x86服務器BMC基板管理控制器介紹

在x86服務器，BIOS需要與各種硬件和芯片打交道，當然也包括BMC（Baseboard Management Controller）。

BIOS與BMC之間的通信，主要使用的是IPMI。有2個階段，PEI和DXE（包括DXE后面的），用的是不同的IPMI函數（這點需要注意）。

雖然使用的是IPMI，但是會有兩個通道，分別是KCS、BT。一般使用KCS通道。

請記住，BMC是不能主動與BIOS通信的；BIOS會發送IPMI命令給BMC，BMC如果成功接收的話，就會有個返回信息給BIOS，所以“看起來像是BMC可以與BIOS通信”。

如果產生了通信故障如何解決：

（1）確認BIOS是否發送了IPMI命令給BMC，可以查看BMC返回的completion code；

（2）確認BMC是否收到了BIOS發送的IPMI命令；

（3）如果BIOS發送了IPMI命令，但是BMC未接收：可能是BMC的IPMI進程正處於忙碌狀態，所以丟掉了這條IPMI命令（BIOS這邊如果發送失敗，可以嘗試多次發送；另外，可以稍微調高點KCS通道的延時）；當然，也有可能是BMC的IPMI進程掛了。

（4）如果涉及到了底層協議的具體實現，一條IPMI命令通常涉及到2個底層實現函數，SendDataToBmcPort（）和ReceiveBmcDataFromPort（）。接收時，BIOS從KCS的I/O端口讀取數據，讀完后，會檢測KCS寄存器中OBF狀態寄存器，如果BMC沒有寫數據，就會計數減1，延時5ms，然后重試；當BMC一直不寫數據時，計數到0，就認為BMC有故障，返回Device Error；

什么是BMC

在介紹BMC之前需要了解一個概念，即平台管理（platform management）。

平台管理表示的是一系列的監視和控制功能，操作的對象是系統硬件。比如通過監視系統的溫度，電壓，風扇、電源等等，並做相應的調節工作，以保證系統處於健康的狀態。

當然如果系統真的不正常了，也可以通過復位的方式來重新啟動系統。

同時平台管理還負責記錄各種硬件的信息和日志記錄，用於提示用戶和后續問題的定位。

下圖是平台管理涉及到的功能概述：

以上的這些功能可以集成到一個控制器上來實現，這個控制器被稱為基板管理控制器（Baseboard Manager Controller，簡稱BMC）。

需要說明的是，BMC是一個獨立的系統，它不依賴與系統上的其它硬件（比如CPU、內存等），也不依賴與BIOS、OS等（但是BMC可以與BIOS和OS交互，這樣可以起到更好的平台管理作用，OS下有系統管理軟件可以與BMC協同工作以達到更好的管理效果）。

一般我們的電腦不會帶BMC，因為用處不大，一些溫度、電源等的管理，CPU（或者EC，這就是另外一個話題了）來控制就夠了。

但是對於系統要求高的設備，比如服務器，就會用到BMC。

當然因為BMC是一個獨立的系統，對於某些嵌入式設備，可能不需要其它處理器，光一個BMC就能完成工作。

說到底BMC本身也是一個帶外處理器（一般都是ARM處理器）的小系統，單獨用來處理某些工作也完全是可以的。

不過這里既然叫做BMC，那么總的來說重點還是在平台管理，所以本文主要說的是服務器中的BMC。

BMC在系統中的位置大致如下圖所示：

BMC通過不同的接口與系統中的其它組件連接。

LPC、I2C、SMBUS，Serial等，這些都是比較基本的接口，而IPMI，它是與BMC匹配的接口，所有的BMC都需要實現這種接口，這里需要特別的介紹。

IPMI

IPMI的全稱是Intelligent Platform Management Interface，智能平台管理接口。

看了名字也不需要特別介紹它用來干什么的了，關於它的詳細介紹可以參看https://www.intel.com/content/www/us/en/servers/ipmi/ipmi-home.html，這里只做簡單的說明。

IPMI就是對“平台管理”這個概念的具體的規范定義，該規范定義了“平台管理”的軟硬件架構，交互指令，事件格式，數據記錄，能力集等。而BMC是IPMI中的一個核心部分，屬於IPMI硬件架構。下圖灰色部分就是IPMI涉及的范圍：

可以看到BMC在硬件的最底層，而上層白色部分是系統中的管理軟件。

由於本文是介紹BMC的，所以這里只介紹BMC相關的IPMI硬件模塊。

IPMI硬件模塊

IPMI規定了很多的東西，BMC是其中最重要的一個部分，此外還有一些”衛星“控制器通過IPMB與BMC相連，這些”衛星“控制器一般控制特定的設備。

IPMB全稱Intelligent Platform Management Bus，是一種基於I2C的串行總線，它用於BMC與”衛星“控制器的通信，其上傳遞的是IPMI命令。

對於相對簡單的系統來說，BMC已經能夠滿足要求，但是當系統比較復雜，由多個子系統構成時，那么通過IPMB和“衛星”控制器，就能夠更好地管理復雜系統。

下面的圖描述了與IPMI有關的各個硬件模塊：

下面簡單的介紹各個部分。

MOTHERBOARD

首先是圖中的左下角部分，名稱寫着Mother Board。

通常，在服務器中，這一部分是主角，它包含了CPU，PCH等主要的部件。

這里我們可以看到它連接除了數個組件：網卡，串口和IPMI總線，其實還有一個部分在圖中最上面中間的PCI總線。

網卡：服務器需要用到網卡，這個本身沒有什么好介紹的，重點其實在於BMC到網卡的連接，后續會介紹。

串口：串口用於輸出服務器的調試信息，但是這里值得注意的是其中的Serial Port Sharing，它使得服務器的串口輸出可以直接輸出，也可以輸出到BMC。至於為什么要輸出到BMC，這里其實需要注意的是一種常用的場景。服務器位於機房，而工作人員通常不會直接在機房操作，而是通過網絡（這也是為什么BMC會連接網卡的原因）進行操作，這個時候過需要獲取服務器的串口信息，就不方便直接去機房，這個時候通過BMC來獲取服務器串口信息就是一個好主意。

IPMI總線：這是BMC與服務器通信並進行控制的主體，當然少不了。

PCI總線：這個部分的作用跟串口很像。服務器除了輸出串口信息，當然還需要輸出圖形界面之類的東西。從服務器端來看，它通過PCI連接的就是一個顯卡，通過它來輸出顯示。