服務器基本輸入輸出系統和基板管理控制器之間紅魚接口的設計實現

汪 濤

（江蘇卓易信息科技股份有限公司 江蘇 無錫 214206）

0 引言

紅魚是一種基于HTTPs 服務的服務器BMC 管理標準，已經逐步成為業界新的服務器BMC 標準[1]。在紅魚標準推出之前，IPMI 是受到廣泛支持的行業標準，但IPMI 已有近20 年歷史，最后的更新還是在2004 年，已無法滿足當今BMC 對功能和安全的需求[2]。在傳統的服務器上，BIOS 和BMC通常會通過KCS協議使用IPMI來實現通訊和數據傳輸，這種方式存在的問題是傳輸速度慢，并且沒有一個統一的標準，導致每一家BMC/BIOS 供應商都定義了自己的格式。

本設計采用USB 作為傳輸通道，可極大提高傳輸速度，另外USB 支持大容量存儲（MASS STORAGE）方式，可以讓BIOS/BMC 以直接讀寫文件的方式使用USB，而采用標準紅魚JSON 格式作為BIOS 和BMC 交互的格式，BMC 的Web 界面可以對BIOS 的所有配置參數做修改，而且可以直接支持紅魚規范的BIOS 接口。

1 BIOS端設計

1.1 UEFI BIOS 介紹

當前主流服務器BIOS 一般采用統一的可擴展固件接口（Unified Extensible Firmware Interface,UEFI）。UEFI是用于取代和擴展舊的BIOS 固件的，它和BIOS 的主要區別之一是傳統BIOS 大多使用匯編寫成，而UEFI 的代碼99%以上是C 語言，并且充分利用新的模塊化的思想，采用了DRIVER/PROTOCOL 的新方式，UEFI 系統從加電到關機一般分為7 個階段[3]：SEC（安全驗證）->PEI（EFI 前期初始化）->DXE（驅動執行環境）->BDS（啟動設備選擇）->TSL（操作系統加載前期）->RT（Run Time）->AL（系統災難恢復期）。

本設計實現主要在BIOS 的DXE 和BDS 階段[4]。

1.2 實現步驟

為了實現BIOS 和BMC 之間紅魚接口，需要BIOS 和BMC 兩者配合，BIOS 在系統啟動階段需要實現的操作可大致分為下面5 個步驟。

（1）在BIOS 啟動進入DXE 階段后，BIOS 首先發送IPMI 命令OPEN_USB_KEY 給BMC，通知BMC 準備USB KEY，發送完這個命令之后，BIOS 并不等待BMC 返回的結果，而是繼續執行正常啟動過程中的任務。

（2）當BIOS 進入BDS 階段時，BIOS 發送IPMI 命令QUERY_USB_KEY 給BMC，查詢USB KEY 是否已經準備就緒，如果USB KEY 已經準備就緒，BIOS 將執行下一步操作；否則BIOS 會等待100ms 后繼續嘗試查詢USB KEY，重復此動作50 次之后（即總的等待時間是5S，主要是大部分系統對啟動時間有要求），如果USB KEY 還是沒有準備就緒，BIOS 將進行錯誤處理，然后執行其他啟動任務。

（3）BIOS 在獲知USB KET 已經準備就緒，開始連接USB 設備，連接成功則進行下一步操作。

（4）BIOS 讀 取BiosSettings.json 以 及Bios AttributeRegistry.json 文件[5]，將配置生效。

（5）如果用戶沒有進入BIOS 配置界面進行配置修改，BIOS 把從BMC 獲取的配置生效后會立即重啟BIOS，否則BIOS 把新的BiosSettings.json 以及BiosAttributeRegistry.json 寫回USB 磁盤，發送IPMI命令CLOSE_USB_KEY 給BMC，最后BIOS 重啟自身。

上述操作流程見圖1。

上面步驟中第4 步中BIOS 獲取到配置文件之后需要判斷是否有需要更新的數據，如果有待更新配置，需要判斷執行相應的操作，包括：是否需要更新密碼，是否需要恢復默認配置，是否需要重置BIOS，是否上報BIOS配置等，具體流程見圖2。

