Sgpio supermicro что это
Подключение управлямых блоков питания, сенсоров и реле к серверным материнским платам. Без Arduino
После установки сервера в самодельную конструкцию порой хочется подключить к нему ещё чего-нибудь: например, датчики температуры, давления, влажности, ЖК-экранчики или даже ШИМ-драйверы моторчиков. Бывают глючные внешние устройства, которые приходится удалённо и жёстко сбрасывать с помощью реле, не уровнив при этом весь сервер целиком. А может, читателю просто захотелось гребёнку GPIO с гирляндой светодиодов? Если это не одноплатник типа Raspberry Pi, а полноразмерный сервер, приходится навешивать микроконтроллер и возиться с ним: писать прошивку, тестировать, налаживать стык с хостом и т.д. Иногда это интересно само по себе, но бывает и наоборот: скорей бы скриптину написать да запустить, наконец, лишь бы работало.
Необычные разъёмы на железе всегда вызывали у автора смешанные чувства инженерно-технического зуда и вентиляторного фетишизма. Об этих занимательных разъёмах здесь и речь.
DISCLAIMER
Если вы читаете эту статью где-то за пределами портала Geektimes, рекомендую через недельку-другую заглянуть по аутентичной ссылке. Дело в том, что наиболее интересные комментарии читателей появятся там (т.е. тут) во врезках, я уже не говорю об устранении недочётов и ляпов. Бывает, что плохую статью рассерженные резиденты клуба буквально рвут на клочки, попутно отправляя автора в кармическую бездну. Другими словами, если аутентичная ссылка не открывается, то не стоит и читать дальше этого места.
Автор передаёт привет Дальнему Востоку (прямо из неба над Северной Атлантикой), а также приносит извинения вдалельцам уважаемых торговых знаков: они настолько не нуждаются в рекламе, что я придумываю им шуточные названия. Таким образом, статья применима к изделиям Супер Мирон, но автор практически не сомневается в наличии аналогичных механизмов на изделиях Харлампий-Панкрат, Иван Брал Марью, Ильтан, Долян и других: занимательные коннекторы чаще всего можно встретить на блоках питания и дисковых корзинах. Заодно попытаемся разоблачить и хвалёный Кобзарь Линк.
Уважаемые специалисты по серверным платформам, IPMI, I²C, SMBus и PMBus, поправляйте, если что не так. Обычно автор выражает признательность креативным читателям кармическими баллами, но приносит извинения тем резидентам клуба, кому благодарность уже была выписана ранее, просто НЛО не велит делать это дважды. Желаю приятного прочтения.
Из того, что было
Автор не стыдится покупать за копейки серверные материнские платы б/у и давать им вторую жизнь. Старая, шумная серверная механика (с блоками питания) отправляется в утиль и заменяется на новые изделия, хоть и потребительского класса, но качественные и тихие. Зато даже из винтажных серий Супер Мирон X8 и X9 до сих получаются просто офигенские NAS для малого бизнеса, сочетающие enterpise-функции, файловую «машину времени» против троянов-вымогателей и репликацию по сети…
Вообще, лет 20 назад для колхозинга в качестве GPIO умельцы использовали параллельный порт для принтера, но попробуйте сейчас его найти. Мир изменился, как по мне — так в лучшую сторону:)
Визуальный осмотр
У меня уже почти ископаемое, но вполне рабочее изделие X9SCM-F (Intel C204 Express), плюс на соседнем объекте уже пару лет трудится его младший брат X9SCL-F (C202). Если повернуть изделие, как в документации, 24-контактным разъёмом питания ATX к северу, то SATA-порты окажутся где-то в районе Хабаровска. Ещё восточнее, подобно Петропавловску-Камчатскому, находится пара разъёмов T-SGPIO 1 и 2, привлекающих внимание сочетанием букв «GPIO». На это сочетание автор и повёлся, но рефлексы геолога-исследователя ископаемой электроники оказались ложные. На самом деле ключевое слово здесь SGPIO, это дуплексная сигнальная шина с разделением каналов по времени, использующая кадры постоянной длины. Шина по очереди передаёт