ATCA基础入门学习总结
最近刚开始学习ATCA，尝试调试写一套板卡机框管理程序，分享记录学习的过程和总结，对一些知识理解还较为浅显片面，欢迎大家指正共同学习，还有不停陆续完善此文。
1.什么是ATCA
ATCA,又称先进通信计算机体系架构,是PICMG开发的业内最新的开放标准之一，说简单通俗一点儿，就是为电信级平台创建了一种硬件规格（标准刀片式板卡 + 标准机箱）和软件规范（管理的通信协议等）。
2.ATCA平台的构成
- 机框
- 刀片式板卡
- 背板
- 机框管理系统
- 电源分配系统
- 散热系统
下面来一个一个讲
a.机框
没什么好说的就是ATCA机箱
机箱中板卡和背板的连接关系如下图：
b.刀片式板卡
按位置分为前插和后插，前插（Front Board）就是ATCA单板，分为业务卡和交换卡
前插卡上有好多接口，分为三个Zone。
接下来一个个讲解这个接口的功能
Z1 为用于电源和机架管理的接口连接器
Zone 2 为数据传输(业务)的接口连接器
Zone2还分为Base Interface —— 控制层 、Fabric——数据层、更新通路（update channel）和 同步时钟接口
1. 基本接口(Base Interface)
一般用来传输ATCA管理控制面信息,每条通道是以4对差分线的形式在背板传输
2.交换接口(Fabric Interface)
用来传输业务数据的接口,每个通道由8对差分线组成(4对接收,4对发送),每两对差分线(1接收,1发送)组成一个port.每一
个单板与其它任意单板都保持一个链接通路。
3.更新通路
在两个相临的ATCA单板之间提供10对插分信号链接，更新通路的传输在协议中没有指定，而是由设计者决定。
Zone 3 为用户自定义的 IO 接口连接器（和后插对接）
PICMG3.0规范规定使用ZD连接器作为数据传输的连接器。ATCA规范可以依照其连接（双星型或全网状）需求使用1到5个ZD连接器。如图所示：
ATCA 中两个板子的最小连接单元称作通路(channel)，一个通路(channel)由4个埠(port)组成，每个埠(port) 又由两对差分信号(differential pair)组成，如图所示：
后插（RTM），功能是为前插单板提供转接接口
c.背板（Backplane）
置于机框中插前插的卡
背板一个重要的知识点是背板的拓扑结构
背板上会对插在背板上的所有板卡进行连接，这里主要讲两种方式：双星型和全网状
双星型：
ATCA机框里有两块交换板卡，每块交换板卡和其他每一块板卡都有一条独立通道连接。
全网状：
机框内的每一块板卡都与其他每一块板卡有独立通道连接。
3.机框管理系统
一些常用名词：
ShMC：机框管理控制器，是系统管理模块。完成机框设备管理、传感器/事件管理、风扇框/电源框管理、用户管理、IPMI协议处理、远程维护等功能。一个机框有两块独立的ShMC。
IPMI：智能平台管理接口。
IPMC：智能平台管理控制器，位于各个板卡和其他机框组件上完成各种硬件资源的监视、控制和管理。ATCA机框管理系统就是两块独立的ShMC和各个板卡上的IPMC组成
IPMB：智能平台管理总线。IPMB总线是整个ATCA系统的管理总线，由两条I2C总线构成。ShMC和各单板、配电框、风扇的IPMC通过背板上的连接器链接在一起，通过IPMB完成各种消息的下发和上报。
FRU：现场置换单元
a. 机框管理系统的构成
主要包括如下几个部分：
系统管理器（System Manager）： 系统管理器是最高层的管理单元，它负责管理一个或多个机框，甚至一个或多个系统。它是一个逻辑单元，既可以集成在机框内，也可以使用机框外部管理器。
机框管理器（Shelf Manager）和ShMC（Shelf Management Controller，机框管理控制器）： 用于监测、控制ATCA单板和其它机框功能模块，报告系统异常并进行基本的恢复操作。ShMC通常在机框管理器上实现，它是整个管理系统的核心，系统管理软件对各个FRU单元的管理，都是通过与ShMC通信来实现的。
ATCA单板/现场可更换单元（FRU）： ATCA架构的所有单板都是FRU设备，下图中的ShMC、风扇设备、电源模块也都是FRU设备。
IPMC（IPM Controller，IPM控制器）： IPMC控制器通过IPMB与ShMC相连，它用于控制和管理一个或多个FRU，使其能够在IPMI架构的管理之下工作。
b. IPMI命令
IPMI是干什么的？
ATCA规范关于机框管理的部分基于IPMI规范v1.5，并对其进行了补充，是IPMI规范的超集。ATCA规范中规定的IPMI命令，包括E-Keying命令、电源管理命令、热插拔命令、FRU控制命令、传感器命令、事件日志命令、LED命令、IPMB命令、FRU及SDR存储命令、IPMC复位命令、看门狗命令等。
