研究与开发 研究与开发 基于 HP I 的通用 ATCA 系统管理软件开发研究 张奇智 1,2, 孙 刚 1, 高义河 1 ( 1.上海宽带技术及应用工程研究中心 上海 200336; 2.中国科学院上海微系统与信息技术研究所 上海 200050) 摘 要 近 年 来 , ATCA( 高 级 电 信 计 算 架 构 ) 随 着 在 3G、IPTV、IMS 等 领 域 的 广 泛 应 用 得 到 了 高 速 发 展 , 但 其 系 统 管 理 软 件 的 开 发 仍 停 留 在 依 赖 厂 商 提 供 的 私 有 MIB 阶 段 , 用 户 无 法 基 于 它 们 开 发 统 一 的 系 统 管 理 软 件 监 控 来 自 不 同 厂 商 的 多 个 机 框 。本 文 给 出 了 一 种 基 于 HPI 的 通 用 ATCA 系 统 管 理 软 件 开 发 方 案, 并 就 其 实 现 方 法 进 行 了 论 述 。 关键词 高 级 电 信 计 算 架 构; HPI; 系 统 管 理 软 件; 简 单 网 络 管 理 协 议 1 引言 ATCA( 高级电信 计 算 架 构) 标 准 是 由 PICMG 制 定 的, 其 针 对 下 一 代 电 信 产 品 定 义 了 一 个 高 性 能 、可 扩 展 、模 块 化的电信级硬 件 平 台 [1]。ATCA 致 力 于 为 电 信 级 的 应 用 提 供 更 高 的 可 靠 性 、可 管 理 性 和 可 用 性 , 但 目 前 ATCA 平 台 上还没有成熟的系统管理软件。传统的系统管理软件都是 基 于 私 有 接 口 的 , 不 符 合 ATCA 平 台 的 开 放 性 要 求 , 随 着 ATCA 应用 的 推 广, 迫 切 需 要 一 种 基 于 开 放 接 口 的 系 统 管 理软件 。 基 于 这 种 需 求 , 本 文 给 出 了 一 种 基 于 HPI ( 硬 件 平台接口) 规范开发通用 ATCA 系统管理软件的方法[2]。 2 现阶段系统管理软件存在的问题 2.1 ATCA 管理系统简介 ATCA 平台管理功能的载体是机框内刀片上的智能平 台 管 理 控 制 器 ( IPMC) 以 及 机 架 管 理 控 制 器 ( ShMC) , 它 们 之间通过背板上双冗余的两条 IPMB 总线进行通信。双冗 余 的 IPMB 总 线 可 以 确 保 在 任 意 一 条 总 线 失 效 的 情 况 下 系统管理仍可以正常进行。智能平台管理控制器和机架管 理控制器基于 IPMI ( 智能平台管理接口) 协议进行交互 [3]。 它 们 一 起 组 成 了 单 个 ATCA 机 架 内 硬 件 管 理 系 统 , 如 图 1 所 示, 可 以 对 机 架 内 的 单 板 、电 源 、风 扇 、温 度 传 感 器 和 现 场 FRU( 可置换单元) 等进行智能监视和控制。 2.2 问题分析 目前, 用户无论是单独购买 ATCA 刀片和 ATCA 机框 进行系统集成, 还是直接从 ATCA 系统生产商处购买整套 产品, 都拥有机架管理控制器提供的硬件平台管理功能。用 户可以通过串口或者以太网接口连接活动的机架管理控制 器, 读取刀片上 FRU 运行状态、传感器数据、事件报警日志 等信息, 或者修改刀片报警设置、重 置 Watchdog 参 数 以 及 执行 FRU 复位操作等。目前面临的问题是: 机架管理控制 器只能对一个机框进行监控操作, 无法对多个机框同时进 行监控操作; 不同厂商的机架管理控制器提供的命令行、 Web 访问接口和 SNMP MIB 都是私有的, 系统管理员需要 学习不同厂商的机架管理控制器的管理命令和管理方式。 尽管 ATCA 标准在机架管理控制器之上定义了系统管 56 

电信科学 2008 年第 3 期 植性, 最终可以将 ATCA 中机架管理控制 器的功能以一种标准的、独立于制造商的 方式展示给最终用户。 目前, 市场上的大部分机架管理控制 器都没有实现 HPI Server ( 提供服务器可 用性论坛规定的各种 HPI 服务) 。为了基 于 HPI 开发系统管理软件, 采用了如图 2 所示的实现方案。HPI Server 在系统管理 软件中实现, 它通过 RMCP ( remote mail checking protocol) 从机架管理控制器获取 和访问 ATCA 系统的各种硬件信息。由于 RMCP 是所有机架管理控制器都支持的协 议, 因此这种方案适用于所有的机架管理 控制器。HPI Server 与系统管理软件集成, 用户在开发系统管理软件时可以直接访问本地的应用程序 接口———HPI API, 而无需通过网络访问 HPI Server 提供的 服务。因为目前的系统管理软件很多都是基于 SNMP 开发 的, 所以在 HPI API 之上增加一个 HPI SNMP 代理就可以针 对标准的 HPI MIB 开发基于 SNMP 的系统管理软件。 