在莱迪思FPGA中实现DC-SCM

在莱迪思FPGA中实现DC-SCM

莱迪思半导体白皮书 

2022年4月

目录

第一节摘要

第二节DC-SCM是什么？

第三节 为什么要使用DC-SCM？

第四节DC-SCM架构

第五节DC-SCM LTPI

第六节莱迪思LTPI

第七节莱迪思DC-SCM的安全实现

第八节莱迪思DC-SCM的控制实现

第九节莱迪思产品革新：一种方案三种关键特性

第十节支持DC-SCM的莱迪思产品

第十一节使用莱迪思SupplyGuard™实现端到端的保护

第十二节结论

第十三节参考文献

 

摘要

DC-SCM是OCP硬件管理项目的一个子项目。DC-SCM实施模块化服务器管理，包含了已存储在典型处理器主板上的所有的固件状态。DC-SCM通常将三个关键功能转移到一个标准尺寸模块（CFM）中。

•管理——BMC功能和一个新的LTPI接口（低电压差分信号通道协议和接口）

•安全

•控制

本文描述了DC-SCM的LTPI（服务器管理）、安全和控制三个方面。DC-SCM 2.0的所有三个关键功能都已经在莱迪思半导体的单个FPGA中实现。

DC-SCM 2.0规范的一个重要变化就是引入了低电压差分信号通道协议和接口（LTPI）。本文描述了DC-SCM及其在莱迪思FPGA解决方案中的LTPI实现。

DC-SCM的安全模块称为ROT（可信根），可以用来解决黑客在保密固件的闪存中安装恶意代码的安全问题。莱迪思PFR（平台固件保护恢复）解决方案可以作为DC-SCM的ROT，避免数据中心服务器中的此类漏洞。

莱迪思FPGA还包括了DC-SCM定义的控制功能，提供数据中心服务器所需的时序重置和电源管理功能。

DC-SCM是什么？

开放计算项目（OCP）是一个在公司之间共享服务器和数据中心产品设计和最佳实践的组织。DC-SCM（Datacenter-ready Secure Control Module）是OCP硬件管理项目的一个子项目。它提供了将常见的服务器管理、安全和控制功能从主板转移到标准尺寸模块（CFM）的指南。

DC-SCM架构定义了与CPU板互操作的输入/输出端口。DC-SCM服务器在HPM（主机处理器模块）板上只有基本的中央计算元件（CPU）、高速存储器和IO连接器，其他所有组件均在模块化DC-SCM（安全、控制、管理）板上。

为什么要使用DC-SCM？

DC-SCM有诸多益处：

•DC-SCM能轻松实现CPU/存储器的设计和部署，因为管理、安全和控制功能都独立于CPU/存储器板的开发。

-将BMC和RoT实施与服务器分离，实现独立的开发和创新

-通过将管理电路转移到更小、更低价的PCB，从而节省成本

-在多个项目和架构中使用通用的DC-SCM设计，节省验证时间

-简化HPM电路板布局，缩短开发时间

使用DC-SCM之后，拓展机箱只需根据CPU和SoC供应商的指南进行简单的常规开发即可 

•系统管理和安全性能不断发展且独立于CPU的更新换代。

-DC-SCM可以在一代产品内在平台上部署管理和安全升级，无需重新设计更复杂的组件

•DC-SCM使用开源模块化方法，轻松实现互操作性。

-标准化的常用模块

-采用高速互连（PCIe）等通用接口

•DC-SCM的优势之一体现在服务器报废时。模块化设计的好处是可以单独销毁安全模块，出售或回收报废的服务器不会泄露安全数据/密钥。

DC-SCM架构

DC-SCM架构主要包括以下几个部分：

•BMC：基板管理控制器

•BMC闪存：使用一个或等多个闪存器件（通常是两个）来存储BMC固件镜像

•BIOS闪存：使用一个或等多个闪存器件（通常是两个）来存储BIOS固件镜像

•DC-SCM CPLD：包含特定应用逻辑和LTPI 接口的可编程逻辑器件（DC-SCM 2.0 中引入了新的LVDS通道协议和接口）

RoT安全处理器： 负责验证系统上的BMC、BIOS和/或其他固件镜像的安全处理器

•可信任平台模块（TPM）：可选的专用微控制器，通过集成的加密密钥保护硬件

下图是DC-SCM规范中所定义的DC-SCM架构模块框图：

图 1

 

DC-SCM LTPI

DC-SCM 2.0规范的一个重要变化是引入了低电压差分信号通道协议和接口（LTPI）。LTPI解决了DC-SCM 1.0中的串行GPIO接口的缺点。

•LTPI比GPIO延迟更低

•它允许主机平台模块和DC-SCM模块之间的多个管理接口进行通道通信（为 I2C、SMBus、UART、数据自定义协议提供通道）

DC-SCM LTPI架构

如下图所示，LTPI接口采用了两片FPGA/CPLD器件实现。

•HPM FPGA——提供本地HPM接口到LTPI的桥接

•SCM CPLD——提供LTPI到本地SCM接口的桥接

图 2

LTPI接口用于在HPM和SCM之间传输各种低速信号。LVDS接口比DC-SCM 1.0中的SGPIO接口提供更高的带宽和更好的扩展性。它不仅支持GPIO，还支持SMBus、I2C和UART等低速串行接口的通道传输。它还可以通过额外的专有OEM接口进行扩展，并为HPM CPLD和SCM CPLD之间的原始数据通道传输提供支持。

莱迪思LTPI

莱迪思DC-SCM LVDS通道协议和接口IP核是兼容OCP、DC-SCM标准的解决方案。莱迪思LTPI IP全面支持符合DC-SCM 2.0协议规范的接口和协议。该LTPI IP具有以下特性：

•符合DC-SCM 2.0协议规范

-链路初始化、发现和协商

•支持多通道串行接口

-支持GPIO、I2C、UART、OEM和数据通道聚合

-总共支持多达7个通道的聚合/解聚合

•最高支持64位GPIO通道，采样率高达90kHz（低延迟GPIO可达5 MHz）

•对于I2C/SMBus接口，每一个接口都可以配置为主控、从动或同时配置为主控/从动（用于多主控）

•支持LVDS和sub-LVDS

•LFMXO5器件LVDS数据速率高达1000Mbps 

 

莱迪思LTPI通道架构

在DC-SCM LTPI规范的基础上，莱迪思使用时分复用（TDM）高速LVDS全双工链路在SCM和HPM之间发送和接收LTPI通道数据。

如下图所示，对于每个相等的时隙 TN（下图的示例帧T+1），都有一个LTPI帧在传输。在每个LVDS通道中都有部分LVDS帧在进行双向传输。通过LTPI接口发送的每个帧中分配给特定通道的比特数与每个通道专用的LTPI带宽成正比。

 

图 3

莱迪思LTPI通道框图

莱迪思LTPI参考设计的上层通道框图如下所示。从外部通道接收的数据通过低压差分信号（LVDS）接口在安全控制模块（SCM）和主机处理器模块（HPM）之间聚合和传输。来自LVDS接口的输入数据被重新映射到相应的目标外部通道。

图 4

DC-SCM/HPM LTPI IP由多路复用器、帧/数据包生成器/解析器、8b/10b编码器/解码器、字对齐器/链路同步器以及GDDR发送和接收模块组成。

多路复用器

多路复用器连接外部通道。在链路训练和特性协商之后，多路复用器模块在每个通道之间切换采样，形成有效载荷。