NVMe Host Controller IP
1 介紹
NVMe Host Controller IP可以連接高速存儲(chǔ)PCIe SSD擎宝，無(wú)需CPU和外部存儲(chǔ)器，自動(dòng)加速處理所有的NVMe協(xié)議命令浑玛，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接口绍申，非常適合于超高容量和超高性能的應(yīng)用。此外顾彰，NVMe Host Controller IP支持RAID存儲(chǔ)极阅，從而可實(shí)現(xiàn)更高存儲(chǔ)性能和存儲(chǔ)容量。
無(wú)需CPU涨享，NVMe Host Controller IP自動(dòng)執(zhí)行對(duì)PCIe SSD的PCIe設(shè)備枚舉和配置筋搏、NVMe控制器識(shí)別和初始化、NVMe隊(duì)列設(shè)置和初始化厕隧，實(shí)現(xiàn)必須以及可選的NVMe Admin Command Set和NVM Command Set奔脐，實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的復(fù)位/斷電管理俄周、IO（Page）讀寫、DMA讀寫和數(shù)據(jù)擦除功能髓迎，提供用戶一個(gè)簡(jiǎn)單高效的接口實(shí)現(xiàn)高性能存儲(chǔ)解決方案栈源。
NVMe Host Controller IP DMA讀寫的順序傳輸長(zhǎng)度可以配置，最小是4K-Byte竖般，最大是512K-Byte。順序傳輸長(zhǎng)度配置為4K-Byte茶鹃，NVMe Host Controller IP所消耗的BRAM最少涣雕，但是可以達(dá)到CrystalDiskMark測(cè)試軟件RND4K Q32T16測(cè)試模式下的讀寫性能。順序傳輸長(zhǎng)度配置為128K-Byte闭翩，NVMe Host Controller IP所消耗的BRAM比較多挣郭，可以達(dá)到CrystalDiskMark測(cè)試軟件SEQ128K Q32T1測(cè)試模式下的讀寫性能。
針對(duì)多路數(shù)據(jù)通道訪問(wèn)PCIe SSD疗韵，使用NVMe的多隊(duì)列特性兑障，NVMe Host Controller IP支持靈活配置DMA讀寫的通道個(gè)數(shù)，按照NVMe隊(duì)列優(yōu)先級(jí)仲裁機(jī)制蕉汪，實(shí)現(xiàn)多個(gè)DMA通道對(duì)同一塊PCIe SSD的高效訪問(wèn)流译，從而達(dá)到多路數(shù)據(jù)通道訪問(wèn)的并行需求和QoS要求。
1.1 特性
? 支持Ultrascale+者疤，Ultrascale福澡，7 Series FPGA
? 支持PCIe Gen4，PCIe Gen3驹马，PCIe Gen2 SSD
? 無(wú)需CPU和外部存儲(chǔ)器
? 自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的PCIe設(shè)備枚舉革砸、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、Controller Reset和Shutdown
? 支持NVMe Admin Command Set：Identify糯累、SMART算利、Create/Delete IO Submission/Completion Queue、Set Feature
? 支持NVMe NVM Command Set：Write泳姐、Read效拭、Flush、Dataset Management
? 提供1個(gè)Admin命令接口胖秒，實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的復(fù)位/斷電管理功能
? 提供1個(gè)IO命令接口允耿，實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的IO（Page）讀寫、Cache Flush和邏輯數(shù)據(jù)塊擦除功能扒怖；提供1個(gè)IO-AXI4-MM接口讀寫IO（page）數(shù)據(jù)
? 提供1個(gè)DMA命令接口较锡，實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的DMA讀寫功能；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(zhǎng)度可以配置盗痒，4K-Byte~512K-Byte蚂蕴；不同的順序傳輸長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)不同的DMA讀寫性能低散，同時(shí)也消耗不一樣的BRAM資源
? 針對(duì)多通道DMA需求，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)）和深度可配置骡楼，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)制熔号，提供詳盡的訪問(wèn)錯(cuò)誤狀態(tài)輸出
? 支持的NVMe設(shè)備：
n Base Class Code：01h（mass storage），Sub Class Code：08h（Non-volatile）鸟整，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(zhǎng)度或0（無(wú)限制）
n LBA Unit：512-byte引镊，1024-byte，2048-byte或4096-byte
? 一個(gè)NVMe Host Controller IP直接連接到PCIe SSD
? 易于集成的同步篮条、可綜合Verilog設(shè)計(jì)
? 通過(guò)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)控制器弟头，不但提供對(duì)PCIe SSD的配置管理功能，而且提供對(duì)PCIe SSD的IO（Page）讀寫以及DMA讀寫功能涉茧。
NVMe Host Controller IP具備PCIe SSD Management赴恨，實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的復(fù)位/斷電管理功能。
NVMe Host Controller IP具備ASQ/ACQ引擎伴栓，實(shí)現(xiàn)NVMe Admin Command Set：Identify伦连、SMART、Create/Delete IO Submission/Completion Queue钳垮、Set Feature惑淳。
NVMe Host Controller IP具備IO（Page） Wr/Rd引擎和SQ1/CQ1引擎，實(shí)現(xiàn)對(duì)PCIe SSD的IO（Page）讀寫饺窿、Cache Flush和邏輯數(shù)據(jù)塊擦除功能汛聚。
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讀寫功能短荐。
上電后倚舀，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；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)別和初始化忍宋；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)置和初始化痕貌。至此，NVMe Host Controller IP完成對(duì)PCIe SSD的所有配置和初始化工作糠排，可以開始提供對(duì)PCIe SSD的讀寫舵稠、擦除、復(fù)位操作入宦。
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哺徊，Max Read Request Size=512-byte
- PCIe Gen3 SSD，Seq=128KB乾闰，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落追，Seq=128KB，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
-
KU040
ku-nvme-resource.png
- ZU7EV
