ATCA培训教材

ATCA相关标准及实践培训教材ATCA简介•ATCA即AdvancedTelecomComputingArchitecture，提供电信运营级需求“可靠性、可用性、适用性”的应用•ATCA规范包括PICMG3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5等一系列规范，核心规范定义了ATCA系列规范中的机构、电源、散热、互联、系统管理部分；辅助规范内容则定义了在核心规范中互联的传输方式机械结构•FrontBoards，即前插的ATCA板卡•RTMs，即后IO板。•Backplane，即机箱的背板。•Subrack，即背板处的子插槽。组合关系组合（侧视图）机箱（Shelf）ConnectorZones•Zone1，电源连接和机箱管理•Zone2，数据传输接口•Zone3，用户自定义IO连接ATCA机箱管理•提供底层硬件管理服务•包括机箱的电源、风扇、数据互联等的管理•监测系统的健康，收集信息，必要时直接改变板卡的状态机箱管理架构板卡接口ATCA管理基本单元•ShMC——ShelfManagementController，是ShelfManager的控制单元，对整个机箱进行管理控制•IPMC——IPMController，每块ATCA板都存在这个单元，通过和ShMC交互对本板控制管理。IPMI规范•ATCA管理采用IPMI消息机制，基于IPMI1.5规范，即IntelligentPlatformManagementInterface。•ATCA在此基础上又定义了独有的扩展命令消息。IPMI消息•IPMI消息可以承载在各种硬件接口上，例如IPMB、serial/modem、LAN等。•IPMI消息采用Request/Response协议，Request消息可称为command。•IPMIcommands按NetworkFunctionCode来分组，同时又有相应的command号，两者一起标识唯一的命令。IPMB接口•在ATCA架构中，IPMI消息的传输主要基于IPMB-0接口。•IPMB基于I2C，提供双路冗余I2C连接，提高传输的可靠性。两路分别称为IPMB-A和IPMB-B。•ShMC与IPMC之间的IPMB接口可以是Bus型的或者是星型的，两者各有优缺点。IPMB消息格式Event消息•Event消息是一类特殊的IPMI消息，一般IPMC只是被动地接受ShMC的命令，而Event消息是IPMC主动发起的，通常是一些需要通知ShMC作出反应的事件发生，而产生此类消息。寻址•IPMI消息的传输必须要有地址来标识通信双方。•在ATCA体系中共有4种地址类型：–Hardwareaddress–IPMBaddress–Physicaladdress–ShelfaddressHardwareaddress•硬件地址由机箱背板提供，每个槽位都有不同地址，板卡插入后通过Zone1连接器的pin脚来获取此地址。•硬件地址由7bits组成。IPMBaddress•IPMB地址和I2C地址直接相关，I2C地址用7bits标识，IPMB地址用8bits标识。•IPMB地址是硬件地址左移一位后的值。•20h为ShMC的IPMB地址。•00h为广播地址。Physicaladdress•Physical地址表征板卡在机箱中的位置。•Physicaladdress由sitenumber和sitetype来唯一确定。Shelfaddress•当有多个Shelf时，就需要有Shelfaddress来标识每个机箱。•Shelfaddress的定义比较灵活，各厂商各有不同，一般是一串字符。•各板卡可通过IPMI消息从ShMC获取Shelfaddress。Hardware地址和Physical地址映射重要概念•FRU，FieldReplacableUnit，也就是可热插拔的单元，ATCA板卡、后IO板、ShMC管理板等都是FRU。•Sensor，这不是指物理上的，只是逻辑上的，对于会产生事件或有值需要ShMC知道的那类对象都可以虚拟成sensor。FRU•ATCA定义了两种类型的FRU：–一种是IntelligentFRU，本身包含IPMC单元。–另一种是ManagedFRU，它可以是IntellegentFRU，也可以是被IntelligentFRU描述的对于IPMI架构可见的FRU。FRUInfomation•IntelligentFRU的IPMC需要维护FRUInfomation，这些信息描述了FRU的相关信息，通常存放在EEPROM等介质上。•ShMC会从IPMC收集FRUinfomation。•FRU信息的格式遵照PlatformManagementFRUInformationStorageDefinitionv1.0规范Sensor•sensor按照value的类型可分为离散型和模拟型。•ATCA框架定义了一些必须实现的sensor：–FRUHotswapsensor–IPMBPhysicalLinksensor•通常还包括以下sensor，但可选：–temperaturesensor–voltagesensorSDR（SensorDeviceRecord）•SDR描述了sensor的信息和其他一些对象。•ShMC从每个IPMC收集SDR信息，从而获取IPMC及其包含的snesor的详细信息。FRU的active和deactive•FRU可以热插拔，为了系统能安全地激活和关闭，ATCA定义了一系列流程来完成这些动作。•ATCA定义了m0-m7共8种状态来描述FRU的状态，通过命令的交互，在各种状态间迁移。•通常板卡会提供一个把手开关，有开和关两种状态，当开关状态改变，会触发hotswapevent通知ShMC，引发相应动作。