CompactPCI 之系统管理设计与应用
CPCI特点
CPCI特点概述Compact PCI（Compact Peripheral Component Interconnect）简称CPCI，中文又称紧凑型PCI，是国际工业计算机制造者联合会（PCI Industrial Computer Manufacturer's Group，简称PICMG）于1994提出来的一种总线接口标准。
是以PCI电气规范为标准的高性能工业用总线。
为了将PCI SIG的PCI总线规范用在工业控制计算机系统，1995年11月PCI 工业计算机制造者联合会（PICMIG）颁布了CPCI规范1.0版，以后相继推出了PCI-PCI Bridge 规范、Computer Telephony TDM规范和User-defined I/O pin assignment规范。
在电气特性上，CPCI总线以PCI电气规范为基础，解决了VME等总线技术与PCI总线不兼容的问题，使得基于PC的x86架构、硬盘存储等技术能在工业领域使用。
同时由于在接口等地方做了重大改进，使得采用CPCI技术的服务器、工控电脑等拥有了高可靠性、高密度的优点。
在机械结构上，CPCI总线结构使用了欧卡连接器和标准3U、6U板卡尺寸。
此外，CPCI 总线具有很好的抗震性和通风性，而且还可以从前面板拔插板卡，使更换和维修板卡极为方便。
CPCI特点CPCI技术是在PCI技术基础之上经过改造而成，具体有三个方面：一是继续采用PCI局部总线技术；二是抛弃IPC传统机械结构，改用经过20年实践检验了的高可靠欧洲卡结构，改善了散热条件、提高了抗振动冲击能力、符合电磁兼容性要求；三是抛弃PCI的金手指式互连方式，改用2mm密度的针孔连接器，具有气密性、防腐性，进一步提高了可靠性，并增加了负载能力。
CPCI所具有可热插拔（Hot Swap）、高开放性、高可靠性。
CPCI技术中最突出、最具吸引力的特点是热插拔（Hot Swap）。
CompactPCI—Express系统在工业控制领域的发展
Ｃｏ ａ ｔＣＩＥ ｐｅ ｓ系 统 在 工业 控 制 领 域 的发 展 ｍｐ ｃＰ － ｘ ｒｓ
Ｃ ｍｐ ｃＰ Ｅ ｐｅ ｓ ｏ ｔＣＩ ｘ ｓ 系统在工业控制领域的发展 ａ － ｒ
．
Ｃｏ ｐ ｃ Ｐ －Ｅ ｐ ｅ ｓ Ｓ ｓｅ ｍ ａ ｔ ＣＩ ｘ ｒ ｓ ｙ ｔ ｍ ｖ ｌｐ Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｉ ｎ ｕ ｔ ｎ ｒ ｌ ｅ ｎ ｎ Ｉ ｄ ｓ ｒ Ｃｏ ｔｏ ｙ Ａｒ ａ
１ Ｃｏ ａ ｔ ＣｌＥ ｐｅ ｓ发展 现状 ｍｐ ｃ Ｐ — ｘ ｒｓ Ｃｏ ａ ｔ Ｃｌ 范 成 熟 之 后 ，产 品应 用 不 断 拓 宽 ，同 时 ， ｍｐ ｃ Ｐ 规
能、 数据 传 输 带宽 的高 要求 ， ｍｐ ｃ Ｐ 应 用减 少 ， Ａ Ｃ Ｃｏ ａ ｔ ＣＩ 而 Ｔ Ａ规
集 中在 ３ 简单 系统 方 面 ， 少 涉及 ６ ｏ ａ ｔ Ｃｌ Ｅ ｐ ｅ ｓ Ｕ 很 Ｕ Ｃ ｍｐ ｃ Ｐ — ｘ ｒｓ
能 、 功耗 要 求 ， 大 因此 ， 于 ２ ０ 对 ０ ５年 以后 的 电信 硬件 平 台 ， Ｔ Ａ ＡＣ 规 范 的 产 品得 到 大 力 发 展 ， ｏ ａ ｔＣＩＥ ｐｅ ｓ却 是 风 平 浪 Ｃ ｍｐ ｃＰ — ｘ ｒｓ 静 ！ Ｔ Ａ、 ＣＡ的诞 生 ， 本上 使 得 Ｃ ｍｐ ｃＰ — ｘ ｒｓ 从 Ａ Ｃ ＭＴ 基 ｏ ａ ｔＣＩＥ ｐｅ ｓ
ｃ ｏｍｐｕ ｅ ，ｎｄ ｔｗｉ ｔ ｒａ ｉ ｌ ｌ ｔｇｒ ａ ｏｎｒｂ ｔ ｏ ｈ ｍｉｔ ｙ ｉｄｕ ｔ ． ｇｅ ｅ ｔ ｃ ｔｉｕ ｉ ｔ ｔｅ ｏｎ ｌａｒ ｎ ｓ ｒ ｉ ｙ
Ｋ ｙ ｒｓ Ｃ ｍｐ ｃ Ｐ ， ｏ ｅ ｗｏ ｄ ： ｏ ａ ｔ ＣＩ ｍｐ ｃ Ｐ —Ｅ ｐ ｅ ｓｔ ｅ ｔ ｉ ｎ ｕ ｔ ｏ ｔ ｌ ｏ ｕｅ Ｃ ａ ｔ ＣＩ ｘ ｒ ｓ ， ｈｒ ｉｄ ｓｒ ｃ ｎ ｒ ｍｐ ｔ ｒ ｈ ｄ ｙ ｏ ｃ
基于CompactPCI架构的核测井地面数据获取系统设计与实现
以核物理、 核 电子学和核地质 学为基础 的交叉 科学。核测井系统 由车载地面仪器、 井下 仪器 以及一体化处理解释软件组成 。如 图 １ 所示 ， 井下仪器通过一根长距离铠装 电缆下放到井下
办法直接将 电缆上 的信号作为数字信号处理。 因此 ， 地面数据采集 与处理 技术成为核测井仪
井下仪器会将前端电路输出的模 拟信号直接在 本地进行数字化后交 由通信处理单元进行处理
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２— ０ ５—１ ６
基金项 目： 国家 高技术 研究 发 展计 划 （ ８ ６ ３ 计划） 资
助项 目（ ２ ０ ０ ６ Ａ Ａ ０ ９ Ａ １ ０ ２—０ ２ ） 。 图１ 典型核测井 设备结构 图
摘要 ： 介绍 了一种 基于 Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｃ ｔ Ｐ Ｃ Ｉ 架构 的用 于核测 井 的地面数 据采 集与 记录 系统 。该 系统将井
下仪器上传数据进行数字化后交由Ｆ Ｐ Ｇ Ａ硬件实现的数据解码算法进行数据恢复， 结合高效的人机结
合训练方法 ， 本 系统能够 完成 井下数据长距 离的实时传输 、 处理和存储 ， 最高数 据率达 到 ２ ３ ０ ｋ ｂ ｐ ｓ ， 传输 距 离达到 ７ ０ ０ ０ ｍ。本 系统结构 简凑 、 架构合理 ， 易 于扩 展 、 升级和 使用 ， 能 够胜任 不 同规格 的 电缆 和井 的通信 。该系统对于其 它如垂直地震 剖面测井 、 声 波测 井 以及相关远距 离 、 实 时数据传输 等应用有 着重
第３ ３卷
２ ０ １ ３年
第 ２期
２月
Байду номын сангаас
核 电子学 与探 测 技术
Ｎｕ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ＆ Ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
CPCI先进管理平台的电源结构
先进管理平台的电源结构关键词：计算功率容量，冗余机制，智能管理技术白皮书Tony Romero产品经理Performance Technologies【简介】过去五年来，CompactPCI作为设备制造商开发高可用嵌入式应用的基础架构已经得到广泛认可，其强大的、标准的、低成本的运算性能以及热插拔和高可用性使之成为通信和军事应用的理想平台。
基于包交换的先进管理平台采用CompactPCI结构，并进一步配置全面的管理和一系列高度兼容、功能完善的部件从而实现了“一切就绪，只欠应用”的平台。
如果企业考虑采用先进管理平台开发应用，那么需要思考几个电源结构的问题：1、计算功率容量。
由于高性能板卡消耗大量电能，使之成为一个复杂问题，一方面必须考虑所有耗电部件，另一方面还要注意四个电压5V，3.3V，12V和－12V的电流限制。
2、先进管理平台支持多种电源配置以平衡成本、功率容量和冗余三者的关系。
3、新一代CompactPCI电源提供标准的智能平台管理接口（IPMI）。
在高可用性应用中，电源可能是一个易出故障的部件，通过增添智能管理，这些电源可以受到密切监视，甚至在故障发生之前给出预报。
4、最后，隔离的供电输入结构为平台提供了另一层的高可用性和可靠性。
本文讲述如何为先进管理平台计算功率容量，帮助读者选择与具体应用相适应的电源配置，详细描述了不同管理接口的性能，与采用“或”二极管将输入连在一起的结构对比，解释隔离供电输入结构的重要性。
