openUBMC Qemu特性设计说明书

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目录

1. 特性概述

1.1 目的

1.2范围

1.3特性需求列表

2. 需求场景分析

2.1特性需求来源与价值概述

2.2特性场景分析

2.3特性影响分析

2.3.1硬件限制

2.3.2技术限制

2.3.3对License的影响分析

2.3.4对系统性能规格的影响分析

2.3.5对系统可靠性规格的影响分析

2.3.6对系统兼容性的影响分析

2.3.7与其他重大特性的交互性，冲突性的影响分析

2.4同类社区/商用软件实现方案分析

3. 特性/功能实现原理(可分解出来多个Use Case)

3.1目标

3.2总体方案

4. Use Case一实现

4.1设计思路

4.2约束条件

4.3详细实现(从用户入口的模块级别或进程级别消息序列图)

4.4子系统间接口(主要覆盖模块接口定义)

4.5子系统详细设计

4.6DFX属性设计

4.6.1性能设计

4.6.2升级与扩容设计

4.6.3异常处理设计

4.6.4资源管理相关设计

4.6.5小型化设计

4.6.6可测性设计

4.6.7安全设计

4.7系统外部接口

4.8自测用例设计

5. Use Case二实现

6. 可靠性&可用性设计

6.1冗余设计

6.2故障管理

6.3过载控制设计

6.4升级不中断业务

6.5人因差错设计

6.6故障预测预防设计

7. 安全&隐私&韧性设计

7.1Low Level威胁分析及设计

7.1.12层数据流图

7.1.2业务场景及信任边界说明

7.1.3外部交互方分析

7.1.4数据流分析

7.1.5处理过程分析

7.1.6数据存储分析

7.1.7缺陷列表

7.2隐私风险分析与设计

7.2.1隐私风险预分析问卷

7.2.2隐私风险预分析总结

7.2.3个人数据列表

7.2.4XX需求设计

7.2.5YY需求设计

8. 特性非功能性质量属性相关设计

8.1可测试性

8.2可服务性

8.3可演进性

8.4开放性

8.5兼容性

8.6可伸缩性/可扩展性

8.7 可维护性

8.8 资料

9. 数据结构设计（可选）

10. 参考资料清单

表目录

表1：特性需求列表
表2：特性场景分析
表3：同类社区/商用软件实现方案分析
表4：异常处理设计
表5：可测试性分析
表6：可服务性分析

图目录

图1：方案总体实现原理图
图2：Qemu部署与应用
图3：仿真功能全流程
图4：BMC开发者使用Qemu序列图
图5：测试工程师使用Qemu流程图
图6：CI/CD流水线使用Qemu序列图
图7：测试平台使用Qemu序列图
图8：培训学员使用Qemu序列图

List of abbreviations 缩略语清单 ：

1.特性概述 ​

本特性旨在基于Qemu构建一个高度仿真的虚拟BMC硬件环境。其核心定位是为BMC固件的开发、测试、培训及社区协作提供一套标准化的、开箱即用的、且零硬件成本的纯软件解决方案。

1.1目的 ​

本文档对Qemu特性的功能进行设计，明确用户场景和主要处理过程，作为后续软件开发人员、测试人员的指导。

1.2范围 ​

• 希望了解和使用Qemu虚拟BMC环境的开发者、测试工程师和培训师。
• 需要对该特性进行维护或扩展的Qemu社区开发者。

1.3特性需求列表 ​

2.需求场景分析 ​

2.1特性需求来源与价值概述 ​

传统的BMC开发严重依赖物理服务器或开发板，这不仅带来了高昂的物料成本，也导致了开发环境碎片化、测试流程难以自动化、新人上手困难等问题。随着开源BMC（如openUBMC）的兴起，社区对一种轻量级、可标准化部署的开发和测试环境的需求日益迫切。Qemu作为业界领先的开源硬件模拟器，是解决这一问题的理想基石。通过扩展Qemu来模拟BMC硬件，我们能够完美地将BMC开发工作流程迁移到软件层面，从而赋能社区的敏捷协作与创新。

2.2特性场景分析 ​

2.3特性影响分析 ​

                  +-----------------------------------+
                  |                                   |
                  |      Qemu 虚拟BMC 环境            |
                  |                                   |
                  |  (核心引擎：提供标准化的虚拟硬件)   |
                  |                                   |
                  +-----------+-+---+-----------------+
                              | |   |
              +---------------+ |   +-----------------------+
              |                 |                         |
     应用1    |          应用2  |                  应用3    |
(本地开发调试) |    (冒烟/组件独立测试)|             (系统级深度测试)|
              |                 |                         |
    +---------v-------+   +-----v-----------+   +---------v-----------+
    |                 |   |                 |   |                     |
    |   BMCStudio     |   |  社区CI/CD流水线 |   |      测试平台        |
    |  (本地IDE/环境)  |   |                 |   |                     |
    |                 |   |                 |   |                     |
    +-----------------+   +-----------------+   +---------------------+