2 BMC端設計

2.1 IPMI 命令操作說明

在服務器運行過程中，BMC 在服務器交流電（Alternating Current,AC）上電時就開始啟動運行，而BIOS 需要在直流電（Direct Current，DC）上電時（通常是用戶按下啟動按鈕或者遠程發送啟動命令給服務器）才會啟動，BMC 端無法主動發送IPMI 命令，但需要實現響應BIOS 的3 個IPMI 命令。

2.1.1 OPEN_USB_KEY 命令

BMC 在收到OPEN_USB_KEY 之后需要實現下列操作。

（1）創建RAM 下的磁盤文件，并格式化成FAT16 格式，由于RAM 磁盤實際需要占用BMC 的內存，所以不宜設置太大，通常設置5 ～10 M，本方案基于Yocto[6]和OpenBMC[7]實現，默認BMC 文件系統使用的BusyBox[8]中的mkfs.fat 只支持生成FAT32 格式，需要修改mkfs.fat源碼以支持FAT16 格式[9]。

（2）利用USB Gadget ConfigFS 掛載磁盤文件，類似插入了一個U 盤[10]。

（3）從配置目錄/var/lib/bios-settings-json/下面拷入BIOS 當前的JSON 配置文件。

2.1.2 QUERY_USB_KEY 命令

BMC 在收到QUERY_USB_KEY 之后需要判斷USB_KEY 是否已經準備好，把結果返回給BIOS。

2.1.3 CLOSE_USB_KEY 命令

BMC 在收到CLOSE_USB_KEY 之后會做如下動作。

（1）把USB 磁盤上的BIOS 配置文件更新到/var/lib/bios-settings-json/目錄下。

（2）卸載磁盤文件。BMC 端可以通過一個shell 腳本實現對usb key 的掛載以及文件的復制移動[11]。

2.2 IPMI 命令表

BIOS 和BMC 通訊定義的OEM IPMI 命令格式見表1，BIOS 每次啟動的時候都會發送這個OEM 命令給BMC，這個命令被限制為僅供KCS 接口通信。

表1 Redfish OEM IPMI 命令

BMC 提供Web頁面可以讓用戶修改BIOS 配置， 進入BIOS 的配置頁面，BMC Web 后端會將BiosAttributeRegistry.json 和BiosSettings.json 合并成一個JSON 字符串，傳遞給前端，前端根據JSON 字符串動態生成界面，并可以提供SetBiosCurrentSettings.cgi 提供修改功能，修改界面見圖3。

其中BiosSettings.json 中定義了某個BIOS 屬性的當前值，譬如以BIOS啟動模式舉例，即“BootMode”：“Uefi”。

當前的啟動模式為UEFI 模式， 與之對應的BiosAttributeRegistry.json 中定義了BootMode 的屬性和可能的取值等，BIOS 屬性舉例如下。

從以上可以看出，BootMode 是枚舉變量，有兩個屬性，分別是Uefi 和Legacy,即表示BIOS 啟動模式可以有UEFI或者兼容傳統BIOS（Legacy）兩種方式。

3 紅魚接口

紅魚基于HTTPs服務，利用RESTful接口實現設備管理。每個HTTPs 操作都是以UTF-8 編碼的JSON 形式，提交或返回一個資源。就像Web 應用程序向瀏覽器返回HTML 一樣，RESTful 接口會通過同樣的傳輸機制(HTTPs)，以JSON 的形式向客戶端返回數據。紅魚接口支持的操作見表2。

表2 紅魚接口支持的操作

3.1 BiosAttributeRegistry

通過訪問https://{BMC 的IP 地址}/redfish/v1/Registries/BiosAttributeRegistry 地址可以獲取BiosAttributeRegistry.json 里面的相關資源。

3.2 BiosCurrentSetting

通過訪問https://{BMC 的IP 地址}/redfish/v1/Systems/1/Bios/Settings 地址可以獲取BiosCurrentSetting.json 文件里的相關資源。

4 結語

采用本設計方案后，通過BMC Web 或者紅魚接口可基于BIOS 屬性來顯示或修改BIOS 設置并驗證用戶輸入。遠程客戶端也可以通過網絡訪問服務器紅魚服務，直接獲取紅魚JSON 文件。