【先进管理平台电源结构】一、12U平台电源结构在我们讨论细节之前，先来认识先进管理平台的电源结构，下图的供电结构与Performance Technologies公司的IPnexus系列ZT5085e、CPC5086和ZT5088e 12U平台的供电结构基本类似。
图1 12U先进管理平台的电源结构这个直流输入的12U先进管理平台采用两路隔离的－48V输入，为了获得高可靠性，这两路输入没有用二极管“或”在一起。
CompactPCI Serial规范概述
简洁高效的下一代工业计算机CompactPCI Serial规范概述CompactPCI Serial是国际PICMG组织定义的CompactPCI总线的后继标准（版本号CPCI-S.0）。
这个新结构的开发重点在于保持CompactPCI生态系统的优势，不仅考虑到硬件设计，而且关注了软因素的影响，包括技术人员的知识与经验，以及产业链的高附加价值。
1、关于CompactPCI SerialCompactPCI Serial规范定义了一个模块化计算机系统，包括：·一个无源背板·一个系统槽·多达24个外设模板CompactPCI Serial定义了对PCI Express、SATA/SAS、USB和Ethernet的同步支持。
PCI Express、SATA/SAS和USB是简单的星型结构，Ethernet是全网结构。
CompactPCI Serial无需交换模板。
为了支持高速串行接口，新规范引入了一个新连接器，兼容IEEE1101标准。
CompactPCI Serial支持的数据带宽高达8 Gb/s PCI Express、6 Gb/s SATA和USB 3.0、以及10 Gb Ethernet。
机械设计与CompactPCI完全兼容并且可以在现有系统中互操作。
新规范允许实现混合背板设计，包括CompactPCI Serial和CompactPCI、CompactPCI PlusIO 和/或CompactPCI Express。
新规范支持3U和6U模板但以3U为主。
在3U设计中引入了导冷概念，允许所有模板在导冷环境工作。
2、从CompactPCI移植到CompactPCI SerialCompactPCI是当前主流的模块化计算机的行业规范，IEEE 1101兼容结构的坚固性是业界公认的，其电气接口基于并行PCI总线，这一技术正在被串行高速点到点连接所取代。
CompactPCI Serial采用了与CompactPCI完全兼容的机械结构，同时采用串行互连技术。
高可用冗余热切换CPCI系统总线仲裁设计
第33卷第5期中 国 科 学 技 术 大 学 学 报Vol.33,No.5 2003年10月JOURNAL O F UNIVERS ITY OF SCIENCE AND TE CHNO LO GY O F CHINA Oct.2003文章编号:0253 2778(2003)05 0510 08高可用冗余热切换CompactPCI系统总线仲裁设计杨小军,宋克柱,束礼宝(中国科学技术大学近代物理系快电子学实验室,合肥230027)摘要:CompactPCI(以下简称CPCI)高可用冗余热插拔系统平台,采用1+1双主系统槽冗余热切换结构,支持主系统槽冗余备份、故障板隔离、热切换以及动态配置,达到99.999%的高可用性.高可用系统总线仲裁器的设计是保障该系统热切换的关键逻辑,其性能直接影响整个系统的可靠性和传输带宽等指标,本文提出了一种CPCI 总线仲裁器,并在EPLD(erasable programmable logic device可编程逻辑器件)中实现该逻辑.实际测量的结果表明该方案是一种公平、高效的总线仲裁器,完全满足高可用CPCI系统平台的要求.关键词:CompactPCI;总线仲裁;高可用;热切换中图分类号:TP302.1 文献标识码:A0 引言计算机技术的发展,使得人们更多的利用计算机系统来处理很多关键任务,一旦计算机系统出现故障,那就意味着大量的财产损失和人力等资源的浪费,有时甚至是致命的灾难,这就直接导致了对高可用(hig h av ailability,以下简称HA)计算机系统的需求不断增长.开放式无源背板CPCI总线,既具有PCI总线的高性能,又具有欧洲卡(Eurocard)结构的高可靠性,非常适合在可靠性要求较高的工业和军事设备中的应用.硬件冗余是高可靠性系统中常用的策略,如果一个部件失效,它的后备部件将自动取代失效的部件,保持系统继续运行.硬件的热切换是指在系统运行中间用新的部件代替失效的部件,以保持硬件冗余.CPCI热切换规范将可靠级分成几个等级,基础热切换(basic hot sw ap)只支持I/O接口板(以下简称I/O板)硬件逻辑的自动连接,而软件连接则需要操作者来完成;完全的热切换(full hot swap)支持I/O板的自动连接,并以PCI寄存器为基础,通过一种分布信号表示途径来完成软件连接;高可用性热切换(high availability,HA)不仅支持I/O板热切换,还支持系统板的热切换,其硬件连接由软件控制自动完成,采用一种附加收稿日期:2002 10 21作者简介:杨小军,男,1976年生,博士研究生.研究方向:数据采集技术,高速数据交换与处理.E mai l:yx j@cpi .c n的、集中式信号产生机制来全面控制每个槽位的硬件连接,一旦某个槽位出现问题可以断电并与系统隔离,从而消除故障影响.我们所设计的系统就是属于HA 系统.1 系统结构我们设计的HA 系统属于双主系统槽冗余热插拔系统,系统框图如下:图中的P2P 桥是PCI to PCI 桥片的简称.图1 双主系统槽冗余系统Fig.1 R edundancy System该系统为16槽位双主系统槽结构,其中I/O 接口板12块,主系统板和热切换控制/PCI 桥接板(以下简称桥板)各两块.如图1,12个I/O 板分成两段,每6个合成一个CPCI 域,这12个I/O 板满足CPCI 热切换规范的HA 模式,同时还可以组成2N 或N +1冗余备份系统.由图1可以看出,由一个系统板和一个桥板组成的一个系统板和桥板对就可以对两个Domain 的12个I/O 板进行管理和热切换控制,而我们的HA 系统采用两套系统板和桥板来做冗余备份,使得整个系统的可用性有了更大提高,能满足可靠性99.999%,年故障时间小于5分钟的苛刻要求.对于I/O 板热切换和冗余备份,这里不做赘述,本文将重点讨论为了保障主系统板和桥板对热切换过程的顺利进行所设计的总线仲裁器系统的原理与实现.2 C PCI HA 系统总线仲裁器的原理及实现2.1 PCI 总线仲裁器的基本原理PCI 总线是共享总线,在PCI 总线上可以连接多个PCI 主设备.在任意时刻,可能会有一个或多个PCI 主设备要求使用总线进行数据传输.为了不发生总线竞争,各个PCI 主设备在使用总线前,必须提出申请(request),得到PCI 总线仲裁器的总线许可(grant)后,才能511第5期 高可用冗余热切换CompactPCI 系统总线仲裁设计使用总线.在任何时刻,只能有一个PCI 主设备在进行总线交易.PCI 总线仲裁器就是对总线上的所有主设备请求使用总线进行控制,使得每一个时刻只有一个PCI 主设备作为总线控制器,避免总线冲突,提高系统的整体性能.PCI 总线仲裁是集中仲裁(也称独立仲裁),仲裁机制示意图如图2所示.图2 P CI 总线仲裁机制示意图Fig.2 Arbitration mechanism of PCI BusPCI 总线的信号协定,PCI 总线仲裁主要通过REQ #和GNT #两个信号来实现,REQ #为设备请求总线信号,GNT#为仲裁器允许总线请求信号.PCI 总线仲裁器是一种基于事件而不是基于时间的隐式仲裁器.