取記憶體控制器、該網路控制器、該第二連結介面以及該機箱管理單元之間係相互耦接。
  6. 如申請專利範圍第1項所記載之基板管理系統，其中該網路埠為一區域網路埠。
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