2.3.1硬件限制 ​

2.3.2技术限制 ​

操作系统：linux

编程语言：C

2.3.3对License的影响分析 ​

不涉及

2.3.4对系统性能规格的影响分析 ​

不涉及

2.3.5对系统可靠性规格的影响分析 ​

不涉及

2.3.6对系统兼容性的影响分析 ​

不涉及

2.3.7与其他重大特性的交互性，冲突性的影响分析 ​

见特性影响分析章节

2.4同类社区/商用软件实现方案分析 ​

3.特性/功能实现原理 ​

3.1目标 ​

• 保真度： 模拟的行为必须与真实硬件足够接近。
• 可重复性： 每次运行的状态应可预测和复现，这对于调试和自动化测试至关重要。
• 性能： 在保证功能正确的前提下，应具备足够的运行速度，不影响开发测试效率。
• 可操控性：能够方便地注入事件、模拟故障，支持自动化脚本操作。

3.2总体方案 ​

精确模拟BMC所依赖的底层芯片（soc-hi711），使标准的BMC固件镜像无需修改即可在Qemu虚拟机中正常运行，从而将BMC的开发与测试活动从对物理服务器的强依赖中彻底解放出来。


Qemu工具与仿真镜像采用独立设计，将通过应用市场发布，以支持社区流水线、测试平台及BMC Studio本地集成。社区开发者可对已支持协议的PCIe卡进行仿真文件配置，并独立发布和维护相关资源。开发者可根据实际需求，打包生成适用于不同机型的仿真镜像包，以便在各种场景中灵活部署和使用。


在Qemu协议仿真中，采用文件打桩方式模拟板载器件的硬件数据，无需修改现有BMC业务逻辑即可实现仿真功能。具体流程如下：

• 自发现服务： 该服务从固定路径读取 root.sr 文件，解析其中的CSR数据，建立设备拓扑关系，识别下级连接器并访问对应的下级板卡。Eeprom器件通过仿真实现——当需访问硬件Eeprom时，实际转向读取对应的Eeprom仿真二进制文件（bin文件）。
  
• 数据分发与解析： 自发现服务在识别并解析板卡CSR数据后，将数据分发至各业务子系统。各子系统将接收到的数据解析为资源协作接口对象。
  
• 数据访问： 用户（通过北向接口、组件app或mdb_ctrl）访问资源协作接口时，消息会被转发至对应的简单协议或复杂协议器件。这些器件均通过文件打桩实现，实际数据从仿真文件中读取


4.Use Case一实现 ​

4.1设计思路 ​

首先识别出所有与Qemu虚拟BMC交互的关键角色（Actors），然后为每个角色梳理他们要通过该工具达成的核心目标，最后详细描述为了达成这些目标而发生的交互序列（Use Cases）。角色识别：

1. BMC开发者：编写和修改BMC代码的工程师。需要频繁地编译、运行和调试固件。
2. 测试工程师：负责编写和执行测试用例，保证BMC软件质量。关注功能的正确性和稳定性。
3. CI/CD流水线：一个自动化系统，它的角色是自动触发、执行任务并报告结果。
4. 培训学员：BMC领域的初学者。需要一個安全的环境来学习和实验。
5. 测试平台管理系统：用于管理复杂测试任务的自动化系统或平台，它能批量调度和管理Qemu实例。

4.2约束条件 ​

• 系统权限要求：需要root用户权限运行Qemu。
• 功能模拟局限：功耗与热管理模拟不真实，可以模拟温度传感器读数，但没有真正的热力学模型。风扇转速变化不会导致模拟的“温度”发生变化，功耗读数也是完全虚拟的。

4.3详细实现 ​

4.3.1 BMC开发者Use Case实现过程 ​


• 开发者本地IDE编写lua代码，一键同步生效到Qemu环境，在IDE上可观测生效后的资源协作接口和数据库数据。
• 开发者本地IDE编写C/C++代码，一键同步生效到Qemu环境，在IDE上可观测生效后的资源协作接口和数据库数据。
• 开发者在BMC Studio上配置CSR和接口映射配置，一键同步生效到Qemu环境，在BMC Studio上可观测生效后的资源协作接口和数据库数据。

4.3.2 测试工程师Use Case实现过程 ​


• QEMU模块： 提供丰富的控制和观测接口，允许脚本动态注入数据。
• 测试框架模块： 需集成QEMU启动、监控、终止的生命周期管理。
• 测试能力： 从手动物理操作变为全自动化、可编程的测试。提升用例覆盖率和执行效率。

4.3.3 CI/CD流水线Use Case实现过程 ​


• 产品构建，流水线启动Qemu，执行冒烟测试，确保产品包基本功能正常。
• 组件代码上库，流水线启动Qemu，执行组件独立测试，确保组件包功能正常。

4.3.4 测试平台Use Case实现过程 ​


• 管理员在测试平台配置自动化测试策略。
• 平台自动触发（也可管理员手动触发）全量自动化测试，确保产品所有功能的正确性，稳定性和性能。
• 测试平台显示自动化测试结果，识别到测试用例执行异常会自动通知到管理员或订阅者。