所谓基于事件,即对PCI 主设备的每次访问总线都必须经过仲裁得到许可后才能进行,访问停止,总线许可立即收回.PCI 总线传输机制允许在当前获得总线许可的主设备正在进行总线交易时,进行下一次总线使用权的仲裁.在执行总线仲裁时,PCI 仲裁器没有浪费任何总线周期,因此称为隐式仲裁.隐式仲裁可以减少仲裁本身的延时,提高仲裁效率.总线停靠,所谓总线停靠(bus parking )是指总线仲裁器在没有设备使用总线或者也没有设备请求使用总线的情况下,根据一定方式选定一个设备给它发出GNT #信号,从而选择一个缺省的总线拥有者.缺省所依据的方式一般采用固定为某一设备或选择最后一次使用总线的设备等,有时也可指定自己(仲裁器)为缺省的拥有者.这样做的目的是使总线不会发生漂移(floating),即保持所有设备的CMOS 输入缓冲区不产生震荡和过大的漏电流.这是设计总线仲裁器必须要考虑的问题.原则上讲,总线仲裁优先级算法与PCI 总线技术规范无关,设计者可以根据实际需要自由设计,只要满足设备所要求的访问延迟.一般采用的仲裁算法有两种:一种是固定优先级算法,一种是循环优先级算法.固定优先级是指各个PCI 主设备的优先级是事先确定的,在总线仲裁过程中是不会变化的,其优点就是等级分明,可以对那些有重要数据传输、或大容量数据传输、经常使用总线的设备赋予较高的优先权,缺点是容易导致设备 撑死 和 饿512中国科学技术大学学报 第33卷死 现象;而循环优先级算法则不同,各个主设备的优先级在总线仲裁器过程中是根据总线控制权的使用状态而变化的,是最公平总线仲裁,其缺点就是在有大容量数据传输时效率不高.2.2 C PC I 总线仲裁器的设计CPCI 总线是PCI 总线的一种工业化加固,它也满足上述的PCI 总线规范和仲裁协议.根据图1,可以得到一个CPCI HA 系统总线仲裁算法循环图,如图3.图3 CPCI HA 系统总线仲裁系统算法Fig.3 A lgorithm of Bus Arbitration o f CPCI HA System其中,A0和B0代表PCI to PCI 桥片;P1和P2分别代表主系统槽1的PCI 主桥和其他PCI 主设备,S1和S2分别代表主系统槽2的PCI 主桥和其他PCI 主设备;A1~A6分别代表CPCI DomainA 的6个I/O 板,B1~B6分别代表CPCI DomainB 的6个I/O 板.可见,CPCI HA 系统从总线角度来看就是两段CPCI 总线被两段Local PCI 总线连接在一起,这两段Local PCI 总线互为备份.系统可以配置成多种工作模式:一是单系统模式,在普通的不需要高可靠性冗余热插拔的应用中,本系统可以直接配置成一个单系统的CPCI 系统,只用一对系统板和桥板来控制12个I/O 板;二是主备工作模式,两套系统板和桥板都在工作,但只有一对系统板和桥板对控制12个I/O 板,而另一对系统板和桥板对处于Standby 状态,两套系统,通过Heartbeat 和Checkpoint 协议进行互连通信,一旦协议失败,Standby 系统将取代现行工作系统对12个I/O 板进行管理控制;三是主主工作模式,两套系统板和桥板都在工作,而且两套系统都只控制一个CPCI 域的6个I/O 板,当某一个系统出现问题时,另外一个系统会接管该系统,管理两个CPCI 域的12个I/O 板.对于单系统模式,可以把它直接看成一种普通CPCI 总线的扩展,如图3中所示,不考虑Local PCI 系统槽2,没有系统板和桥板对的热切换,也就没有总线的隔离和总线控制权的转移.因此,针对这种模式的总线仲裁的设计,可以直接将整个总线系统分成三段PCI 总线来处理,两段CPCI 总线的仲裁可以直接使用P2P 提供的内部PCI 总线仲裁器,Local PCI 总线仲裁器可按上述PCI 总线仲裁器的原理选用循环优先级来实现,这不是本系统的设计目标,故不再多说明.而对于主备模式,或是主主模式,可以进行主系统槽的热切换,才是我们CPCI HA 系统的重点所在,下面来详细说明.513第5期 高可用冗余热切换CompactPCI 系统总线仲裁设计514中国科学技术大学学报 第33卷在CPCI HA系统中,无论是上述主备模式还是主主模式,当主系统槽出现故障或是为了升级系统更新软件时,都需要进行主系统槽的热切换,这就必须先进行总线控制权的转移,然后才能将故障系统或需要升级的系统与CPCI系统隔离,总线控制权的切换是本HA 系统的核心.为了保证在总线控制权的切换时总线上没有数据传送,在切换前必须终止总线上的数据传送,以免数据丢失.这就必须在切换前先锁定总线,使总线上所有的设备因无法到总线许可GNT#而停止总线上所有的活动.由于桥片片内具有上行和下行FIFO,在总线转移时,为了不丢失数据,必须要等FIFO的数传输完成后才能切换,因此,在总线锁定时还必须分两级锁定.在总线锁定的具体实现时,即先锁定CPCI总线,延时适当的时间,等桥片内的数据缓冲区的数据传输完毕后,再锁定Local PCI总线.对某段CPCI总线来说,锁定CPCI总线,即收回该域的6个I/O槽位的总线仲裁许可信号(grant).尽管我们选用的桥片Intel21154具有9个二次侧PCI主设备的仲裁能力,但21154的仲裁器无法满足冗余系统槽CompactPCI HA系统需要分级锁定总线的要求,因此,需要设计一个外部仲裁器完成CPCI总线的仲裁.2.3 C PC I总线仲裁器的逻辑实现为了实现总线控制权的切换,在设计仲裁器时,除了使用PCI总线规范所规定的信号外,还必须增加两个额外的信号来实现总线的二级锁定.可以设计一个Lock_IO#信号,来控制CPCI总线6个I/O板的总线锁定;设计一个Lock_HS#信号,来控制Local PCI总线对桥片的锁定.我们以主备模式为例来分析仲裁器的工作过程.在正常工作中,假设Domain A的一个I/O板B要向Domain B的一个I/O板3中写数据,从图3中可以看出,首先I/O板B要向CPCI总线仲裁器申请使用Domain A的CPCI总线,得到许可后将数据写入P2P桥片A中,桥片A再向Local PCI总线仲裁器申请使用Local PCI总线,把数据写到控制Domain B的桥片1中,桥片1再向Dom ain B的CPCI总线仲裁器申请使用Dom ain B的CPCI总线,把数据写到Domain B的I/O板3中,这样就完成了这次数据的跨域传输.当在总线上有数据传送时,需要热切换系统板和桥板对,热切换控制模块就必须向总线仲裁系统发出Lock_IO #信号,Lock_IO#信号有效后,仲裁器将关闭所有I/O板的总线使用请求许可,并且锁定Local PCI总线,只有桥片可以得到总线使用权,根据所使用桥片中的上下行FIFO容量的大小,确定一个合适的延迟时间,保证所有FIFO中的数据可以倒空后,热切换控制模块就将发出Lock_HS#信号,该信号有效后,所有总线(包括Local PCI总线)使用请求都将被屏蔽,并且使所有Grant#信号处于高阻态,被接管的系统板和桥板的P2P桥片也受热切换逻辑的控制进入Jtag状态,所有二次侧信号都处于高阻态,实现被接管系统与CPCI总线的隔离.同时,接管板也在热切换逻辑的控制下退出Jtag高阻态,并逐步放开Lock_HS#和Lock_ IO#信号,开始接管CPCI系统,恢复系统,继续运行,并且不改变系统接换前对所有I/O的控制信息[5].根据上面的分析,我们设计的CPCI HA系统的总线仲裁器有三个总线仲裁器组成,包含一个Local PCI总线仲裁器和两个对称的CPCI总线仲裁器,其中CPCI总线仲裁器要点如下:!