FRU状态•M0：FRUnotinstalled•M1：FRUinactive•M2：FRUactivationrequest•M3：FRUactivationinprecess•M4：FRUactive•M5：FRUdeactivationrequest•M6：FRUdeactivationinprocess•M7：communicationlost状态迁移LED指示灯•ATCA定义了板卡前面板LED的标准。包括以下几种：–BLUELED：指示hotswap状态–LED1（OOSLED）:显示出错或故障状态–LED2（STATUSLED）（可选）：常用来显示一些状态。–LED3（POWERLED）（可选）：常用来显示Payload上电状态。–应用相关LED（可选）：视应用而定E-keying•E-keying机制是ATCA用来动态满足需求的一种机制，可以用来：–可以阻止对板卡的损坏–阻止误操作–检验fabric的兼容性•E-keying信息定义存放在FRUInformation中供电•ATCA给板卡供电也是高度可控的，是一个协商动态的过程。•FRU需要的最大电源能力也记录在FRUinfomation中，ShMC获取后可给FRU分配合适的供电或发现无法提供可拒绝给FRU的payload激活。告警及相应处理•FRU的模拟型sensor例如温度、电压等，可以设置多个门限，当越过某个门限值，会产生相应的告警事件通知ShMC，ShMC会根据事件的严重程度作出相应举动。比如点亮OOSLED，提高风扇转速，或干脆直接关掉板卡payload的供电。数据传输•ATCA板卡通过Zone2连接到背板，相互间可以建立数据通道。•数据接口有以下4种类型：–baseinterface–fabricinterface–updatechannelinterface–synchronizationclockinterface背板拓扑•ATCA可以通过构建不同的背板拓扑来支持不同的应用。•baseinterface一直被配置成dualstar模式。•fabricinterface可配置成以下3种模式：–dualstar–dualdualstar–fullmeshDualStarDualDualStar•与dualstar类似，每块node板和另2路独立冗余的fabric交换有dualstar的拓扑连接FullMesh板卡类型•按在机箱中的角色来分：–Hubboards–Nodeboards–Meshenabledboards•按结构来分：–单板–载板Baseinterface•baseinterface支持10/100/1000base-T的ethernet连接，采用dualstar拓扑•baseinterface通常用来作为管理通道•支持E-keyingFabricinterface•Fabricinterface根据背板可以有不同的拓扑结构•PICMG3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5协议族中定义了一系列不同数据传输方式•支持E-keyingUpdateChannelinterface•updatechannelinterface建立在点对点的连接上，通常是在背板的相邻板卡之间Synchronizationclockinterface•提供了一组clockbus以便应用能实现多板的时钟同步。MicroTCA/AMC简介•MicroTCA作为ATCA的补充，可以直接使用AMC卡，以建立更小型的系统。•AMC卡，即AdvancedMezzanineCard，原先是作为ATCA板卡的module存在的，可以插在ATCA载板上使用在ATCA机箱中，引入MicroTCA后，AMC卡就可以直接插在MicroTCA机箱中工作。•McrioTCA/AMC系统看起来就是ATCA的缩微版。MicroTCA机箱管理框架AMC在ATCA环境下的架构MicroTCA管理基本单元•MCH，即MicroTCACarrierHub，它看起来像ATCA中的ShelfManager，同时又兼具交换板的功能。MCH上的控制管理单元叫MCMC（MicroTCACarrierManagementController）。作用类似ShMC。•AMC，即AdvancedMezzanineCard，作为机箱中的业务卡。每块AMC中有一个控制管理单元叫MMC（ModuleManagementController），作用类似IPMC，可与MCMC交互。公司目前与ATCA相关产品•出于市场等考虑，公司的ATCA产品并未完全按照ATCA标准开发，有标准卡，也有非标卡。•ATCA板在硬件是符合ATCA规范的，但在实际使用时，根据机箱中是否配有ShelfManager，有标准和非标的用法。•AMC卡有完全符合AMC标准的卡，但大部分卡是硬件上也不符合规范的自定义卡。公司的IPMC实现•公司的IPMC由于要适应标准和非标的用法，软件的设计就要兼容2种模式。标准的用法完全按照规范实现。非标的模式实际上就是忽略ShMC的存在，IPMC不经过交互过程，直接给payload上电。•两种模式下，IPMC和payload之间都可以通过FPGA实现相互间的通信，通信方式即可以是寄存器访问，也可以是类似IPMI消息的Request/Response方式。非标机箱的管理•当ATCA机箱中不安装Shelfmanager时，实际上各ATCA板卡各自独立工作，没有一个集中式的管理，但实际应用时还是需要能从一块ATCA卡简单地访问管理机箱中所有板卡，而且是类似于原有体系的。•对于有些机箱的I2C总线是BUS型的，也就是所有板卡的IPMB间也是可以互通的。IPMC工作在非标模式下利用了这一点，可以在某块ATCA板的payload端运行一个软件，根据各板卡的IPMB地址对每块板卡进行访问控制。包括读取温度，复位板卡等。常见ShelfManager•市场上ShelfManager也有不少，目前较常见的我们公司也在用的主要是PigeonPoint的。•通过使用Shelfmanager可以增加对整个ATCA管理体系的认识。