CompactPCI滿足電信行業對高可用性的要求
http://www.sharifulalam.com 2004-03-12 15:38 來源：深圳市秦安科技有限公司
電信領域正在發生著巨變。為了緊跟網絡通信量永無止境的發展步伐，電信行業正從單一專用平臺向標準化平臺轉變，平臺的開發也因此逐漸轉向依靠外部廠商，以便快速開發高度可靠的可擴展方案。在這種形勢下，電信行業迫切需要高可用性，CompactPCI標準應運而生。
為什么選擇CompactPCI?
在電信行業，確保系統正常運行至關重要：當客戶拿起電話，他希望隨時隨地都能聽到撥號音，這便是99.999%的服務高可用性，也就是每年只能有5分鐘的故障時間，包括維修、升級和日常維護。前幾年，電信供應商以專用系統來實現這一嚴格的高可用性，從芯片到高級軟件，系統的方方面面都自己動手設計。隨著電信領域轉向新型開放平臺，他們要求設備廠商也能提供99.999%的可用性。
網絡時代為電信運營商帶來了前所未有的機遇，同時也對現有的基礎設施提出了嚴峻的挑戰。運營商要求快速推出新服務，以便在市場上異軍突起。例如，運營商現在可快速集成呼叫等待、呼叫識別、語音信箱、因特網服務及DSL等服務。而且，所有這些新功能都必須要與現有服務具有同樣的可用性。電信運營商意識到他們的內部專用設備無法支持這一系列新型服務，因而轉向通信設備供應商，尋求具有內在高可用性的現成商用平臺。這樣，運營商就能夠快速構建和擴展高可用性系統，縮短產品面市時間，降低研發成本。
采用現成商用平臺首先要決定以那一種平臺為標準去實現高可用性。標準必須高度可靠、而又能靈活支持系統為滿足特定需求而進行定制。因此，該平臺必須由開放的業界標準部件構成。圍繞開放標準進行開發，不僅可靠性高，部件的成本效益也高。對于機架可拆裝式電信系統，選擇不多，只有PCI、VME和CompactPCI。
PCI總線已成為成百上千萬臺式機系統的業界標準。不過，它無法提供高度的可靠性，也不能滿足高可用性系統對99.999%正常運作時間要求。而且，其主板很難散熱，主板邊緣接頭可靠性低，在更換主板時極易受到損壞。PCI標準的好處在于有龐大的PC市場作后盾，可得到廉價的PC硅片和眾多的設備驅動程序，成本低，選擇余地大，采納新技術的周期短。這些功能強大的設備驅動程序和成熟的廉價硅片使PCI標準經濟實惠，可靠而靈活。
VME標準是面向工業應用開發的，非常重視高可用性。它的可靠性極高，散熱性能好，易于安裝和移動。不過，由于它采用專用的工業設計方法，成本昂貴，應用范圍有限。因為只有少量的設備驅動器和定制的硅片能支持VME，因此購買和維護都很昂貴。而且，VME環境的軟件移植必須定制，這又增加了驗證和支持的工作量。
為了避開上述兩個標準的局限性，包括Sun在內的400多家計算機供應商和制造商合作開發了cPCI標準。該標準將VME的高性能、擴展性和可靠性與PCI標準的經濟有效和靈活性有機地結為一體，因而廣被網絡設備、電信設備制造商和服務供應商采納。
cPCI特別汲取了VME的精髓(密集堅固的封裝，大型設備的極佳冷卻效果)，并與PC的優勢(廉價、易于采用最新互連和處理能力的快速硅片)巧妙地結合在一起。cPCI的其它優勢還包括標準規格(與臺式PCI總線的電子規格相等)，支持臺式機和工作站用的接口芯片。它還具有極高的性能。例如，工作頻率為33MHz的32位系統可實現132MB/s的速度，64位系統可實現264MB/s的速度。64位的66MHz系統則可提供528MB/s的速度。
CompactPCI也易于擴展，可同時支持多達256個的標準(橋接)PCI總線。它還可在每個系統中支持8個插槽，反觀PCI系統只能支持4個。加上橋接芯片后，CompactPCI可輕易擴展支持32個插槽。最重要的是，cPCI高度可靠。該標準以高度可靠的PC硅片和驅動程序為基礎，包含一個220針、2毫米高硬度接頭，確保有足夠的屏蔽和接地，可在噪音環境中實現低信號反彈和可靠運作。
增強型CompactPCI
但是，cPCI標準不能支持電信行業要求的99.999%高可用性標準。Sun公司最新發布的CP2000高可用性計劃，增強和擴展了基本的cPCI結構，可滿足特定的高可用性要求。該計劃將硬件和軟件集成起來，具備元件級、交換級和后臺級功能，同時提供培訓、文檔和咨詢服務。
CP2000計劃以cPCI為基礎，充分利用了cPCI的獨特性能。它利用了熱插拔、智能外設管理接口(IPMI)軟件標準以及信令支持等眾多功能。Sun始終堅持開放標準和社區技術開發模式，正計劃通過適當的cPCI標準組織，將CP2000結構提交廣大用戶評估。