по три бита для каждого SATA-порта: на HBA — состояние корзины, а на корзину — состояние дисков (активен, отказал, локатор). Это устаревшая технология, современные корзины используют I²C. Я не копал очень глубоко, но похоже, что 6 бортовых SATA-портов разделили на группы из двух северных и четырёх южных, и каждой группе повесили свою гребёнку T-SGPIO. Громоздко, неуклюже, а для колхозинга ещё и бесполезно. Идём дальше, есть маленький разъёмчик JWF1 в районе Южно-Сахалинска, но это просто питание 5В для накопителя SATA DOM, которого у меня нет. На Дальнем Востоке больше делать нечего. Вдоль южных границ раскинулась целая гряда парных 9-контактных разъёмов USB и второй порт RS232, с ними всё понятно. На Северо-Западе от COM2 обнаружилась пара перемычек JI2C1/JI2C2, открывающих доступ к устройствам PCIe. Этот инструментарий для меня пока остался загадкой, но я почти уверен, что по факту JI2C1/JI2C2 суть живые выводы SCL и SDA, просто отделённые от питания 3.3В и «земли», которые и так есть в PCIe. Оставим пока. Коннектор JTPM больно мудрёный, это на крайний случай. А от коннектора передней панели JF1 можно отжать разве что UID LED, подключив его к оптореле. Кстати, это м.б. даже удобно: ограничительный резистор уже встроен в цепь, включил UID LED — открыл (закрыл) реле. Для удалённого сброса внешнего устройства, пожалуй, хватит. Главное, чтобы оператор, зайдя спустя год в веб-интерфейс BMC, не включил UID LED просто так, заодно сбросив и внешнее устройство. Ладно, возвращаемся на крайний сервер север, именно там, возле ATX-питания, и расположился разъём JPI2C.
Надо сказать, что документация по поводу JPI2C довольно оптимистична. Из неё следует, что это выход шины I²C для мониторинга здоровья «родного» блока питания. Физически JPI2C суть 5-контактный разъём Molex типа SL с шагом 0.1″ (2.54мм) и ключём защиты от дурака перепутанной полярности, предположительно код по каталогу 70543-0004. Ответная часть (на картинке слева внизу) — это Molex 70066-0179 под обжим кримпером (aka ). Я подозреваю, что на всех материнских платах Супер Мирон шина I²C используется для мониторинга здоровья серверного блока питания и выведена именно 5-контактным разъёмом Molex SL (). Забегая вперёд, скажу, что некоторые пользователи преуспели в реверсной инженерии и нашли способ вынимать из родных блоков питания Супер Мирон всякие полезности вроде температуры и вольт с амперами, читайте дальше.
Power Supply I²C Connector
Power Supply I²C Connector, located at JPI2C, monitors the status of the power supply, fan and system temperature. See the table on the right for pin definitions.
Пустой разъём JPI2C откровенно дразнил стандартными контактами шины I²C: SCL, SDA, GND и VCC. Посередине — аварийный сигнал отказа блока питания. Забегая вперёд, рискну предположить, что этот Power Fail — единственный способ поднять тревогу по внешнему событию, не используя внешний микроконтроллер. Затем нашлась и статья FAQ ID 9492 от 30 марта 2010г, явно намекающая на возможность опрашивать шину I²C прямо из командной строки. Раз уж BMC явно участвует в мониторинге здоровья блока питания, а команда ipmitool явно способна «разговаривать» по шине I²C с блоками питания, ничто не должно мешать подключить к JPI2C ещё что-нибудь эдакое.
Работа с устройствами по I²C из командной строки
Скрипт перебирает только чётные адреса и не трогает зарезервированные. В I²C самый младший бит является признаком чтения-записи: каждое устройство как бы занимает два адреса (чтение по нечётным, запись — по чётным). Статья FAQ ID 9492 меня запутала, потому что опрашивает только чётные. Но ведь в случае ipmitool чтение или запись определяются не адресом, но контекстом команды, верно? Увесистая спецификация IPMI 2.0 поставила всё на места: младший бит адреса в команде Master Read-Write ( 0x06 0x52 ) вообще зарезервирован и должен быть сброшен (равняться нулю).
