NVMe Host Controller IP
1 介紹
NVMe Host Controller IP可以連接高速存儲(chǔ)PCIe SSD艺晴，無需CPU和外部存儲(chǔ)器庶艾，自動(dòng)加速處理所有的NVMe協(xié)議命令，具備獨(dú)立的數(shù)據(jù)寫入AXI4-Stream/FIFO接口和數(shù)據(jù)讀取AXI4-Stream/FIFO接口状答，非常適合于超高容量和超高性能的應(yīng)用冷守。此外，NVMe Host Controller IP支持RAID存儲(chǔ)惊科，從而可實(shí)現(xiàn)更高存儲(chǔ)性能和存儲(chǔ)容量拍摇。
無需CPU，NVMe Host Controller IP自動(dòng)執(zhí)行對(duì)PCIe SSD的PCIe設(shè)備枚舉和配置译断、NVMe控制器識(shí)別和初始化授翻、NVMe隊(duì)列設(shè)置和初始化，實(shí)現(xiàn)必須以及可選的NVMe Admin Command Set和NVM Command Set孙咪，實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的復(fù)位/斷電管理堪唐、IO（Page）讀寫、DMA讀寫和數(shù)據(jù)擦除功能翎蹈，提供用戶一個(gè)簡單高效的接口實(shí)現(xiàn)高性能存儲(chǔ)解決方案淮菠。
NVMe Host Controller IP DMA讀寫的順序傳輸長度可以配置，最小是4K-Byte荤堪，最大是512K-Byte合陵。順序傳輸長度配置為4K-Byte，NVMe Host Controller IP所消耗的BRAM最少澄阳，但是可以達(dá)到CrystalDiskMark測試軟件RND4K Q32T16測試模式下的讀寫性能拥知。順序傳輸長度配置為128K-Byte，NVMe Host Controller IP所消耗的BRAM比較多碎赢，可以達(dá)到CrystalDiskMark測試軟件SEQ128K Q32T1測試模式下的讀寫性能低剔。
針對(duì)多路數(shù)據(jù)通道訪問PCIe SSD，使用NVMe的多隊(duì)列特性，NVMe Host Controller IP支持靈活配置DMA讀寫的通道個(gè)數(shù)襟齿，按照NVMe隊(duì)列優(yōu)先級(jí)仲裁機(jī)制姻锁，實(shí)現(xiàn)多個(gè)DMA通道對(duì)同一塊PCIe SSD的高效訪問，從而達(dá)到多路數(shù)據(jù)通道訪問的并行需求和QoS要求猜欺。
1.1 特性
? 支持Ultrascale+位隶，Ultrascale，7 Series FPGA
? 支持PCIe Gen4开皿，PCIe Gen3涧黄，PCIe Gen2 SSD
? 無需CPU和外部存儲(chǔ)器
? 自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的PCIe設(shè)備枚舉、NVMe控制器識(shí)別和NVMe隊(duì)列設(shè)置
? 支持對(duì)PCIe SSD的NVM Subsystem Reset副瀑、Controller Reset和Shutdown
? 支持NVMe Admin Command Set：Identify弓熏、SMART、Create/Delete IO Submission/Completion Queue糠睡、Set Feature
? 支持NVMe NVM Command Set：Write挽鞠、Read、Flush狈孔、Dataset Management
? 提供1個(gè)Admin命令接口信认，實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的復(fù)位/斷電管理功能
? 提供1個(gè)IO命令接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的IO（Page）讀寫均抽、Cache Flush和邏輯數(shù)據(jù)塊擦除功能嫁赏；提供1個(gè)IO-AXI4-MM接口讀寫IO（page）數(shù)據(jù)
? 提供1個(gè)DMA命令接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的DMA讀寫功能油挥；提供1個(gè)DMA-AXI4-Stream-In/Out或DMA-FIFO-In/Out接口實(shí)現(xiàn)DMA數(shù)據(jù)的輸入和輸出
? DMA讀寫的順序傳輸長度可以配置潦蝇，4K-Byte~512K-Byte；不同的順序傳輸長度對(duì)應(yīng)不同的DMA讀寫性能深寥，同時(shí)也消耗不一樣的BRAM資源