ATCA规范中使用IPMI命令来获取信息或上报事件。每一个命令都包括一个请求（Request）和一个响应（Response）。在IPMI规范中，无论是请求还是响应，对于I2C总线，均是采用主设备写（Master Write）的方式。
IPMI命令定义格式
请求的命令格式：
响应的命令格式定义：
C. IPMB
IPMB基于I2C总线。在ATCA机框中，两条IPMB总线分别称为IPMB-A和IPMB-B，两条IPMB合称为IPMB-0。IPMB既可以是基于总线结构，也可以是基于星型结构。
IPMB-0总线是由IPMB-A和IPMB-B两条I2C总线组成。在接收时，IPM控制器（包括ShMC）将两条总线上收到的消息合并在一起，统一放入一个接收消息队列；在发送时，IPM控制器采用轮叫调度（Round Robin）的方式交替使用两条总线。如果出现一条总线不可用的情况，IPM控制器将尝试使用另一条总线再次发送该消息。
d. IPMC
在ATCA架构的系统中，每个单板中都需要实现智能平台管理控制器(IPMC)的功能，IPMC主要完成ATCA单板或其他机框组件上各种关键硬件资源的监视、控制和管理，同时通过智能平台管理总线（IPMB）与机框管理控制器（ShMC）通信，把各种事件上报给ShMC并接受ShMC的管理和控制。
IPMC及其相关电路可以与ATCA单板集成到一起做在一块印制板上，也可以以子卡的形式安装在单板上。
机框中每个IPMC有多种寻址方式。下面讨论IPMC地址的重要性和它们之间的映射关系。IPMC有4个重要的地址类型：硬件地址，IPMB总线地址，物理地址和机框地址。
硬件地址
硬件地址（7bit）可以直接做为智能平台管理总线地址的高7bit，最低位始终为0。一旦硬件地址校验位出错，IPMC应该使用地址0xEE发送事件消息，当收到响应消息后，此IPMC将自己从总线上移除，直到硬件地址恢复正确再连接到IPMB-0总线上。
ShMC的地址固定使用0x20（如果是处于备份状态的ShMC仍使用IPMB地址），其他IMPC的地址是根据硬件地址计算出的IPMB总线地址。
硬件地址 ＝ 逻辑槽位号 ＋ 0x40
IPMB总线地址
物理地址
物理地址描述FRU在机框中的物理位置。当操作者直接在物理FRU上采取行动时（例如替换电源入口模块）物理位置是必须的。对ATCA单板，它等于物理槽位号。对其他现场可替代单元，例如电源入口模块，物理地址定义了FRU类型和该类型中的具体FRU。即：物理地址指明了FRU的类型（Site Type）以及同类型中FRU的位置（Site Number）。
机框地址
除了机框中单独的地址外，必须要有机框本身的地址。机框地址如何存储取决于机框管理是否是基于专门的ShMC。如果使用专门的ShMC，那么机框地址的存储由机框设计者确定。如果没有使用专门的ShMC，机框地址必须存储在一个确定的位置，以便查找。由于机框FRU信息必须存在而且可用，因此可以将机框地址放置在机框FRU信息中。
e. FRU操作状态管理
任何一个FRU进入ATCA机框后都要通过一系列状态转换才能进入激活状态。同样，在准备退出机框时，也要通过一系列的去激活状态转换。如图所示：
FRU上电
上电前首先对机框电源走线进行检查，再对机框内FRU模块检查，检查顺序一般为：
- 检查三风扇插框、两PEM、CDM是否安装到位，螺丝已经旋紧，且两PEM的开关均处在关闭（OFF）位置；
- 服务器刀片后插卡和交换网板后插卡已经完全插入到位，面板螺钉已旋紧，扳手已经合上；
- ShMC、服务器刀片和交换网板已经完全插入到位，面板螺钉已旋紧，扳手已经打开，使单板处于不上电状态；
检查完毕后合上PEM开关，然后依次合上ShMC、交换网板、服务器刀片的扳手使其上电。
上电后首先启动的是ShMC板，ShMC板没有启动完成其它FRU模块载荷电源无法上电；此时其它FRU面板H/S蓝色指示灯长闪，且OOS红色指示灯常亮。
当ShMC板启动完成后，所有风扇由全速运转降到匀速运行，风扇旋转的声音无异常；且其它FRU模块OK指示灯正常（绿色），H/S蓝色指示灯灭，其它指示灯无异常。
FRU下电
FRU模块下电时，对于单板要打开面板下扳手，H/S蓝色指示灯开始短闪烁，H/S指示灯长亮（蓝色），说明单板处于下电状态，可以打开扳手拔出单板；对于风扇、PEM模块，要按压面板的H/S按钮，待H/S指示灯从短闪变为长亮后才能拔出。
注意事项：由于一些单板后插卡不支持热插拔操作，其电源由前面板单板供电，所以上电时，后插卡应先安装到位，再安装前插卡；而下电时，后插卡必须在前插卡之后下电。
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