Висящая просто так шина I²C неинтересна ни в воздухе, ни тем более в сферическом вакууме. Известная площадка по запросу «i2c sensor» предложит уважаемому читателю широкий ассортимент датчиков, уже обвязанных на мини-платах. Обычно остаётся только контактную гребёнку припаять, для этого достаточно желания и паяльника на 30Вт с припоем и флюсом, навыки не требуются. Для проверки теории я решил померить температуру датчиком BMP180, но это оказалось несколько сложнее, чем я думал: датчик является примером сложного stateful-устройства, и правильнее будет сказать «извлечь показания температуры и давления из прецизионного измерителя с учётом калибровочных коэффициентов». Но сперва всё-таки отдадим должное уважаемому вендору.
Сразу оговорюсь, что данная задача м.б. интересна, например, для профилировании фактической мощности серверов при эксплуатации центров обработки данных: если группа серверов подключена к одному распределителю, поди разберись, сколько потребляют серверы А и Б без учёта В и Г, даже при наличии навороченного ИБП, питающего стойку. Это всё и предлагается выяснить через IPMI, получая прямо по сети мгновенные значения с выбранных серверов. Для DIY кроме подбора ИБП и построения системы охлаждения с обратной связью лично мне в голову ничего не приходит.
Отдадим должное пользователю Andrew Grekhov, смело ринувшемуся в неравный бой со сложным и недокументированным (как ему показалось) устройством. К счастью, он не забыл упомянуть PMBus, что и навело меня на официальный сайт и соотв. спецификации. Ведь PMBus суть специализированная надстройка над SMBus для управления системами питания, а сама SMBus, в свою очередь, является развитием I²C. Можно предположить, что большинство современных управляемых блоков питания используют ту или иную спецификацию PMBus. Потому как глядя на все имеющиеся навороты PMBus и готовые микросхемы, возникает простой вопрос: какой смысл изобретать велосипед? Но повторю, это моё предположение.
Итак, копнув чуть глубже, можно найти описание команд (регистров), используемых управляемыми блоками питания, например, по PMBus rev 1.1. Если ссылка не открывается, зайдите на сайт www.pmbus.org, откройте раздел со старыми спецификациями и найдите PMBus Specification Part II Rev. 1.1. Это документ с описанием команд, см. Таблицу 26 в разделе APPENDIX I. Command Summary. Обратите внимание, например, на команды-регистры 0x78 (STATUS_BYTE), 0x88 (READ_VIN), 0x89 (READ_IIN), 0x95 (READ_FREQUENCY) и другие: они в точности совпадают с результатами реверсной инженерии, опубликованных на форуме по ссылке выше. Возвращаясь в таблицу 26, справа дана разрядность регистра (Read Byte или Read Word) с количеством считываемых байт. Просто на всякий случай, а вдруг читатель забыл разницу между byte и word?
Но остаётся вопрос: можно ли вообще считать по I²C калибровочные коэффициенты командой 0x30 (COEFFICIENTS), использующей пакетную операцию стандарта SMBus? Это нужно, чтобы преобразовать сферически-вакуумные регистры в реальные вольты, амперы и т.д. Если я всё верно понял, то с точки зрения шины SMBus нужно отправить пакет с командой 0x30 и счётчиком байт 2, тело пакета суть два байта с кодом интересущего регистра (0x88 для READ_VIN) и признаком направления, который для считывания должен быть равен единице. В ответ устройство должно выдать пакет из 1 + 5 + 1 байт с параметрами m, B и R, которые используются для пересчёта в физические вольты. Первый байт — длина, последний — PEC (если используется). Т.е. интрига заключается в том, можно ли передать простой пакет SMBus по I²C, например, таким способом:
Сенсор BMP180 измеряет давление и температуру. Он выдаёт показания через двухбайтные регистровые пары, предварительно выбираемые записью однобайтного номера регистра по IPMI-адресу 0xee с последующим чтением пары байт оттуда же. Именно поэтому я называю BMP180 stateful-устройством, т.е. имеющим селекторы состояния (это м.б. важно с точки зрения конфликтологии). Предком BMP180 является BMP085, а потомком — BMP280, измеряющим ещё и влажность.
Как и в случае с алкотестером, измерения не происходят сами по себе, но запускаются командой. Для измерения только температуры следует записать код 0x2e в регистр 0xf4 :
Стоит поблагодарить пользователя 41j за материал.
