PECI接口

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低速信号设计之 PECI 篇 PECI（平台环境控制接口）是Intel提出的单线型双向总线技术，主要用于处理器与系统监控设备间的通信。其采用强上拉和弱下拉的电气设计，支持2Kbps~2Mbps的传输速率，并通过CRC校验确保数据可靠性。PECI广泛应用于计算机系统的CPU温度监测和功耗控制，以及服务器领域的数据中心温度管理和健康状态监测。在布局布线时需注意信号完整性、电源完整性及遵循Intel规范。典型应用案例包括服务器温度管理系统和工作站节能优化，展现了PECI在提升系统稳定性和降低能耗方面的重要价值。阅读详情

AI摘要

本文介绍了PECI(Platform Environment Control Interface)总线及其在CPU温度监控中的应用。PECI是一种一线总线协议，主要用于监测CPU及芯片组的温度。文章详细解释了Intel处理器的温度控制机制，包括TM1和TM2机制如何工作以防止CPU过热，并介绍了通过PECI接口读取CPU温度的具体方法。

PECI是用于监测CPU及芯片组温度的一线总线(one-wirebus)，全称是Platform Environment Control Interface。它最主要的应用是监测CPU温度，最新版本的PECI接口还包括一些其他的功能。

1 Intel Processor的温控机制

在CPU中，通常每个CPU核心都有一个数字温度传感器。在PC平台下，处理器可以通过MSR(Mode specific registers)获得处理器自身的温度、调节风扇转速度，从而实现温度控制。在服务器平台下，温度控制通常是由BMC来做的，业务CPU本身没有办法控制机框的风扇转速度。BMC直接或间接通过PECI总线获取到CPU核心温度，再根据所有温度值调整风扇转速。

MSR方式读取CPU温度读取到的是即时温度，PECI方式读取到的是256ms时间窗内的平均温度。MSR方式是需要CPU处理C0状态才能读取。PECI方式在C0~C6均可以使用。

图表1 PECI接中的连接方式

Intel Pentium M 开始在处理器中引入DTS（数字温度传感器）。温度传感器通常是每个CPU核心一个。

图表2 Intel温控组件

1.1 TM1

为了保护CPU不会在过热时被烧坏，从Pentium4开始，处理器中又加入了一个温度监示器Thermal Monitor 1，简称TM1。TM1会监示数字温度传感器的读数，当读数高于阈值T_jmax时，TM1会调节处理器时钟的占空比，以降低功耗，降低温度。这里所谓的调节时钟占空比与传统意义上的时钟占空比不同，这里调节的是时钟信号的开闭时间比例，比如说，它会在某一段时间内，37.5%的时间打开CPU时钟，让CPU工作，另62.5%的时间关闭CPU时钟，让CPU停止工作以降低功耗和温度。

Figure 1 TM1调整CPU时钟占空比

1.2 TM2

TM2是Pentium M时引入的，它提供了另一种降低CPU温度的办法。在CPU某个核心的温度超过T_jmax时，它会尝试降低时钟频率和供电电压来降低功耗和温度。TM1和TM2是两个单独的机制，或以分别启用和禁用。Intel推荐两个机制同时使用。它们的启用和禁用是通过BIOS设置IA32_MISC_ENABLE这个模式寄存器的第3、13位来实现的。BIOS打开这两个机制后，OS和用户程序不可关闭。

1.3 温度阈值

T_jmax是我们所知的第一个阈值，当CPU上任意一个核心的温度达到这个阈值时，CPU会产生一个PROCHOT#信号（processor hot）。该信号可触发TM1和TM2。处理器时会通过调节时钟占空比、降低时钟频率和供电电压的方式来降低功耗和温度。产生PROCHOT#信号的同时，温度监示器还会产生一个中断给CPU，其中断向量号通过LAPIC和LVT来设置。模式寄存器IA32_THERM_INTERRUPT有两个位用于高温中断使能（温度超过T_jmax时产生中断）和低温中断使能（温度回到低于T_jmax的范围时产生中断）。