虽 然 目 前 市 场 上 大 多 数 机 架 管 理 控 制 器 不 支 持 HPI, 但是支持 HPI 是未来机架管理控制器的发展趋势, Intel 的 CMM 7.1 版本和 Radisys 的机架管理控制器 方 案 中 已 经 实 现对 HPI 的支持[6,7]。待将来机架管理控制器对 HPI 的支持 成熟后, 用户可以方便地将现有的系统管理软件移植到新 的 ATCA 系统中, 只需在支持 HPI 的机架管理控 制 器 和 系 统管理软件之间实现网络连接即可, 用户在开发系统管理 软件时的投资可以得到保护。 图 2 基 于 HPI 的 通 用 ATCA 系 统 管 理 软 件 实 现 方 案 57 图 1 ATCA 中 的 智 能 平 台 管 理 架 构 理软件, 但没有定义实现方式。系统管理软件使用机架管理 控制器提供的功能和接口来管理 ATCA 机架。它可以同时 连接多个机架管理控制器或者直接连接刀片, 对系统中的 硬件资源进行监控, 并提供友好的图形用户界面和图形化 的访问接口, 供用户查看或修改组件的运行配置参数。由于 系统管理软件与用户机框的配置和具体的应用相关, 因此 用户需要根据系统实际配置自行开发系统管理软件。 用户开发系统管理软件时需要利用机架管理控制器接 口, 它们通常由机架生产厂商提供。由于不同厂商的机架管 理控制器其 SNMP MIB 都是私有的, 用户如果同时使用了多 个厂商的机架管理控制器或者中途更换另一个厂商的机架 管理控制器, 就需要针对新的 SNMP MIB 重新开发系统管理 软件。这样不仅会增加开发成本, 还会延长开发时间( 因为开 发人员熟悉私有 MIB 需要一段时间) 。此外, 系统管理人员学 习使用新版本系统管理软件也需要花费一定的时间。 3 通用 ATCA 系统管理软件开发方案 3.1 实现原理 HPI 的很多概念是由 IPMI 引申而来的, 它在 IPMI 之 上提供了一个抽象层, 只要被管理平台有足够的能力可以 被建模, 它便可以提供一个更通用的模型。系统可用性论坛 于 2005 年 12 月颁布了一个附加规范, 针对 ATCA 系统如 何使用 HPI 进行了详细的定义[4]。通过 HPI 提供的 API, 可 以对系统的硬件资源进行访问和控制, 如管理热插拔和进 行机架内 FRU 的上电控制等 [5], 可以管 理 系 统 中 的 核 心 组 件, 从而缩短系统管理软件的开发周期和增加程序的可移 

研究与开发 ATCA 平 台 开 发 的 两 种 扩 展 插 件 分 别 是 IPMI 插 件 和 IPMI Direct 插件, 它们均支持 HPI B.01.01 定 义 的 ATCA 映 射 规 范 。 IPMI 插 件 使 HPI 能 够 通 过 IPMI 驱 动 访 问 本 机 的 ATCA 硬 件 资 源 信 息 , IPMI Direct 插 件 使 HPI 可 以 通 过 网 络访问远端的 ATCA 硬件资源信息。因为本文提出的方案 要实现网络访问, 所以选用 IPMI Direct 插件。 安 装 OpenHPI 时 , 首 先 需 要 在 Linux 环 境 下 安 装 OpenHPI 的 各 种 支 持 包 ( uuid-dev、libltdl3-dev、libc6-dev、 libtool g++、get glib) , 然 后 选 择 合 适 的 配 置 模 式 进 行 安 装 。 在 OpenHPI 连 接 配 置 中 选 择 模 拟 器 方 式 , 通 过 Wireshark 等抓包工具确保 OpenHPI 移植成功后, 再 配 置 IPMI Direct 插件连接到机架管理控制器( 在配置中需要指定所连接的 机架管理控制器的 IP 地址、RMCP 使用的端口号、登录用 户名和密码) 。在成功连接后, IPMI Direct 插件采用多线程 方式与远端的机架管理控制器交换信息, 支持传感器数据 读、FRU 数据读写、ATCA 热 插 拔 、系 统 事 件 日 志 、ATCA 供 图 3 基 于 HPI 的 通 用 ATCA 系 统 管 理 软 件 实 现 步 骤 电和复位控制等。 3.2 实现步骤 基于 HPI 的通用 ATCA 系统管理软件实现步骤如图 3 所 示, 主 要 包 括 连 接 机 架 管 理 控 制 器 、配 置 HPI Server、配 置 SNMP 接口和开发系统管理软件 4 个步骤。 3.2.1 连接机架管理控制器 HPI Server 通过网络连接机架管理控制器, 访问系统 的各种硬件资源, 因此首先需要选择合适的连接方式。机 架 管 理 控 制 器 提 供 的 SNMP、Web 访 问 和 命 令 行 接 口 虽 然 使用方便, 但都是基于私有协议定义 的 。在 ATCA 标 准 中 规 定 了 所 有 的 机 架 管 理 控 制 器 都 要 支 持 基 于 以 太 网 的 IPMI LAN 接口。