软件定义世界
【摘要】传感器开放系统架构（SOSA）包含近二十四个模块，分为两大类：核心任务或处理链模块，以及传感器管理与支持系统模块。后者可视为大多数或所有基于 SOSA 的系统所依赖的大致通用功能。尽管有时被认为是常规性的，但这些管理和支持模块在维持复杂传感器系统的正确可靠运行方面发挥着至关重要的作用。本文将探讨 1.1 系统管理模块的带内和带外系统管理功能结构，以及它们在促进快速系统集成和任务运行期间维持传感器平台正常运行方面所执行的重要任务。
本文将重点强调机箱管理器在 SOSA 元件中的关键作用——作为系统管理的核心组件，为插件卡（PIC）提供带外接口。同时还将总结机箱管理器带内系统管理代理必须提供的带内系统管理交互，并探讨机箱管理器在 SOSA 系统管理中扮演的关键角色。
关于SOSA系统的模块划分，详见本公众号往期文章：
引言
现代军事传感器、通信和电子战平台是复杂的系统，通常由定制和商用现成电子组件组合而成，协同执行任务。为确保从开机到关机的可靠运行，系统集成商通常依赖带外和带内系统管理组件及技术。
在其 1.1 系统管理器模块中，传感器开放系统架构（SOSA）技术标准采用 VITA 46.11实现带外机箱管理功能，并定义了带内接口，用于与机箱管理器（提供上述带外功能）以及构成基于 SOSA 系统的各个插件卡进行通信。
尽管在某些人看来，这可能是相对不重要的日常管理功能，但实际上，1.1 系统管理器模块在这些复杂系统的可靠、安全启动、运行和关机过程中起着关键作用。本文将探讨这一作用，以及 SOSA 技术标准中关于机箱和机箱内插件卡（PIC）管理的带外和带内系统及机箱管理功能的一些重要细节。1.1 系统管理器模块中涉及与其他 SOSA 模块交互的方面不在本文讨论范围内。
SOSA 对 1.1 系统管理器的定义
SOSA 技术标准将 1.1 系统管理器模块描述为：系统管理器模块负责实现管理整个 SOSA 传感器系统、其硬件和软件基础设施以及所应用的安全控制所需的功能。
表1SOSA 技术标准中描述的 1.1 系统管理器模块功能
如引言中所述，SOSA 为这些功能定义了两种基本机制：带外和带内。其架构如图所示。
图 1 SOSA 系统管理器总体架构，标识了特定的带内和带外接口。
图 2 重点展示了架构中与机箱和 PIC 管理相关的部分：
图 2 硬件组件及其接口视图
带外元件由技术标准定义为采用 VITA 46.11（VPX 系统管理标准），其中包含具体说明，规定了插件卡（PIC）和机箱管理器硬件必须支持的功能（超出 VITA 46.11 规定的强制性要求）。该标准还明确了物理实现细节，例如电源轨的使用（VPX 为 3.3V_AUX，VNX + 为 VAUX）、机箱管理器、PIM 和背板硬件上对双智能平台管理总线（IPMB）的支持，以及 SYSRESET *和 NVMRO 信号等功能的具体实现和行为细节。
图 3SOSA 系统管理背板 / 机箱实现示例
图 3 展示了一个使用 SOSA 硬件组件及其与 SOSA 定义的系统和机箱管理元件连接的示例系统。请注意，关键系统管理元件包括：
硬件管理控制器（HMC）：这是一个硬件元件，包含 VITA 46.11 机箱管理控制器（ChMC），以及用于连接传感器控制平面的以太网接口。HMC 还连接到各种机箱传感器、机箱现场可更换单元（FRU）信息，以及将机箱管理器（ChMC）与各个插件卡（PIC）连接以形成带外接口的双 IPMB。
智能平台管理控制器（IPMC）：每个插件卡（PIC）必须包含一个 IPMC。IPMC 通过IPMB 与机箱管理器交互，并执行插件卡（PIC）硬件管理功能，包括（但不限于）：
支持来自机箱管理器的插件卡（PIC）FRU 发现命令
支持访问插件卡（PIC）传感器
响应并记录事件
（根据机箱管理器的命令）执行插件卡（PIC）激活、停用、重置和其他控制功能
支持消息桥接和防火墙功能
系统管理器：系统管理器是负责系统整体运行的实体。它通过机箱管理器带内系统管理接口与 HMC 交互，该接口是一组由 HMC 负责执行的机箱和安全管理命令。
系统管理器可位于机箱内的插件卡（PIC）上，也可位于机箱外的计算实体中，前提是它能通过带内系统管理接口与HMC 和插件卡（PIC）连接。
