SteveKrig英特尔公司企业平台集团软件工程师概述：热插拔支持 PCIExpress*技术是一种创新的高性能互连体系结构，可带来显著增强的可靠性、可用性和可维护性（RAS）。本文将重点介绍RAS的其中一个方面：热插拔支持。文章深入介绍了与热插拔支持相关的问题和挑战，并描述了PCIExpress如何能够通过消除平台体系结构中影响可靠性和可维护性的冲突连接，帮助开发人员充分利用过去和现在的输入/输出（I/O）体系结构的优势，同时继续向前发展。传统PCI热插拔技术 热插拔技术允许用户在不中断系统中其它设备运营的情况下，物理拆卸或添加工业标准的外设组件互连（PCI）设备（如局域网网卡或I/O控制器等）。在添加或拆卸的过程中，只有个别插槽会受到影响，系统将无需重启或关机。 热插拔技术通常要求在不同平台层中的硬件和软件能够实现良好的互操作性，以便为用户提供可靠的热插拔功能――而这也正是问题的所在。不同厂商的组件必须能够结合起来支持热插拔功能。这使得当企业IT和数据中心经理尝试对不同服务器和适配器产品配置（包含定制的服务器平台）的众多服务模式进行分类时，将可能面临极大的可维护性挑战。原因在于，不同的服务模式将导致服务复杂性的加剧和停机可能性的增加。图1显示了需要实现无缝互操作以支持传统热插拔功能的硬件和软件组件。其中包括：1、特定平台厂商组件：包括热插拔控制器（HPC）和电脑基本输入输出系统（BIOS）等――操作系统通过此类软件与计算机的HPC和其它平台相关组件进行通信。2、特定操作系统技术：包括操作系统电源管理（OSPM）、高级配置和电源接口（ACPI）驱动程序、ACPI源语言和ACPI机器语言（AML）解释程序、以及操作系统相关应用/API等。 独立于操作系统之上的技术，诸如ACPI（包括特定平台厂商代码）等。 硬件BIOS和操作系统相关、或与之紧密结合的组件会加大支持的成本与复杂性，并降低整体系统的可靠性。这是因为：1、 作系统直接控制以外的诸多变数――可靠性取决于不同厂商组件中最薄弱的一环。2、 同的BIOS、驱动程序和控制器。3、 操作系统API/应用采用的不同使用模式。4、 不一致的兼容模式，诸如原始设备制造商（OEM）和独立硬件厂商（IHV）推出的产品等。5、 IT/数据中心经理需要提供不同的平台支持模式。PCIExpress的先进特性PCIExpress技术采用下列方法来解决传统热插拔技术中存在的问题：1、 CIExpress专为改进热插拔能力而设计，为此，PCIExpress在设计时包含了热插拔寄存器（不同于SHPC1.0，其中热插拔寄存器是一种独立的独立功能）。2、 操作系统提供了一个通用热插拔硬件寄存器接口――使操作系统能够提供固有的热插拔支持（摒弃了传统基于BIOS的方法）。3、 通过在基础体系结构一级上定义硬件所需的热插拔性能来推广一种标准使用模式。4、 构建于标准体系结构基础之上：标准热插拔控制器（SHPC）。5、 通过改进外形来降低原始设备制造商（OEM）的生产成本，同时提高平台可靠性。标准使用模式 PCIExpress通过为3个连续的平台等级上的功能定义并提供相关的寄存器支持，采用了一种标准使用模式： 机箱插槽终点（适配器） 这一标准使用模式使得不同厂商的产品可以实现出色的互操作性。对于IT和数据中心经理而言，由于不同厂商平台间的差异被大幅降低，因此该模式将可以极大地减少技术人员的培训和服务时间。它同时还能够消除用户为避免发生兼容性问题，从单一制造商处购买所有系统组件的困境，进而可显著提高投资回报。标准基础体系结构 PCIExpress基础体系结构构建于标准热插拔控制器（SHPC）之上，并在《PCI标准热插拔控制器和子系统规范1.0版》中进行了详细描述。这一规范由PCI特殊利益集团（PCISIG）出版，如欲了解更多信息，请访问PCI-SIG网站。 