该接口是基于 RMCP UDP 报文实现的, 采 用 RMCP 对 IPMI 报文进行封装, 使其可以通过以太网进行 传输, 并针对 LAN 接口的特点增加了会话连接和认证等功 能。因此选择 RMCP 作为 HPI Server 与机架管理控制器之 间的连接方式。 借助 RMCP, 管理软件与机架管理控制器之间可以互相收 发 IPMI 报文。由于 IPMI 报文可以提供最底层的硬件访问和控 制功能, 因此避免了命令行等接口进行二次封装造成的信息损 失。在成功连接机架管理控制器后, 可以通过 IPMI Tool 测试 RMCP 连接, 保证在进行后续工作时 RMCP 已经正常连接。 3.2.2 配置 HPI Server HPI Server 采用移植 OpenHPI 的方式实现。目前针对 58 HPI Server 成 功 移 植 后 , 通 过 启 动 Openhpid 来 使 用 HPI 提供的服务。这时可以通过 OpenHPI 提供的图形化辅 助工具 HPI View 查看 HPI Server 运行状况。HPI View 是基 于 HPI API 开发的, 通过它可以浏览 HPI Server 提供的信 息, 监视其运行状态。通过在 HPI 的配置文件里打开日志 记录, 可以把 HPI Server 的运行状态信息写入日志文件。 3.2.3 配置 SNMP 接口 为 了 能 够 通 过 SNMP 访 问 HPI 提 供 的 信 息 , 需 要 在 HPI Server 之 上 实 现 Net-SNMP 和 OpenHPI SNMP Subagent。Net-SNMP 包 含 一 个 可 扩 展 的 代 理 , 用 于 响 应 获 取管理信息的 SNMP 查询请求, 可以通 过 动 态 加 载 模 块 、 外 部 脚 本 和 命 令 进 行 扩 展 , 并 支 持 SNMP 代 理 扩 展 协 议 AgentX。OpenHPI SNMP Subagent 是基于 Net-SNMP 开发的 代理, 它通过 HPI API 从 HPI Server 获取管理信息, 并将这 些 信 息 通 过 AgentX 协 议 提 供 给 Net-SNMP, 进 而 将 HPI 中 的信息以 SNMP 接口的方式提供给系统管理软件。 HPI SNMP Agent 的安装方法和 OpenHPI 类似, 首先在 Linux 平 台 下 安 装 相 应 的 支 持 包 ( libperl-dev) , 然 后 选 择 合 适 的 配 置 模 式 进 行 安 装 。通 过 hpiSubagent 命 令 可 以 启 动 HPI SNMP Agent, 通 过 Net-SNMP 内 置 命 令 snmpwalk 可 以 确 认 HPI SNMP Agent 是 否 安 装 成 功 ( snmpwalk -v2c -c public localhost HPI-B0101-MIB::hpiB0101) 。可以使 用 基 于 Net-SNMP 图 形 化 工 具 包 MIB Brower 访 问 HPI SNMP 

Agent, 监视其工作状态。OpenHPI SNMP Subagent 中包含了 对资 源 、时 间 、硬 件 传 感 器 和 控 制 以 及 HPI 规 范 中 定 义 的 其他元素的支持。如果 MIB Brower 能够连接到 HPI SNMP Agent, 并 能 获 取 HPI Server 的 相 关 信 息 , 说 明 HPI SNMP Agent 工作正常, 可以进行后续系统管理软件的开发。 3.2.4 开发系统管理软件 可以基于 HPI API 或者 HPI SNMP Agent 开发系统管理 软件。基于 HPI API 开发, 由于无需封装 SNMP 接口, 因此开 发的系统管理软件具有更高的运行效率。基于 HPI SNMP Agent 开发系统管理软件, 可以借助更多的开发工具, 编程人 员可以借鉴以往开发 SNMP 应用程序的经验, 从而能够降低 开发难度和成本。在搭建演示系统时, 选择基于 HPI API 开 发系统管理软件, 并为 ATCA 的系统管理提供以下功能。 · 报警和通告功能: 在 系 统 组 件 出 现 告 警 或 故 障 时 及 时通告用户。 电信科学 2008 年第 3 期 由 于 硬 件 监 控 采 用 开 放 的 HPI, 因 此 当 系 统 增 加 新 的 ATCA 机框设备时, 只需在通用系统管理软件的配置文件 中增加新的连接信息即可。 4 结束语 ATCA 系 统 作 为 一 种 开 放 的 模 块 化 电 信 平 台 解 决 方 案, 对 其 上 运 行 的 系 统 管 理 软 件 提 出 了 更 高 的 要 求 , 如 基 于开放标准、良好的移植性和跨平台特性等。本文提出的 基于 HPI 的通用 ATCA 系统管理软件, 可以满足电信行业 对高可靠性和开放性不断提升的需求。 