? 針對(duì)多通道DMA需求攘乒，可以配置4個(gè)DMA命令接口和4個(gè)DMA-AXI4-Stream-In/Out或DMA-FIFO-In/Out接口
? NVMe隊(duì)列的個(gè)數(shù)（配置DMA通道的個(gè)數(shù)）和深度可配置，平衡對(duì)PCIe SSD的DMA性能和消耗的邏輯資源
? 支持NVMe Admin和IO命令的超時(shí)和錯(cuò)誤處理恢復(fù)機(jī)制惋鹅，提供詳盡的訪問錯(cuò)誤狀態(tài)輸出
? 支持的NVMe設(shè)備：
n Base Class Code：01h（mass storage）则酝，Sub Class Code：08h（Non-volatile），Programming Interface：02h（NVMHCI）
n MPSMIN（Memory Page Size Minimum）：0（4K-byte）
n MDTS（Maximum Data Transfer Size）：大于等于順序傳輸長度或0（無限制）
n LBA Unit：512-byte闰集，1024-byte沽讹，2048-byte或4096-byte
? 一個(gè)NVMe Host Controller IP直接連接到PCIe SSD
? 易于集成的同步、可綜合Verilog設(shè)計(jì)
? 通過完全驗(yàn)證的NVMe Host Controller IP
2 概述
NVMe Host Controller IP作為一個(gè)對(duì)PCIe SSD的高性能存儲(chǔ)控制器武鲁，不但提供對(duì)PCIe SSD的配置管理功能爽雄，而且提供對(duì)PCIe SSD的IO（Page）讀寫以及DMA讀寫功能。
NVMe Host Controller IP具備PCIe SSD Management沐鼠，實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的復(fù)位/斷電管理功能盲链。
NVMe Host Controller IP具備ASQ/ACQ引擎，實(shí)現(xiàn)NVMe Admin Command Set：Identify、SMART刽沾、Create/Delete IO Submission/Completion Queue、Set Feature排拷。
NVMe Host Controller IP具備IO（Page） Wr/Rd引擎和SQ1/CQ1引擎久窟，實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的IO（Page）讀寫流译、Cache Flush和邏輯數(shù)據(jù)塊擦除功能。
NVMe Host Controller IP具備DMA Wr/Rd引擎和SQn/CQn引擎，實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的DMA讀寫功能旨涝。
上電后，NVMe Host Controller IP內(nèi)置的PCIe Device Enumerate & Configuration自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的PCIe設(shè)備枚舉和配置窃肠；然后內(nèi)置的NVMe Controller Identify & Initialization自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的NVMe控制器識(shí)別和初始化逝段；最后內(nèi)置的Queue Setup & Initialization自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的NVMe隊(duì)列設(shè)置和初始化。至此议街，NVMe Host Controller IP完成對(duì)PCIe SSD的所有配置和初始化工作泽谨，可以開始提供對(duì)PCIe SSD的讀寫、擦除特漩、復(fù)位操作吧雹。
圖 2 NVMe Host Controller IP結(jié)構(gòu)框圖
3 產(chǎn)品規(guī)格
3.1 性能
PCIe配置參數(shù)：Max Payload Size=256-byte，Max Read Request Size=512-byte
- PCIe Gen3 SSD涂身，Seq=128KB雄卷，1個(gè)DMA通道：
a) DMA寫入速度可達(dá)3300MB/s
b) DMA讀取速度可達(dá)3500MB/s
- PCIe Gen2 SSD，Seq=128KB蛤售，1個(gè)DMA通道：
a) DMA寫入速度可達(dá)1700MB/s
b) DMA讀取速度可達(dá)1800MB/s
3.2 資源