总线停靠在桥片,而不象普通PCI总线那样,停靠在最后一个使用的设备;∀加入两级总线所定信号Lock_IO#和Lock_HS#,可以灵活关闭总线许可信号GNT#;#一共有7个主设备,6个I/O 板和一个桥片.Local PCI 总线仲裁器相对简单一点,只要考虑当Lock_IO#信号有效时,锁定总线,只允许桥片申请总线就可以了.我们用两片EPLD 来实现这三个总线仲裁器.桥板上的只做一个CPCI 总线仲裁器,而系统板上的包含一个LocalPCI 总线仲裁器和一个CPCI 总线仲裁器.两个CPCI 总线仲裁器相同,LocalPCI 总线仲裁器相对简单一点,我们就选用一个CPCI 总线仲裁器为例来说明一下其具体的实现.具体设计代码时,还要注意几个PCI 总线仲裁器的协定:(a)若设置了GNT#信号无效而FRAME#有效时,当前的数据传输是合法的且继续进行下去.(b)如果总线不是处在空闲状态,则一个设备的GNT #信号有效和另一个设备的GNT#信号无效之间必须有一个延迟时钟,否则会在AD 线上和PAR 线上出现时序竞争.(c)当FRAM E#无效时,为了响应更高优先级主设备的服务,可以在任意时刻置GNT #和REQ#无效.若总线占用者在GNT#和REQ #设置后,在处于空闲状态16个PCI 时钟后,仍未开始数据传输,仲裁器允许当前主机 打破 这个状态.仲裁器也可以在任意时刻移去GNT#,以便服务于一个更高优先级的设备.同时屏蔽此设备的REQ#信号,直到该信号被设备置高为止.根据前面讲的PCI 仲裁器的基本原理,我们设计如下框图中的CPCI 总线仲裁器逻辑框图,其中以一个带指针的可编程循环优先级编码器为核心逻辑,加上两级总线锁定机制,结图4 CPCI 总线仲裁器详细逻辑模块图Fig.4 Log ical module of CPCI Bus Ar bitrator515第5期 高可用冗余热切换CompactPCI 系统总线仲裁设计合上面的几个总线仲裁协定,实现了完整的符合我们要求的高效、公平、带系统板热切换要求的CPCI 总线仲裁器.3 测试结果我们对CPCI HA 系统仲裁器进行过长时间的测试.首先是测试仲裁器的时序、公平性及仲裁效率.测试方法:将7个Reqn[6:0]都满负荷运行,即所有的槽位主设备都申请使用总线进行数据传输.用逻辑分析仪观察总线申请和总线许可的波形.同时让这7个主设备都进行数据传输,经过长时间的运行,观察各路数据传输总量,6个I/O 槽位的单板及工作模式完全相同.测试结果:经过72小时的运行,观察到各路数据传输总量非常接近.没有发生 饿死 现象,也没有死机.用逻辑分析仪记录的仲裁器的仲裁波形如图5所示.从图中所示波形可以看出,我们设计的这个CPCI 仲裁器是一个公平、高效的仲裁器(图中只有5个I/O 板在工作).更关键的测试就是主备切换,总线切换时数据的传输是否正常.我们采用主备方式,不停的倒换,连续运行72小时,测试的结果非常令人满意,没有死机、重起现象,数据的传输也很正常,达到我们预先的设计目标.图5 CPCI 总线仲裁器测试波形Fig.5 T est w ave of CPCI Bus Arbitrator516中国科学技术大学学报 第33卷4 总结本文所述的CPCI HA 系统支持双主系统槽热切换,可提供528MB/s 的峰值带宽,满足99.999%的高可用性要求,在航天航空、军事等有高可用系统要求的领域有着广阔的应用前景.而CPCI 总线仲裁系统是该系统的核心逻辑之一,本文就介绍了一种简便灵活的设计来实现公平可靠,高效合理的总线仲裁.参考文献[1] CompactPCI Specification PICM G2.0D3.0[S].September 24.1999.[2] Co mpactPCI Hot Sw ap Specification P ICM G2.1R1.0[S].M ay 14.1998.[3] PCI Local Bus Specification Revision 2.2[S].December 18.1998.[4] 宋克柱,杨小军,王砚方.冗余系统槽Com pactPCI 高可靠平台[J].系统工程与电子技术,2002,24(8):121 124.[5] 宋克柱,杨小军,王砚方.边界扫描测试JT AG 的原理及应用设计[J].电子技术,2001,28(10).Bus Arbitrator System Design of CompactPCI HighAvailability Redundant Hot Swap PlatformYANG Xiao jun,SONG Ke zhu,SH U Li bao(M odern Physics Dep t.of US TC ,He f ei 230027,China )Abstract:The CompactPCI hig h availability redundant hot-sw ap platform w ith dual primary system boards to hot sw ap w ith each other supports primary system board back up,automati cally isolates faulty boards,disconnects them and connects their replacements.The system can prov ide availability levels of 99.999%.A kind of bus arbitrator system of this HA platform w as advanced w hich is one of the most important core logical modules and implemented it in the E PLD.Testing results show that the logical module is a highly efficient and fair bus arbitrator that can totally satisfy the requirements of the high availability system platform totally.Key words:Com pactPCI ;bus arbitrator;hig h availability ;hot sw ap 517第5期 高可用冗余热切换CompactPCI 系统总线仲裁设计。
CPCI知识
CompactPCI总线技术概述2006-07-121、CompactPCI总线核心技术1997年8月，PICMG发布了第一个CompactPCI技术标准PICMG 2.0 Rev. 1.0，CompactPCI Specification。
1997年9月发布了PICMG 2.0 Rev. 2.1。
1999年10月发布了PICMG 2.0 Revision 3.0。
PICMG 2.0 R3.0是CompactPCI总线的核心标准，也是CompactPCI技术的精髓。
它由三项领先技术综合而成：·PCI局部总线的电气特性（PCI Local Bus Specification, PCISIG）。
·工业级欧洲卡封装结构和规格（IEC 60297-3 and –4, Eurocard Specification; IEEE 1101.11, IEEE Standard for Additional Mechanical Specifications for Microcomputers Using IEEE 1101.1 Equipment Practice）。