現有cPCI熱插拔標準的缺陷是卡一是插在PCI總線上，一是完全處于非連接狀態，因而很難在不影響系統整體性能的情況下執行診斷。CP2000計劃擴展了cPCI總線，增加了IPMI標準的系統管理總線，該獨立結構可管理系統配置。IPMI總線提供系統控制器和衛星卡之間的帶外通信鏈路，因而可作為先進的故障排除端口，不會影響主PCI總線。額外增添的IPMI總線將大大改善單PCI總線節點的整體可靠性，并通過在衛星卡與系統控制器之間建立一個標準的通信方式，增強卡間通信能力。這意味著，CP2000 cPCI卡既可安裝在系統控制器中，也可裝在衛星插槽上，便于創建分布式或松耦合系統。
受IPMI總線的啟發，CP2000結構在PCI總線上多增添了一個系統控制器，巧妙地避免了由兩個PCI總線管理器引起的問題。IPMI總線允許兩個系統控制器協商誰來管理總線。事實上，這一新設計效果非常好，因此CP2000又增加了一個IPMI總線，專用于執行該項重要操作，從而避免了系統控制器的單點故障。另一個有可能發生的單點故障是cPCI總線自身。CP2000結構通過切斷故障卡來解決這一問題。總線本身是完全無源的，因而擁有極佳的平均故障間隔時間。
CP2000計劃在機架內使用IPMI總線來管理多個可替換元件(FRU)。IPMI的管理接口-Sun企業系統管理方案提供單一管理工具，既可管理硬件，也可管理操作系統和群集。該結構可直接支持專用應用系統和專用卡的失效恢復技術。
CP2000計劃的第三個增強性能是增添了cPCI機架群集功能，可通過一系列技術支持擴展性，改善可靠性。例如，該計劃借助商業級群集技術調動現有系統級軟件的一切優勢。由于側重點放在機架而非卡上，因而簡化了群集管理。CP2000結構中的機架是群集的節點，衛星卡是節點的額外資源，不是節點的組成部分。它的優點是每次按照機架而不是按照卡來分配復雜的群集任務(如全球文檔系統和單一系統圖象)。機架上運行的應用都包含了檢驗點、失效恢復和再啟動機制。
益處：加強冗余支持
由于故障不可避免，高可用性系統中包含了主要硬件的冗余資源。為了確保服務的連續性，這些備用資源在故障發生時可立刻派上用場。利用擴展cPCI硬件的高可用性，Sun在CP2000計劃中創建了多級冗余機制。
最重要的特性是熱插拔I/O和控制卡。實施傳統的硬件熱插拔技術相對來說比較容易，現有的子標準定義了如何解決有關硬件問題。但創建管理I/O控制器或系統控制器故障的機制則困難重重。一種可能性是創建鏡像系統，并確保其始終處于備用狀態，將所有故障都匯報到鏡像系統。但這種方法過于昂貴。第二種選擇是使用冗余控制器。由于系統控制器要控制總線，該方法十分復雜。冗余控制器如何替代所有故障控制器而不影響系統運作是一個很大的難題。
Sun的CP2000雙總線結構讓應用系統能夠處于熱插拔狀態。這樣通過軟件就可順利處理故障，非常容易地替換故障硬件，而不影響系統的正常運作。該機制被稱作可選路徑。
利用該方法，當故障發生時，磁盤及網絡運作可自動被指向預先定義的可選路徑，從而確保I/O卡的更換不影響系統運作。每個I/O設備都連接兩個I/O控制器，并擁有兩個獨立的電子路徑。如果一個系統控制器發生故障，應用系統會被告知，并指導系統使用另一個備用控制器。重要的是，路徑故障一旦發生，就會自動執行轉換操作。
Sun的結構使普通的非熱插拔應用也能借助可選路徑技術使用熱插拔硬件。這種技術使開發增強型、適用任何熱插拔操作的應用系統成為可能。這對容量升級非常有用。例如，可以在正在運行的系統中增添額外的局域網卡，并告知應用系統新增的卡處于可使用狀態。可選路徑的另一個優勢是支持動態再配置，允許操作系統根據系統硬件的變化作出反應。可選路徑與動態再配置的結合使系統管理員可進行在線維修和服務器再配置，增添應用級或服務級可用資源。動態再配置軟件允許操作系統通知應用系統硬件資源的變化情況。
為未來做好準備
所有這些擴展功能的優點是創建了高可用性電信應用所需的標準化平臺。增強的cPCI結構使OEM有可能創建高可用性系統，支持熱插拔功能，包括可選路徑和動態再配置。為滿足新一代基礎設施要求，電信行業對設備廠商的依賴程度日益增加，cPCI的眾多先進功能則使其成為新型開放平臺市場的熱門產品。
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