VITA 46.11 概述
VITA 46.11 构成了 SOSA 带外管理功能的核心。VITA 46.11 反过来又借鉴了英特尔等公司在 20 世纪 90 年代末和21 世纪初开发的早期智能平台管理接口（IPMI）规范，以及后来在 PICMG 高级 TCA（ATCA）规范开发中所做的工作。然而，VITA 46.11 在这两个规范的基础上增加了显著的功能和特性，并忽略了一些对OpenVPX 或 VNX + 系统无价值的功能（尤其是来自 ATCA 的热插拔功能）。
VITA 46.11 的大部分独特性体现在命令集中。VITA 46.11 命令集分为三个层级，层级 1 提供最简单的功能，层级 2 和层级 3 逐步增加更复杂的功能。每个层级进一步由强制性命令和可选命令组成。这种分层架构允许实现者为其特定系统选择合适的功能。
然而，SOSA为 HMC 和插件卡（PIC）定义了相对完整的 VITA 46.11 实现，要求支持层级 3 命令（包括层级 1 和层级 2 的强制性和可选功能），以及多项层级 3 可选命令，如固件和桥接防火墙功能，以及有效载荷模式传感器命令。
层级 1 IPMC 和 ChMC 的最低功能（源自 V46.11 参考文档）：
负责系统 IPMB 启动和故障处理。
支持发现其控制的 FRU。
支持访问其控制的 FRU 的管理信息。
层级 2 功能包括所有层级 1 的强制性功能（以及部分可选功能），并增加了：
参与事件生成和接收。
支持动态传感器配置。
可选支持附属 FRU。
同样，层级 3 功能包括所有层级 2 的强制性功能（以及部分可选功能），并增加了：
支持冗余系统 IPMB 接口。
支持系统 IPMB 以快速模式（400 kHz）运行。
为本地生成的事件提供本地事件日志记录。
支持 FRU 激活、重置和控制位。
支持智能附属 FRU 的 IPMI 消息桥接。
提供 IPMI 消息防火墙功能。
SOSA 技术标准 2.0 版快照 3 明确规定，符合 SOSA 标准的 ChMC 和 IPMC：
必须支持所有层级 3 的强制性功能
必须实现可选的固件防火墙命令
如果插件卡（PIC）实现了 VITA 46.11 有效载荷模式传感器（尽管有效载荷模式传感器是层级 3 的强制性命令，但并非所有插件卡都需要使用它，因为它对某些插件卡没有意义）：
-必须在传感器数据记录的“离散读取掩码”中填入 0x007F，使传感器状态可读取
-必须在第 0-6 位指示其运行状态（启动中、停止中、运行中、故障、清理中、关闭）
-必须支持“获取有效载荷模式能力”请求，并在“支持的模式”字段中填入0x001E
-支持径向IPMB 的 ChMC 必须支持 VITA 46.11 桥接防火墙功能，以过滤链路间的流量
此外，还有多项关于 SOSA HMC 和 IPMC 行为的其他规则、建议和指导。
还需注意，VITA 46.11 定义的多项功能和 SOSA 技术标准中规定的交互需要系统 / 机箱特定的值。其中包括传感器值和警报阈值。这些阈值告知 ChMC 传感器何时报告非标准值，以指示警告或故障状态。这些值对于组成系统的硬件是唯一的，对预测性维护和系统健康监控至关重要。
通过这些命令 / 功能，SOSA/VITA 46.11 ChMC 可以在传感器平台接口的正常运行之外执行重要的系统级功能，包括：
硬件清单（发现）
开启或关闭单个插件卡（PIC）（这对于隔离有问题的硬件以及管理系统启动期间的浪涌电流都很重要）
监控（并在某些情况下控制）板载传感器
监控（并在某些情况下控制）机箱传感器
监控（并在某些情况下控制）电源
事件处理
有效载荷状态监控和控制
执行固件更新、归零 / 清理等维护操作
监控和控制某些系统参数，如 NVMRO
VITA 46.11 中一个未在 IPMI 或 ATCA 中出现的重要特性是对径向 IPMB 的支持。虽然传统的总线型 IPMB 得到了大多数已部署系统的支持和应用，但有些系统（由于特定应用原因）要求在 ChMC 和各个插件卡（PIC）的 IPMC 之间建立独立、独特的 IPMB 连接。这一相对较新的 VITA 46.11 特性目前尚未得到广泛应用，但预计在未来几年内会得到普及。
SOSA 带内接口