·IEC 2mm高密度针孔连接器（IEC-61076-4-101, Specification for 2mm Connector Systems）。
PICMG 2.0 Revision 3.0规定了背板上各插槽之间，系统槽与背板，I/O模板与背板之间严格的互连关系；定义了背板、模板和前后面板的结构和尺寸；定义P1支持32位PCI操作，P1和P2支持64位PCI操作，P3、P4和P5留给用户使用或作为总线扩展用。
规范还为33MHz和66MHz工作频率的Clock信号分布，定义了严格的设计规则。
规范还定义了系统管理总线，并为背板上每个插槽定义了唯一对应的物理地址。
CompactPCI系统由金属外壳和前、后面板组成的整体导电以及ESD电路设计，使得CompactPCI具有电磁辐射屏蔽和静电释放能力，表现出良好的电磁兼容性。
Compact PCI简介
Compact PCI简介2001/11/21一什么是Compact PCI？Compact PCI是一种基于标准PCI总线的小巧而坚固的高性能总线技术。
1994年PICMG （PCI Computer Manufacturer’s Group, PCI工业计算机制造商联盟）提出了Compact PCI 技术，它定义了更加坚固耐用的PCI版本。
在电气、逻辑和软件方面，它与PCI标准完全兼容。
卡安装在支架上，并使用标准的Eurocard外型。
二Compact PCI规格•业界标准PCI芯片组，以低价格提供高性能•单总线8个槽，可通过PCI桥扩展•欧式插卡结构•高密度气密2mm针孔接头•前面板安装和拆卸•板卡垂直安装利于冷却•强抗冲击和震动特性三Compact PCI的三大核心技术Compact PCI具有以下特点：•PCI局部总线•标准的Eurocard尺寸（根据IEEE 1101.1机械标准）•HD（高密度）2mm引脚与插座连接器（IEC认可，Bellcore）•PCI局部总线PCI即外围设备互联之意，1992年由Intel发布，很快成为商业PC机总线标准。
PCI是一种独立于处理器的数据总线，不但性能良好而且价格便宜。
PCI局部总线大意两种数据宽度：32位和64位，总线速度可达66MHZ，理论数据处理能力：32位为264MB/S，64位为528MB/S。
大多数计算机和操作系统都支持PCI。
因为有大量支持PCI的产品，使得PCI产品既便宜又容易买到。
拥有这些优势，PCI总线非常适合在高速计算和高速数据通讯领域中应用。
•欧式插卡机械结构欧式插卡机械结构是一种由VMEbus推广的工业级包装标准。
有两种欧式插卡规格：3U 和6U。
3U Compact PCI 卡尺寸为160mmx100mm，6U卡为160mmx233.35mm.。
Compact PCI卡的前面板符合IEEE 1101.1和IEEE 1101.10标准，并且可以包含可选的EMC密封圈以降低电磁干扰。
CompactPCI
产
品
透
视
１ 前 言
电 信 业 近 年 来 遇 到 史无 前例 的挑 战 ， 从传 统 的 政 府 保 护 到 面 对 市 场 的 自 由竞 争 从 以 语 音 服
持 最 多 ２５ ＰＣＩ Ｂｕｓ 同 时 运 作 ； ６ ◆ 高 可 靠 性 ： 适 用 恶 劣 环 境 ， 抗 干 扰 ， 热
◆ 易 管 理 自 我 纠 错 ， 自动 ｃ ｏｎＩｉ ｇ等 ， 可 简 化 管 理成 本 ：
◆ Ｃｏ ｍｐａｃｔ ＰＣＩ基 于 现 有 Ｐ ＣＩ 标 准 支 持 多
Ｃ ｏｍ ａ ＰｃＩ开 放 式 标 准 架 构 统 一 了 业 界 标 准 ， ｐ ￣ｔ 能 快 速 有 效 开 发 电 信 增 值 服 务 能 降 低 成 本 具
插 拔 ， 前 插 式 易 维 修 ， 防 震 ， 低 功 耗 等 ， 局
部 故障 对 服 务 运 行 没 有 影 响 ；
务 为 转 型 到 以 数 据 业 务 为 主 电 信 市 场 日 益 激 烈 的 竞 争 促 使 服 务 供 货 商 要 不 断 更 新 ， 开 发 增 强 型 有 附 加 价 值 及 竞 争 力 的业 务 ， 同 时必 须 在 成 本 与 推 出 市 场 的 速 度 间 取 得 平 衡
有 业 界 标准 操 作 系 统 特 性 。这 就 是 具 有 高可 靠 性 ， 高 扩 展 性 和 高 性 能 的 Ｃｏ ｍｐａ ￣ｔＰ ＣＩ宽 频 通 讯 平 台
种 标 准 的 操 作 系 统 及 设 备 ， 能 提 高 研 发 速 度 ，抢 得 市 场 先机 。 因 此 ， Ｃ ｍ ａ ｔ ＣＩ除 了 广 泛 应 用 于 电 信 设 ｏ ｐ ｃ Ｐ
CompactPCI 系统管理
CompactPCI 系统管理Jeff MunchJeff Munch先生目前为国际PICMG 3.0委员会的主席，同时也是凌华科技的CTO(首席技术执行官)。
Munch 先生在硬件设计、软件开发、与工程资源管理领域里有超过二十年的经验，在加入凌华的经营团队之前，Munch先生曾担任美国Motorola计算机事业群工程总监（Director of Engineering）5年及美国Pro-Log公司工程副总（Vice President of Engineering）9年。
CompactPCI单板的管理近来受到越来越多的关注。
尽管这种管理功能自2000初就已经存在了，供应商和用户只是现在才开始探索管理功能。
CompactPCI的用户开始探索使用符合工业标准的管理机制来对单板进行管理。
PCI工业计算机制造组织（PCIMG）针对CompactPCI的系统管理制定了PICMG2.9规范。
本篇文章将着眼于系统管理的需求以及PICMG 2.9规范如何被用来解决系统管理的挑战以及需要更进一步研究的方面。
系统管理需求早期的CompactPCI单板自备一套管理架构，也就是说，单板自己管理自己。
任一一个单板将自行根据环境温度是否超限，看门狗(Watch Dog)在这些系统中，不具备单一的管理实体来负责整个系统中所有单板的管理。
最初人们尝试着通过共享内存的架构以及基于PCI 基本消息传送机制在板间共享管理信息。
随着CompactPCI开始应用于高可用性应用，对系统管理的需求也开始增长。
在这些应用中只知道单板是否运行正常已不再能满足需要，因为在这些高可靠性应用中，系统不仅需要对可替代单元（FRUs）的正常状态进行检测，而且也需要对其进行复位和上电掉电操作，同时监控其温度。
可替代单元（FRUs）已经不仅仅是一块单板，其定义已被扩展到涵盖具有风扇、电源、背板、报警板和内部温度传感器。
这样系统管理的内容已经添加了对这些新增FRUS的监测。
CPCI技术介绍
CPCI背板设计准则
当工作在33MHz时最多可有8个插槽，66MHz时最多
可有5个插槽。 系统插槽为其他7个插槽提供时钟、仲裁、配置以及中 断处理功能。 当V(I/O)被配置成3.3V或5V时，V(I/O)需要占用一个单 独的电源面。 背板将被制作成能够提供具有65欧姆（ ± 10%）阻抗 特性的CPCI信号线。 使用PCI板选信号IDSEL给每块局部插槽提供唯一访问。 系统槽适配器需要提供7对REQx＃/GNTx＃信号。 系统槽提供7个时钟信号，这7个时钟信号被唯一的分 配给7个外围插槽。
和IPMB_PWR：用来整合系统管理特性， 包含适配板识别、环境控制和电压控制 等。
CPCI适配器退耦需求
为了消除每10个功能引脚之间的相互作
用，必须将一个高速退耦0.1uF的瓷片电 容靠近连接器。 当适配器使用±12 V电压时，＋12V和 －12V位置需要连接一个0.1uF电容即使 未被使用时。 每个10uF低ESR的电容必须定位在靠近 连接器的位置。
CPCI的核心技术