Ограничения
Все эксперименты я проводил с помощью команды ipmitool(1) v1.8.15, работающей через хостовый (ядерный) интерфейс FreeBSD 10. Если использовать эту команду в скриптах, придётся парсить её вывод, причём stderr, а не stdout. Я специально избегаю парсеры в этой статье. Буду признателен, если кто-либо из читателей поделится проверенными библиотеками для работы с IPMI через хостовый интерфейс на популярных скриптовых языках (perl, Python), хотя бы в режиме raw-команд.
Хотя ipmitool(1) и может работать по сети (623/tcp), при выключенном хосте на JPI2C дежурного питания нет, шина обесточена. Запитывать сенсоры отдельно и опрашивать их через сетевой интерфейс IPMI при выключенном хосте не пробовал. Но если нужны автономные сенсоры, подключенные к сети, лучше уж задействовать одноплатник, например, тот же Малиновый Прог (простите, так я обозвал Raspberry Pi в своей статье про защиту microSD-карточек от преждевременного износа путём перехода на файловую систему read-only).
Как уже говорилось, описанный здесь способ без внешнего микроконтроллера практически исключает реакцию на прерывания по внешним событиям, кроме сигнала «отказ блока питания». Теоретически, по сигналу Power Fail можно сгенерировать SNMP-событие, но я не пробовал. И тут снова хочется сказать: если нужны прерывания от сенсоров, то нужен микроконтроллер или, на худой конец, выделенный одноплатник. Кесарю — кесарево.
Конфликтология I²C
У меня появилась теория относительно IPMI и его роли в доступе к I²C: если все команды записи только выбирают регистр для последующего чтения, то каждое взаимодействие с устройством укладывается в одну команду Master Write-Read протокола IPMI. Из весьма увесистой спецификации IPMI 2.0 я рекомендую ознакомиться с параграфом 22.11, который эту команду описывает. В моём понимании, операция по шине I²C — это либо чтение, либо запись последовательности байт по одному адресу. Но спецификация IPMI командой Master Write-Read вводит нечто большее: удобная для сенсоров пара операций «запись-чтение» напоминает полноценную транзакцию, причём IPMI оговаривает максимальные длины буферов (порядка 30 байт). Я также исхожу из того, что (а) BMC всегда является главным устройством на шине I²C и (б) BMC имеет встроенный механизм блокировок, т.е. он не попытается отобрать шину у самого себя посередине транзакции.
Если исходить из того, что команда IPMI Master Write-Read (из двух операций) действительно является неделимой транзакцией, то BMC выполняет нечто большее, чем просто отображение I²C: он является транзакционной надстройкой над I²C, причём с хостовым или сетевым интерфейсом. Другими словами, получается что-то вроде примитивного 4-уровневого стека протоколов для работы с I²C-сенсорами через интерфейс IPMI, который я и рискнул нарисовать. Если уважаемому читателю не понравилась картина, представьте, что я художник, и вижу мир именно так, возражайте по существу, пожалуйста:)
Кстати, шина SMBus, помимо дополнительных контактов, отличается от I²C именно пакетным режимом, и в ней определена операция Write/Read Block. Но это уже часть протокола самой шины SMBus, IPMI в этом случае сыграл бы роль простой операционной обёртки, а не транзакционной надстройки. Впрочем, максимальные длины блоков в спецификациях IPMI и SMBus настолько схожи, что я предполагаю между ними прямую связь, даже не погружаясь глубоко в тему.
Безопасность
BMC-контроллер, подключенный к вычислительной сети, является сервером и потенциально уязвим. Именно поэтому, например, следует усиливать меры безопасности на «локальной» консоли ОС, которая через виртуальный KVM де-факто экспонируется в сеть. Старые прошивки BMC-контроллеров Супер Мирон содержат неприятную уязвимость, поэтому эксплуатацию стоит начинать и с обновления прошивки BMC (помимо BIOS).
Климат-контроль с обратной связью
Некоторые производители доводят висящую, так сказать, в воздухе идею охлаждения с обратной связью прямо-таки до культа, изрядно припудренного маркетингом c завесой тайны:
In some ways, Corsair Link is one of our best kept secrets. It had a very rocky start, but continued and continuing development has turned it into an extremely useful combination of hardware and software. It allows you to connect several products within our ecosystem to a software-based control panel, but there’s so much more to it than that.