PCIExpress采用了SHPC的全部组件，详细信息请参阅以下矩阵图。其中“组件范围”栏指支持SHPC模式的平台范围。厂商独立性 虽然PCI热插拔规范说明了硬件要求，但它没有为处理插入和拆卸活动定义一个完整的模式――SHPC1.0规范定义了所需的软件模式。2002年推出的PCIExpressNative全面支持传统的PCI热插拔和SHPC模式，并通过使用公共寄存器接口，脱离了对BIOS的依赖，转移到操作系统之上。更为重要的是，PCIExpressNative通过创建一个能在任意厂商平台上使用的热插拔控制器标准连结，消除了对ACPIBIOS和特定平台热插拔控制器驱动程序依赖。 PCIExpressNative在能够充分利用当前I/O体系结构优势的同时，还通过采用一种允许操作系统打开或关闭Native支持的方法，满足了当前和未来的需求。这种被称为操作系统热插拔（OSHP）的控制方法需要驻留于支持ACPI机制的平台BIOS之中。当关闭Native支持时，将由ACPIBIOS控制管理热插拔功能。当操作系统打开Native支持时，ACPIBIOS就会自动关闭，从而使操作系统可以直接通过Native操作系统支持来管理热插拔插槽。 当PCIExpressNative和SHPC提供相同的功能时，用于PCIExpressNative和SHPC的寄存器集之间会有细微的差异；然而，通过对寄存器相关接口进行一些微小的变化，单一的操作系统驱动程序将可以同时支持SHPC和PCIExpress。 PCIExpress支持任意一种基于插槽或模块的热插拔能力。与传统方法相比，PCIExpress的一项重要改进就是推出了能够保护硬件免受骤然热插拔影响的“mate-last/break-first”（先断后连）连接器。PCIExpress热插拔优于传统模式的关键之一在于其独特的PCIExpress模块，它采用了一种前端插入模式，允许在不打开机箱的情况下进行热插拔。 插槽和模块都构建于相同的软件模式之上。但具体平台实施成本要显著低于传统方法。模块解决方案相比更为经济，而随着电源控制器到模块的转移（连接器与系统之间将没有电源控制逻辑），相关成本将完全由模块产生。模块解决方案的另一个优势就是成本随解决方案的扩展而增加，从而实现了按需付费。建议 为了充分利用PCIExpress技术可提供的高可靠性和低成本优势，行业厂商将需要采取以下措施：1、 件开发商应在新的硬件设计中提供PCIExpressNative支持。2、 件开发商应在BIOS修正版中实施OSHP，并部署一个基于SHPC的使用模式。3、 OEM应部署基于支持PCIExpressNative的组件的集成服务器产品。4、 IT和数据中心经理应在2004年开始部署基于PCIExpress的平台，以充分利用Native热插拔的优势。总结 热插拔功能对于保持系统可用性至关重要。现今的传统热插拔技术存在诸多问题，而且价格不菲，结果导致软硬件之间关系复杂且脆弱。这些问题进而使得数据中心和IT经理需要投入大量的时间和资金予以解决。通过采用标准使用模式并消除实现可靠热插拔所需的特定厂商代码和组件，PCIExpress将可以显著提高系统性能、延长正常使用时间、增强可维护性和降低成本。作者简介 SteveKrig是英特尔公司企业平台集团的一名常务软件工程师。在15年的工作生涯中，他在将新兴技术引入业界、开展其它主要项目和计划中发挥了极其重要的作用。这些信息技术包括DMI（台式机管理接口）、AGP（加速图形端口）、InfiniBand*和IPCO（设计达标工业BKM）等。他在这些项目中的工作获得了公司的高度认可，并与其他人合作编写了英特尔出版社即将出版的《PCIExpress介绍：软硬件开发商指南》一书。Krig获得了西雅图太平洋大学计算机科学学士学位。