流行的PCI总线 坚固耐用的欧式插卡技术与尺寸规范 可靠的针脚，针孔连接方式
高性能的PCI总线
32bit / 33 MHz 64bit / 66MHz 高速的数据传输速度 ：132 - 528MB/s 在软件 ，功能和电气上，同PCI 规范rev
2.1完全兼容
CPCI板卡外观——欧式插卡结构
PICMG定义的3U和6U规格
CPCI板卡外观
3U
6U
CPCI背板
系统槽和外围槽使用特殊标识区分开 基于物理槽和逻辑槽的概念定义插槽编号 每个总线段包含一个系统槽和7个外围设备槽 槽中心间距20.32mm（0.8 inch）
基于CompactPCI的抗恶劣环境计算机设计
基于CompactPCI的抗恶劣环境计算机设计作者：翟其建来源：《现代电子技术》2011年第09期摘要：为了解决基于CompactPCI的计算机无法适应恶劣环境的问题，提出了基于CompactPCI的抗恶劣环境计算机的设计方法。
该方法中包括基于CompactPCI的抗恶劣环境计算机的设计思路和实现过程。
该方法通过电气设计、热设计、电磁兼容设计等多种设计实现计算机的抗恶劣环境效果，在进行设计的过程中采用仿真、测试等多种手段对设计数据进行了验证，从而保证了设计的正确性。
该方法已经投入应用，在应用过程中取得了良好的效果。
关键词：CompactPCI；抗恶劣环境；计算机；热设计中图分类号：TN876-34文献标识码：A文章编号：1004-373X(2011)09-0156-04Design of Anti-harsh Environment Computer Based on CompactPCIZHAI Qi-jian(Jiangsu Automation Research Insititute,Lianyungang 222006,China)Abstract： In order to solve the problem that CompactPCI-based computer is not adapted to harsh environment,a design method of anti-harsh environment computer based on CompactPCI is proposed. The method includes the design ideas and implementation process of anti-harsh environment computer based on CompactPCI. Electrical design,thermal design and electromagnetic compatibility design are used in this method to implement anti-harsh environment effect of the computer. The design data was verified by simulation,test and other measures during the design. Therefore,the correctness of the design is guaranteed. The method has been put into use and obtains good results.Keywords： CompactPCI; anti-harsh environment; computer; thermal design0 引言基于CompactPCI的计算机在工业控制领域的应用非常广泛，是在某些对环境适应性要求比较高的领域，为了保证计算机性能的稳定发挥，需要针对这些计算机进行抗恶劣环境设计。
一种基于CompactPCI总线构架的高速大容量雷达数据存储系统的设计研究
一种基于CompactPCI总线构架的高速大容量雷达数据存储系统的设计研究随着现代高分辨雷达带宽的不断提高，雷达系统对大批量数据传输和存储速度有了更高的要求。
采用光纤通道磁盘阵列实现大容量雷达数据的存储，通过设计高速CompactPCI总线接口实现雷达数据到主机的数据传输，利用CompactPCI 平台实现了大容量数据的高速存储。
设计的存储系统实际测试存储速度达到155．6MB／s，已能满足目前大部分高分辨雷达宽带数据去斜采集的存储要求。
0 引言自从雷达问世以来，一直是一种对远距离目标进行检测和跟踪的有力工具。
随着目标电磁特性的研究和宽带超宽带微波技术、现代信号处理技术、高速信号处理器以及计算机技术的发展，雷达不仅能发现目标和探测目标的距离和方位，而且有可能了解目标的类型和形状，从而深刻地改变了雷达的内涵：从传统的用于检测、测距和测角等坐标参数测量的米制测量雷达，发展为用于目标识别、成像等目的的特征测量雷达。
随着雷达带宽的不断提高，雷达系统对大批量数据传输的速度和稳定性有了更高的要求，高速、实时的数据传输和存储已经成为雷达数据处理领域的研究热点。
目前很多雷达系统接收机是基于CompactPCI总线设计，传统32位／33 MHz CompactPCI总线标准的132 MB／s理论带宽逐渐不能满足数据实时传输存储要求。
因此，开发基于64位／66 MHz CompactPCI总线的数据传输存储系统可最大程度利用CompactPCI平台的总线数据传输性能，以实现高速数据的大容量存储。
基于此，首先对磁盘阵列技术做了介绍，利用磁盘阵列实现大容量数据的存储实体。
在此基础上，设计了基于CompactPCI总线架构的高速、大容量数据存储系统，针对系统中的核心部分——64位／66 MHz Coml：，actPCI接口设计做了详细的介绍，最后对所设计的存储系统进行了实际数据存储闭环测试。
1 磁盘阵列技术过去十年来，CPU的处理速度增加了五十倍，内存的存取速度亦大幅增加，而数据储存装置——主要是磁盘，存取速度只增加了三四倍，已无法满足高速数据大容量存储的现实需求。
一种开放的工业计算机标准—CompactPCI
一种开放的工业计算机标准—CompactPCI
席成洲
【期刊名称】《测控技术》
【年(卷),期】1998(017)001
【摘要】ＰＣＩ是今天高性能计算事实上的总结标准，它是一条与处理器独立的
３２／６４位总线，最高峰值带宽为１３２／２６４ＭＢ／ｓ。
在ＰＩＣＭＣ主持下开发的ＣｏｍｐａｃｔＰＩＣ是ＰＣＩ总线作为坚固的工业计算的最新修正方案，它使用了ＰＣＩ的电气标准，但物理形状尺寸与ＰＩＣ不同。
【总页数】5页(P7-11)
【作者】席成洲
【作者单位】彩虹集团公司中央研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TP336
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交通、国防、电子制造与工业自动化 [J],
5.开放性及模块化渐成未来主流——中国第二届CompactPCI/PXI技术年会访谈[J], 刘洪
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CompactPCI系统管理
CompactPCI系统管理
Jeff Munch
【期刊名称】《通讯世界》
【年(卷),期】2003(9)6
【摘要】@@ CompactPCI单板的管理近来受到越来越多的关注.尽管这种管理功能自2000年初就已经存在了,供应商和用户只是现在才开始探索管理功
能.CompactPCI的用户开始探索使用符合工业标准的管理机制来对单板进行管理.PCI工业计算机制造组织(PCIMG)针对CompactPCI的系统管理制定了PICMG2.9规范.