Наверное, это отличный способ увеличить средний чек, предложив потребителю комбинацию из дорогого блока питания, сенсоров, охлаждения и ёлочной гирлядны, заодно внушив причастность к великой тайне. Красиво, но эти яблочные подходы с превращением всего и вся в закрытую проприетарщину лично меня отталкивают.
Предполагаю, что контроллер Corsair Link Commander Mini представляет собой устройство USB HID, использующее для связи с сенсорами шину SMBus, поверх которой для управления «фирменным» блоком питания используется PMBus, причём не самая новая. Любопытно было бы подключить блок питания напрямую к микроконтроллеру с поддержкой SMBus, найти адрес сканированием и прочитать однобайтный регистр 0x98 (PMBUS_REVISION). Если отзовётся разумным кодом, берём соотв. спецификацию PMBus с сайта и получаем увлекательный квест на тему управления блоками питания Кобзарь в собственной системе с обратной связью. Хотя вместо Кобзаря лично я предпочитаю блоки питания Чистяк, хоть они и не столь занимательны, зато (по моему опыту) с основной задачей справляются лучше.
Возможно, лучше было бы открыть «экосистему» и нанять группу людей для поддержки community-проектов через социальные сети, со свободным обменом скриптами. У меня ощущение, что выросло бы количество чеков, т.е. продаж блоков питания. Но маркетологам, конечно, виднее.
Тем временем, community не остаёт:
Пользователь Kevin Horton предложил для FreeNAS систему с обратной связью в виде скрипта на языке Perl. Эту идею затем развил другой пользователь. Всё базируется на встроенном функционале материнских плат Супер Мирон, имеющих двухзонный климат-контроль, предположительно, серии X10 или более новых. Обратная связь при желании собирается откуда угодно, включая термодатчики жёстких дисков через SMART. Обороты вентиляторов регулируются на уровне ШИМ, нехитрыми командами контроллеру. Без ёлочных гирлянд.
Но у меня на старой однопроцессорной плате Супер Мирон X9 (socket 1155) это не работает: на моделях X9SCL/X9SCM у меня не получалось нельзя переключать режим работы климата с «лёгкого» на «полный» иначе как через BIOS с полной перезагрузкой системы (ссылка). Увы, IPMI тут бессилен.
Альтернативы IPMI I²C — преобразователи интерфейсов
А что, если замечательных разъёмов с I²C на системной плате совсем нет? Есть неплохие варианты USB-преобразователей I²C/SMBus, экспонирующие устройства как USB HID.
Помню, несколько лет назад я, разбирая USB стек в статье на хабре, уже рисовал перспективы USB HID как удобного способа работы с сенсорами и датчиками. Досталось мне тогда от резидентов клуба: дескать, не надо использовать HID, это вообще для клавиатуры, правильно использовать CDC, т.е. виртуальный COM-порт. Но абстракция USB HID нативно дробит сложное устройство на простые составляющие. Она позволяет в ряде случаев даже обходится без драйверов, пользуясь готовыми библиотеками, например для Python. И пока я отстаивал идею USB HID, Microchip уже выкладывала драйверы под Linux, с разницей в пару месяцев. Я тогда этого не знал, но рынок сам всё расставил по местам:)
ru.knowledgr.com
Специализация SGPIO поддерживается Комитетом малого форм-фактора в стандарте SFF-8485. Международная интерпретация модели мигания показывает, как сигналы SGPIO интерпретируются в мигающие светодиоды на дисковых полостях и обратных плоскостях памяти.
История
SGPIO был разработан как инженерное сотрудничество между American Megatrends Inc, в то время создателями задних планов, и LSI-Logic в 2004 году. Позже SGPIO был опубликован комитетом SFF как специализация SFF-8485.
Адаптеры шины хоста
Сигнал SGPIO состоит из 4 электрических сигналов; обычно он исходит от адаптера главной шины (HBA). Соединители iPass (обычно SFF-8087 или SFF-8484) несут как электрические соединения SAS/SATA между HBA и жесткими дисководами, так и 4 сигнала SGPIO.