在硬件方面，SOSA 带内系统管理器接口本质上可分为两个子接口：一个用于 ChMC（通过 SOSA 机箱管理器带内接口实现），另一个用于插件卡（PIC）本身（SOSA 插件卡带内系统管理接口）。这些元件的功能在 SOSA 标准的 6.6 节中定义。带内系统管理接口直接与运行在插件卡（PIC）和 ChMC 上的代理交互。
插件卡（PIC）和机箱管理器接口共享一组定义为“公共元件带内和系统管理交互”的通用功能。这些功能如图 4 所示。快照 3 中的新增功能以黄色显示。
图 4 公共元件带内系统管理定义
插件卡（PIC）特定的带内接口规则增加了图 5 所示的交互。
图 5 SOSA 插件卡带内系统管理交互
其功能大致可描述为更高级别的传感器和通用操作功能，包括：
管理传感器配置
访问日志
执行诊断并访问 BIT 结果
发出归零和清理命令
提供其他传感器运行状态、模式和健康功能
在某种程度上，这些功能在一定程度上模糊了插件卡（PIC）硬件本身与在插件卡（PIC）上运行的传感器“应用程序”之间的界限。这是有意为之的，因为目标插件卡（PIC）可能是运行应用程序代码的基于处理器的单板计算机，也可能是更偏向硬件的设备，如执行固定 SOSA 模块功能的基于 FPGA 或 ASIC 的插件卡（PIC）。无论哪种情况，系统管理器都需要逐个插件卡（PIC）执行这些功能。
另一方面，带内机箱管理接口为系统管理器提供了与系统的带外元件（特别是 ChMC）交互的接口。SOSA 技术标准定义了系统管理器和 ChMC 之间的这组交互，而 ChMC 又利用 VITA 46.11 中定义的功能来实现机箱管理。机箱管理器特定的带内接口规则增加了图 6 所示的交互。
图 6 SOSA 机箱管理器带内系统管理交互
与带内系统管理接口类似，带内机箱管理接口交互相对高级，要求 ChMC 不仅要在多个插件卡（PIC）和传感器上执行多项任务，有时还需要根据 ChMC 收集的结果做出决策。例如，一个定义的交互是“获取健康状态（getHealth）”。该交互的功能定义为“提供描述传感器组件当前和 / 或预测状态和健康状况的数据”。在这种情况下，命令的目标是单个插件卡（PIC），但 ChMC 需要根据从插件卡（PIC）收集的传感器数据评估插件卡（PIC）的健康状况。它返回的数据包括：a）插件卡（PIC）记录的故障数量；b）对插件卡（PIC）健康状况的评估（“健康”、“降级”或“严重”）。这两个参数都需要 ChMC 对从插件卡（PIC）收集的原始数据进行评估。
然而，带内机箱管理接口的“执行命令（executeCommand）”交互是一个例外。它提供了直接访问低级 ChMC 功能的途径。该交互允许系统管理器执行 VITA 46.11 ChMC 命令并直接读取结果。通过这种方式，可以访问特定 HMC 支持的所有 VITA 46.11 命令。
系统如何从机箱管理功能中受益
1.1 系统管理器模块的机箱管理功能的最终目标是帮助确保传感器处理硬件的可靠和安全运行，同时避免中断该硬件的核心运行。它通过利用 VITA 46.11 提供的强大带外功能，并将其与精心设计的硬件和系统管理交互架构相结合来实现这一目标。
表 1 概述了 1.1 系统管理器模块提供的基本功能。然而，该功能的价值远远超出了这些基本定义。通过收集运行数据（如总运行时间、高温运行时间、传感器日志数据等）进行预测性维护，可以预测故障，从而安排维护工作，避免计划外停机。设备清单数据可用于检测硬件、固件和软件配置的意外变化，提供重要的安全功能。此外，管理单个插件卡（PIC）电源状态的能力可以支持多种系统运行 / 电源模式，并通过减少系统产生的总热量和不必要的浪涌功率峰值来减少系统磨损。
有效的系统管理器实现可以极大地提高传感器系统支持任务的能力。通过主动监控健康状况并采取行动，它可以通过将应用程序任务重新部署到健康的插件卡（PIC），或启动应用程序重启或插件卡（PIC）重置，最大限度地减少硬件故障或软件崩溃的影响。这对 SOSA 传感器系统的有效性和任务可用性具有重大影响。
（文章内容根据互联网资料整理，供交流学习使用。）
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