【总页数】1页(P102)
【作者】Jeff Munch
【作者单位】凌华科技技术长暨国际PICMG 3.0委员会
【正文语种】中文
【中图分类】TP336
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技术年会在京召开 [J], 李海军
pactPCI之系统管理设计与应用 [J], 赵瑞文
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基于CompactPCI测试平台的管道煤气监控系统的设计
基于CompactPCI测试平台的管道煤气监控系统的设计王淑青;杨桦;刘辉
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2006(014)003
【摘要】针对城市管道煤气输送的安全性和实时性的要求,设计了管道煤气监控系统,提出了采用负压力波法实时监测管道煤气输送网的压力,控制采用变频技术以及闭环控制的方式实时控制煤气的流量的技术方案;为了使煤气输送流量和压力稳定,系统设计采用先进的基于CompactPCI控制器;大量的实验和现场运行结果说明系统运行效果良好,设计的系统方便,可靠,稳定性较好.
【总页数】3页(P358-359,370)
【作者】王淑青;杨桦;刘辉
【作者单位】湖北工业大学,电气与电子学院,湖北,武汉,430068;湖北工业大学,电气与电子学院,湖北,武汉,430068;湖北工业大学,电气与电子学院,湖北,武汉,430068【正文语种】中文
【中图分类】TP274;TE83
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CompactPCI宽带通信平台在电信领域中的应用
CompactPCI宽带通信平台在电信领域中的应用
陈正坤
【期刊名称】《通讯世界》
【年(卷),期】2002(008)004
【摘要】@@ IP与宽带的兴起使新一代网络必然是集语音、数据、影音于一体的全新IP宽带架构.构建新一代网络的挑战在于如何将现有网络架构转变成能提供多种服务的异质化环境,同时又能以单一控制系统来管理网络.服务供应商已清楚意识到:增值服务差异化将成为运营商之间竞争的主要焦点,如视讯会议、视频流、统一消息等应用被视为有潜力的收益来源,而被服务供应商大力推广.
【总页数】2页(P40-41)
【作者】陈正坤
【作者单位】北京凌华兴业科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】F6
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新的CompactPCI开发系统
新的CompactPCI开发系统
佚名
【期刊名称】《电子产品世界》
【年(卷),期】1998(000)010
【总页数】1页(P91)
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PXI专为测量任务而优化的CompactPCI
PXI专为测量任务而优化的CompactPCI
佚名
【期刊名称】《测控技术》
【年(卷),期】2005(24)3
【摘要】作为测量和自动化平台，PXI(面向仪器的PCI扩展。
PCI eXtensions for Instrumentation)在坚固的模块化结构中结合了高速度．高性能的PCI总线(常见于台式PC中)和高级定时及触发特性。
使用PXI系统您不仅能实现所有PC 系统的功能．而且能适合工业环境．并获得无与伦比的集成性。
PXI使您受益于低成本、高易用性和高灵活性的PC技术。
通过结合高速PCI总线和专为测量与自动化应用设计的完整的定时和触发功能PXI比以前的构架有了更大的性能改善。
【总页数】1页(Pi005-i005)
【关键词】PXI系统;PCI总线;台式PC;PC技术;PC系统;易用性;工业环境;应用设计;定时;功能
【正文语种】中文
【中图分类】TB852.1;TP336
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1.凌华科技发布CompactPCI与PXI接口GPIB卡PXI-3488 [J],
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3.NI推出用于OEM嵌入式测试和控制的PXI/CompactPCI背板 [J],
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z CompactPCI之系统管理设计与应用文章出自电子工程专辑网站作者：赵瑞文通讯暨计算机产品事业部凌华科技近年来，在PICMG协会(PCI Industrial Computer Manufactures Group)所公布的CompactPCI标准规范下，系统整合商可充分享受它所提供的坚固性(Rugged) 、可靠性(Reliability) 、可用性(Availability)及可管理性(Manageability)等模块化平台所带来的好处。
其中在系统管理的部份，PICMG协会特别制定了PICMG 2.9的工业标准来加以规范。
PICMG 2.9系经由标准系统管理总线，采用了与IPMI(Intelligent Platform Management Interface)规格兼容的技术来达成系统管理的目的。
它能够让管理人员直接进行系统的监控，透过远程管理，得知系统的健康状况，并且也可达到远程执行控制CompactPCI板卡，使系统重新开机等管理工作。
本篇文章将分为两大部份，第一部份将介绍IPMI的基本规格特性；第二部份将介绍如何运用IPMI规格到PICMG 2.9规范上。
一、Intelligent Platform Management Interface (IPMI)IPMI规格是在1998年由Intel、Dell、HP以及NEC所共同提出的，它提供了一个可跨平台的标准界面来监控服务器内的一些状态，如温度、电压、风扇等，并且可通过事件发送的形式让系统管理人员得知目前系统状况。
在2001年IPMI 从1.0版改成1.5版，内容增加了LAN、Serial/Modem、PCI management Bus等系统管理的沟通界面，以及提供了Alerting 的功能。
2004年Intel于Intel开发者论坛(IDF，Intel Developer Forum)正式发表了IPMI 2.0版，为IT使用者提供了更高的安全性、远程服务器主机画面监控(Console Redirection) 、并支持模块化刀片型服务器(Blade Server)以及向下兼容1.0及1.5版IPMI规格。
IPMI让系统管理者能够透过网络或序列的传输形式来监控系统上各种组件的健康状况，如CPU运作、风扇转速、系统温度及电压等。
管理者可以将要监控的部份，设定其感应的临界值，在IPMI控制器感应到有不正常的情况时，它将整个系统运作的状态及事件以日志的形式记录下来，并且经由警示形式，如发mail、送SNMP trap等来通知相关人员处理问题。
另外，通过硬件及软件的配合，IPMI增加了远程管理及系统回复的功能，让系统管理者可以在非机器放置地得知系统目前是处于何种状态，如关机、开机中、OS当机等，并且下达开机、关机和重新开机等命令。
以下将通过简单的介绍来了解如何设计一个IPMI的系统。
Baseboard Management Controller (BMC)图1为整个IPMI架构的示意图。