参考文献 1 PICMG 3.0 Revision 2.0 AdvancedTCA base specification. PCI Industrial Computer Manufacturers Group, March 2005 2 Hardware platform interface specification SAI-HPI-A.01.01. · 事件操作功能: 供 用 户 监 视 和 查 询 系 统 运 行 中 产 生 Service Availability Forum, 2002 的各种事件。 · 传感器监视功能: 用 户 可 以 监 视 系 统 中 的 各 种 传 感 器读值。 · 控制功能: 用 户 可 以 设 置 系 统 中 的 各 种 可 控 组 件 , 如指示灯显示和 FRU 热插拔等。 3 Intelligent platform management interface specification v1.5, Document Revision 1.1. Intel, Hewlett-Packard, NEC, Dell, February 2002 4 HPI-to-AdvancedTCA mapping specification SAIM-HPI-B.01.01- ATCA. Service Availability Forum, December 2005 5 Shureih T. A closer look at HPI, CompactPCI & AdvancedTCA · 管理参数配置功能: 用 户 可 以 配 置 系 统 中 的 各 种 管 Systems, May 2006 理策略, 如报警阈值设置及上电策略等。 在 实 际 开 发 中 , 用 户 可 以 根 据 系 统 的 具 体 需 求 , 将 业 务和硬件管理信息集成, 这样系统管理员无需切换到不同 的软件, 就可以对多个 ATCA 机框内的业务和 硬 件 信 息 进 行监控, 实现了 ATCA 业务管理和硬件 监 控 的 无 缝 集 成 。 6 Inte.l Chassis management module software and firmware (CMM 7.1) for the Intel.NetStructure MPCMM0001 and MPCMM0002 Chassis Management Modules, March 2007 7 Shelf management software reference ATCA-2210 switch and control module & ATCA-2100 switch and control module. Radisys, December 2006 Resear ch on Unifor m ATCA System Manager Softwar e Development Based on HPI Inter face Zhang Qizhi1,2, Sun Gang1, Gao Yihe1 ( 1.Shanghai Engineering Research Center for Broadband Technologies & Application, Shanghai 200336, China; 2.Shanghai Institute of Micro-system and Information Technology, Shanghai 200050, China) Abstr act ATCA platform has developed at a high speed in last several years with its applications in 3G, IPTV, IMS, etc. However, the development of system manager on ATCA is still based on the private MIB from various manufacturers, and the user cannot develop a uniform system manager for different shelves from various manufacturers. This paper proposes a kind of uniform ATCA system manager based on HPI interface, and discusses the realization of this uniform ATCA system manager. Key wor ds ATCA, HPI, system manager, SNMP ( 收 稿 日 期: 2008- 01- 01) 59