Опорные плоскости с интерфейсом шины SGPIO
Объединительная плата Объединительная плата представляет собой монтажную плату с соединителями и системой питания, к которой подключены жесткие накопители; они могут иметь несколько слотов, каждый из которых может быть заполнен жестким диском. Как правило, задняя плоскость оснащена светодиодами, которые по своему цвету и активности указывают на состояние t; как правило, светодиодный индикатор t излучает определенный цвет или мигает для указания своего текущего состояния.
Интерпретация SGPIO и мигающие светодиоды
Хотя многие аппаратные вендоры определяют собственный собственный шаблон мигания светодиодов, общий стандарт для интерпретации SGPIO и шаблон мигания светодиодов можно найти в спецификации IBPI.
Электрические характеристики шины SGPIO
Шина SGPIO состоит из 4 сигнальных линий и инициируется на HBA-адаптере, обозначается как инициатор и заканчивается на задней плоскости, обозначаемой как цель. Если задняя плоскость (или цель) отсутствует, HBA-адаптер может по-прежнему вести шину без какого-либо ущерба для системы; если таковая существует, он может подключиться обратно к HBA-адаптеру с помощью 4-го e.
Сигнальные линии шины SGPIO
SClock
Шина SGPIO имеет выделенную линию синхронизации, управляемую инициатором (ее максимальная частота синхронизации составляет 100 кГц), хотя многие схемы используют более медленные линии (обычно 48 кГц).
СЛоад
Эта линия синхронизирована с синхросигналом и используется для указания начала нового кадра данных; новый кадр SGPIO обозначается тем, что SLoad имеет высокий уровень на переднем крае синхросигнала после того, как он был низким в течение, по меньшей мере, 5 тактовых циклов. Для переноса 4-разрядного значения из HBA в заднюю плоскость используются следующие 4 выпадающих часовых кромки после условия запуска; определение этого значения является собственным и изменяется между системными вендорами.
SDataOut
Эта линия переносит 3 бита данных от HBA на объединительную плату: первый бит обычно несет активность, второй бит carries найти; и третий бит carries упасть. Низкое значение для первого бита указывает на отсутствие активности, а высокое значение указывает на активность.
SDataIn
Эта линия используется задней плоскостью и указывает на некоторое состояние задней плоскости назад к HBA. Первый бит, который является высоким, обычно указывает на наличие привода. Два следующих бита обычно не используются и приводятся в действие на низком уровне. Поскольку эта линия будет высокой для всех 3 битов, когда объединительная плата не подключена, HBA-адаптер может обнаружить наличие задней плоскости посредством второго или третьего бита SDataIn, находящегося на низком уровне.
Затем SDataIn и SdataOut повторяются с 3 на диск, пока не будет достигнут последний диск, и цикл начинается снова.
Внедрение SGPIO
Принятие специализации SGPIO
SGPIO и спецификации SGPIO, как правило, применяются и внедряются в продукции большинства основных HBA-адаптеров и устройств управления хранением данных, таких как LSI, Intel, Adaptec, Nvidia, Broadcom, Marvell Technology Group и PMC-Sierra. Большинство продуктов, поставляемых с поддержкой SAS и SATA Driv, поддерживают этот стандарт.
Условия тайм-аута SGPIO
Параметры объединительной платы шины SGPIO
Наиболее безопасной реализацией, которая обеспечивает совместимость всех HBA-адаптеров и контроллеров СХД, является использование ASIC, в частности, комбинации микроядра с аппаратным интерфейсом SGPIO; эта концепция была запатентована в 2006 году AMI и реализована в серии контроллеров объединительной платы, названных MG9071, MG9072, MG9077 и.
Эти микросхемы будут принимать 1 или 2 потока SGPIO и соответственно возбуждать светодиоды; новейшие микросхемы от AMI, MG9077, могут быть сконфигурированы с помощью выдвижных и опускных или для принятия 16 различных конфигураций шин SGPIO и соответствующего возбуждения светодиодов. С момента появления этих чипов от AMI, основные OEM-производители, включая NEC, Hitachi, Hiticro, IBM, Sun Micros и другие, используют их на своих задних плоскостях для получения потоков SGPIO от различных HBA-вендоров и бортовых контроллеров для последовательного привода светодиодов с заранее определенной схемой мигания.