4.3.5 培训学员Use Case实现过程 ​


• 学员可通过脚本启动培训流程（也可部署到社区进行在线教学），脚本为每位学员启动一个Qemu用于BMC培训教学。
• 学员可通过虚拟BMC页面学习和了解BMC知识。
• 学员可在指定页面（或文件）编写代码，完成简单BMC功能开发，并一键生效到Qemu环境，通过虚拟BMC页面观察生效结果。

4.4子系统间接口(主要覆盖模块接口定义) ​

在这个章节只要说本次修改涉及哪个 .h 的哪个接口的修改，大致的修改内容简述下即可。

4.5子系统详细设计 ​

详细描述各模块的修改点。

4.6DFX属性设计 ​

4.6.1性能设计 ​

该特性不影响已有的相关性能指标，但该特性本身的性能要求不低于真机性能的150%

4.6.2升级与扩容设计 ​

不涉及

4.6.3异常处理设计 ​

4.6.4资源管理相关设计 ​

宿主机要求：

• 内存：16G
• CPU：8核
• 硬盘：200G

4.6.5小型化设计 ​

不涉及

4.6.6可测性设计 ​

Qemu虚拟BMC特性具备高度的可测试性。通过构建一个涵盖功能、性能、安全、可靠性、边界值和异常场景的全面测试体系，不仅可以保证Qemu模拟器本身的质量和稳定性，更能为BMC固件提供一个无比强大的测试平台，从而在软件层面提前发现和解决大量潜在问题，最终显著提升整个BMC软件项目的开发效率和产品质量。

4.6.7安全设计 ​

不涉及

4.7系统外部接口 ​

不涉及

4.8自测用例设计 ​

描述自测用例是如何设计的，如何测试保证功能符合预期

5.Use Case二实现 ​

同第 4 章

6.可靠性&可用性设计 ​

6.1冗余设计 ​

不涉及

6.2故障管理 ​

不涉及

6.3过载控制设计 ​

不涉及

6.4升级不中断业务 ​

不涉及

6.5人因差错设计 ​

不涉及

6.6故障预测预防设计 ​

不涉及

7.安全&隐私&韧性设计 ​

不涉及

7.1Low Level威胁分析及设计 ​

7.1.12层数据流图 ​

不涉及

7.1.2业务场景及信任边界说明 ​

不涉及

7.1.3外部交互方分析 ​

不涉及

7.1.4数据流分析 ​

不涉及

7.1.5处理过程分析 ​

不涉及

7.1.6数据存储分析 ​

不涉及

7.1.7缺陷列表 ​

不涉及

7.2隐私风险分析与设计 ​

不涉及

7.2.1隐私风险预分析问卷 ​

不涉及

7.2.2隐私风险预分析总结 ​

不涉及

7.2.3个人数据列表 ​

不涉及

7.2.4XX需求设计 ​

不涉及

7.2.5YY需求设计 ​

8.特性非功能性质量属性相关设计 ​

8.1可测试性 ​

Qemu虚拟BMC特性高度可测试。其本质是一个软件程序，所有行为均可通过命令行参数、网络交互和日志输出进行控制和验证，非常适合自动化测试。

8.2可服务性 ​

必须提供一套清晰、准确、易于查找的文档。

8.3可演进性 ​

1. 仿真总线协议灵活扩展： 全面支持I2C、Localbus、Hisport、SMBus、MCTP等常用总线协议的仿真。基于这些协议的板卡与器件均可通过配置化的方式灵活接入和扩展，无需修改核心仿真框架，显著提升组态的适应性和可定制性。
2. Qemu与仿真镜像分离设计： Qemu二进制文件与机型仿真镜像实现完全分离。Qemu可作为通用仿真平台，动态加载不同机型的定制镜像，从而实现对多机型的统一、良好支持，大幅提升平台扩展性和版本管理的灵活性。
3. 基于Manifest的动态硬件组织： 支持通过manifest清单文件动态定义和组织待加载的板卡设备。用户可根据实际需求自定义机型所支持的硬件组合，实现机型功能的灵活装配与快速部署，增强仿真环境的可重构能力。

8.4开放性 ​

Qemu工具源码在GitCode上开放，社区开发者可基于此开放源码进行定制和开发。

8.5兼容性 ​

不涉及

8.6可伸缩性/可扩展性 ​

每个Qemu虚拟机实例都是独立的进程。因此，可以在单台强大的宿主机上并行运行数十个甚至上百个独立实例，尤其适用于CI/CD流水线和测试平台。

• CI/CD： 可以同时启动多个实例，对不同的代码提交或不同的测试套件进行并行测试，极大缩短反馈时间。
• 压力测试： 测试平台可以调度和管理一个Qemu实例集群，模拟出成百上千个BMC设备同时运行的场景，进行压力、负载和稳定性测试。

8.7可维护性 ​

不涉及

8.8资料 ​

• openUBMC Qemu特性设计说明书
• openUBMC Qemu特性详细设计说明书

9.数据结构设计 ​

不涉及

10.参考资料清单 ​