PROCHOT#通过CPU的一个引脚拉出，并且可以连接在外设上，由外设来发生这个信号。比如说一个系统中有另一个设备的温度超过阈值，它可以拉低使能这个信号，从而使CPU也一起降温，从而降低机箱内的温度，制造一个更好的散热环境。

如果TM1和TM2启动后温度没能降低下来，并且继续升高到可能造成CPU物理损坏的温度时，核心会触发THERMTRIP#信号，并且关闭CPU电源。

CPU硬件实现的温度控制机制是用于CPU自我保存的温控机制，当这些机制不足以降温时，CPU会断电，从而造成系统突然掉电，造成数据损失。因而一般要求BMC在要以一定的周期读取CPU核心温度，根据温度调整风扇转速，并且当温度超过T_jmax-10时，让风扇全速转动。

2 相关MSR

2.1 IA32_THERM_INTERRUPT

IA32_THERM_INTERRUPT寄存的地址为0x19B。BIOS通过IA32_THERM_INTERRUPT模式寄存器使能温度相关的中断，其各字段定义如下：

表格 1 IA32_THERM_INTERRUPT 0x19B

位	描述
0	High temperature interrupt enable
1	Low temperature interrupt enable
2	PROCHOT# interrupt enable
3	FORCEPR# interrupt enable
4	Critical Temperature interrupt enable
7:5	reserved
14:8	Threshold 1 value
15	Threshold 1 int enable
22:16	Threshold 2 value
23	Threshold 2 int enable
63:24	reserved

在一个实际系统读到的该寄存器的值为：

sudo modprobe msr

sudo rdmsr –p 0 0x19B

2.2 IA32_TEMPERATURE_TARGET

IA32_TEMPERATURE_TARGET模式寄存器的地址为0x1A2。该模式寄存器是只读的。

表格 2 IA32_TEMPERATURE_TARGET模式寄存器

位	描述
23:16	温度目标，单为是摄氏度，当达到这个温度时触发TM1和TM2，产生PROCHOT#信号。

在一个实际系统读到的该寄存器的值为：

sudo modprobe msr

sudo rdmsr –p 0 0x1A2

0x5B08

0x5B=91摄氏度

嵌入汇编方式读取MSR：

__asm____volatile__(“movl $0x1A2, %%ecx\n\trdmsr\n\t”)

3 PECI接口

BMC获取CPU核心温度有两种途径：（1）通过PECI总线直接从CPU上获取温度数据，（2）通过IPMI协议从南桥上的ME上获取CPU核心温度。在途径（2）的情况下，ME需要通过PECI接口从CPU上获取温度。由于PECI的一线总线是intel的私有总线协议，很多BMC厂商并没有办法集成支持PECI接口协议的硬件，因而途径（2）是获取CPU核心温度的主流途径。

3.1 PECI规范

PECI是一个私有的协议，不得到Intel授权无从得知协议的细节。PECI规范到现在有三个主要版本：1.1、2.0和3.0。PECI 1.1支持最简单的温度监示，PECI2.0则支持更多的如读取MSR等特性，PECI 3.0进一步支持PCIe总线配置空间的读取。

表格 3 PECI 1.1和2.0比较

版本

1.1

2.0

特性

温度监示

Ping()

GetTemp()

GetDib()

温度监示

Ping()

GetTemp()

GetDib()

访问CPU内存

BIST

Memory throttling相关

下图是PECI 3.0支持的命令列表：

表格 4 PECI 3.0支持的命令列表

现代服务器系统中，BMC通常不直接使用PECI接口，而是通过南桥上的ManagementEngine来间接使用PECI接口。Management Engine是南桥上的一个嵌入式微控制器，它可以通过南桥上的PECI主控器访问CPU上的PECI从设备。同时，ME还实现了一些IPMI命令，可以让BMC通过SMLink间接使用这个PECI主控制器。这样的系统架构如下图所

示：