位于整个架构中心的部份即为我们所谓的Baseboard Management Controller (BMC)。
它通过各别的界面来管理整个系统，如系统状态侦测及事件过滤、电源管理、记录事件发生时间及系统回复控制，并且透过网络或串行端口来告知管理人员，另外，它提供了IPMB的总线来和外部的管理控制器互相沟通。
通常一个基本的BMC所提供的界面有以下几种：•I2C/IPMB界面：一个BMC通常会有几组I2C和外围的Sensor、SEEPROM沟通，以读取系统侦测值及记录相关数据，另外也可外接一些GPIO控制器来扩充系统的侦测功能。
IPMB则是必须存在的一组界面，用来和外部控制单位沟通。
* 系统界面：这组界面用来和系统上的CPU进行沟通，目前主要以LPC界面为主，系统上的CPU可利用固定的传输协议对BMC下达IPMI命令。
另外，一些BMC的设计厂商也提供了PCI的界面来让CPU下达命令(必须依据BMC的规格来决定)。
•Serial/Modem界面：在1.5的规格上定义了Serial/Modem的界面让管理者直接从串行端口或是从Modem机器接收IPMI讯息。
它主要有三种连接模式：Basic、PPP 及Terminal，三者即可让管理者通过文字模式解译IPMI平台上的状态或简单地下达IPMI命令。
•LAN界面：经由RMCP(Remote Management Control Protocol)的封包格式，BMC 可经由LAN的界面让管理者接收传送IPMI讯息。
越来越多的应用软件运用这个界面使软件和远程的BMC沟通。
另外，在图一中我们知道BMC利用side-band的形式经由I2C/SMBUS界面传送IPMI讯息，部份BMC设计中也已包含了部份网络功能，以减轻原先系统上的网络传输负载。
另外,在IPMI 2.0的支持上，不同厂商所提供的BMC会以不同的形式达到console redirection的功能，如新增一组硬件芯片或截取系统VGA的RGB讯号等。
所以在设计一个IPMI平台时，必须先确认所设计的平台究竟是支持哪种IPMI规格，并且有那些功能是需要特别的界面来实现，以便于另选额外的周边控制组件来辅助。
Firmware、BIOS与System Management Software(SMS)一个IPMI除了BMC主要的硬件组件外，相关辅助的软件设计也是必须要考虑的一个环节，因为它所呈现的是系统管理者所接触的控制界面，方便与否及强大的管理会是左右管理者考虑使用这个平台的一大因素。
由图2我们可以看出，IPMI的界面以及上层的管理都需求一些软件来支持，以下将简略的描述IPMI所涉及到的软硬件种类：•BMC Firmware：有别于系统上的CPU，BMC其实也是一个独立的运算单元，它必须有独立的Firmware来驱动BMC的功能，就如x86系统所需的BIOS一样。
通常BMC的Firmware必须负责BMC芯片的起始值设定、外围相关硬件的致能、IPMI标准的命令集解译及执行以及一些独特硬件设计所需的OEM命令的增列。
•管理软件：系统管理者最常接触的就是上层的管理软件，简单的类型就是使用一般的终端机(Terminal)程序来接收从Serial/Modem所传送过来的文字讯息。
近年来，除了BMC厂商会有自行开发的上层管理软件外，也有不少的软件厂商加入了开发管理软件的行列，而他们最主要利用的沟通界面即为网络界面。
不管是通过序列或是网络，在界面上传输的都是BMC所能辨认的IPMI讯息。
•BIOS (optional)：这里的叙述只适合于有类似使用BIOS的系统。
在管理的功能上有时对BMC来讲，它并无法独自完成这类工作，如事件时间的记录必须依靠BIOS 来给予系统RTC的值、经由BIOS来修改网络的IP设定值、经由BIOS告知目前系统的POST状态、BIOS提供DMI(Desktop Management Interface)中的IPMI架构的讯息给上层管理软件以及由BIOS的设定来避免BMC上的Watchdog Timertimeout等，BIOS的依靠程度必须依据系统设计的复杂度而定。
将IPMI平台的设计考虑运用到CompactPCI单板，再加上PICMG 2.9的规范，一个CompactPCI的系统管理平台即可应运而生。
二、应用IPMI于PICMG 2.9规范上早期的CompactPCI单板具有自己管理自己的功能，任何一片单板可以自行根据环境的侦测值管理整个系统。
随着应用于高可用性，CompactPCI平台的使用者对于系统管理的需求也开始增长，单板的系统管理已不能满足他们的需要。
透过固定的管理数据的传输，不同架构的CPU系统也可放在同一个Chassis内来集中管理，但是因为管理数据较为重要，所以并不能和原有的PCI总线混合传输，因此共享另一种传输总线成了另一项需求。
另外，对系统进行远程的监控功能也逐渐受到用户的欢迎，对于这些需求，PICMG 2.9规范为CompactPCI平台的提供者带来了解决的方案。
PICMG 2.9PICMG 2.9 1.0版本发表于2000年。
规范针对CompactPCI背板定义了系统管理的针脚(IPMB_SCI、IPMB_SDA和IPMB_PWR)。
透过这些系统管理针脚，再配合IPMI标准，CompactPCI设计者可以很容易地达成系统管理的设计目的。
规范中定义了两组IPMB总线，第二组IPMB总线是可选的，其内部的联接是位于CompactPCI的J1及J2上，如表1所示：其中IPMB_PWR是由一个专用的系统管理电源所提供，这种有别于单板上的电源供给的形式可使得管理CompactPCI单板时，在单板上没电的情况下仍然能够工作。
IPMB的界面则和IPMI的标准一样，它能扩充至外部的风扇、电源、机箱温度监控。
典型的IPMB背板互连如图3所示：在图3中，对于背板外部机箱内部的设备，PICMG 2.9定义了一个扩展的IPMB连接头，用来和系统上的管理控制元相连。
在背板上另外可扩充一槽ChassisManagement Module(CMM)，用来集中管理外围槽(Peripheral Slots)及系统槽(System Slot)，CMM的角色就如IPMI规格内的BMC。
在单板上设计了支持IPMI的控制组件，对于每一片的CompactPCI单板，其系统上都有一个BMC的组件存在。
但若整合到一个机箱内，这些BMC的角色则必须要更改成一个PMC (Peripheral Management Controller)，其位于IPMB总线上的地址则必须要和唯一的BMC 有所区别。
CompactPCI规范另行定义了背板上GA (Geographical Address)的针脚，用来提供不同槽位上不同的GA值设定(BMC上的Firmware必须能够先辨识GA值，然后给予系统上的BMC新的IPMB地址而成为PMC)。
不同形式的系统管理CompactPCI平台依据CompactPCI规范及IPMI标准，巧妙地运用规范所提供的解决方案，即可设计出不同形式的CompactPCI系统管理平台。
•标准型IPMI系统：利用背板上的IPMB总线，在系统槽上的CompactPCI单板上设计一颗BMC的控制器，其余在PCI插槽上的外围片只要存在简单的IPMI命令兼容的控制器，系统槽的单板即可透过IPMB读取所有外围片的状态，然后再经由序列或是网络的形式通知系统管理者。
•刀片服务器(Blade Server)系统管理平台：在CompactPCI的刀片服务器的应用上，移除了PCI插槽的设计，加上利用PICMG 2.16网络互连的途径，使用系统管理的形式有别于一般标准型的IPMI系统。