nvme fpga

时间: 2023-09-25 17:09:06 浏览: 134

Xilinx FPGA NVMe Host Controller IP

NVMe Host Controller IP可以连接高速存储PCIe SSD，无需CPU和外部存储器，自动加速处理所有的NVMe协议命令，具备独立的数据写入AXI4-Stream/FIFO接口和数据读取AXI4-Stream/FIFO接口，非常适合于超高容量和超高性能的应用。此外，NVMe Host Controller IP支持RAID存储，从而可实现更高存储性能和存储容量。无需CPU，NVMe Host Controller IP自动执行对PCIe SSD的PCIe设备枚举和配置、NVMe控制器识别和初始化、NVMe队列设置和初始化，实现必须以及可选的NVMe Admin Command Set和NVM Command Set，实现对PCIe SSD的复位/断电管理、IO（Page）读写、DMA读写和数据擦除功能，提供用户一个简单高效的接口实现高性能存储解决方案。 ### Xilinx FPGA NVMe Host Controller IP 知识点解析 #### 一、NVMe Host Controller IP简介 **NVMe Host Controller IP** 是一种专为Xilinx FPGA设计的高度集成的知识产权核，它允许直接与高速存储PCI Express (PCIe) SSD进行通信而无需CPU或外部内存的介入。该IP核的主要优势在于它可以自动处理所有的NVMe协议命令，并提供独立的数据写入和数据读取AXI4-Stream/FIFO接口，这使其特别适用于需要极高容量和性能的应用场景。 #### 二、NVMe Host Controller IP的关键特性 1. **硬件独立性**：支持Xilinx的Ultrascale+, Ultrascale, 7 Series等FPGA系列，确保了广泛的适用性和兼容性。 2. **PCIe SSD支持**：兼容PCIe Gen4, Gen3, Gen2标准的SSD，提供了强大的硬件扩展能力。 3. **无CPU操作**：无需CPU介入即可完成PCIe设备枚举、NVMe控制器识别、NVMe队列设置等任务。 4. **NVMe协议支持**： - 实现必需及可选的NVMe Admin Command Set和NVM Command Set。 - 支持NVMe Subsystem Reset、Controller Reset、Shutdown等命令。 - 支持如Identify、SMART、Create/Delete IO Submission/Completion Queue、Set Feature等NVMe Admin命令。 - 支持Write、Read、Flush、Dataset Management等NVMe NVM命令。 5. **接口支持**： - 提供Admin命令接口，用于复位/断电管理。 - 提供IO命令接口，用于IO(Page)读写、Cache Flush、逻辑数据块擦除等功能。 - 提供IO-AXI4-MM接口，用于读写IO(Page)数据。 - 提供DMA命令接口，用于DMA读写操作。 - 支持DMA-AXI4-Stream-In/Out或DMA-FIFO-In/Out接口，用于DMA数据的输入和输出。 6. **DMA读写配置**： - DMA读写的顺序传输长度可配置，范围在4K-Byte到512K-Byte之间。 - 不同的顺序传输长度会影响BRAM资源的消耗和DMA读写的性能。 - 支持多通道DMA配置，可根据需求配置最多4个DMA命令接口和相应的数据接口。 7. **NVMe队列配置**： - NVMe队列的数量和深度可配置，便于平衡DMA性能和逻辑资源消耗。 8. **错误处理**： - 支持NVMe Admin和IO命令的超时和错误处理恢复机制。 - 提供详细的访问错误状态输出，有助于快速定位问题。 9. **设备兼容性**： - 支持Base Class Code为01h的设备，Sub Class Code为08h的Non-volatile设备。 - 支持MPSMIN（Memory Page Size Minimum）为0（4K-byte）的设备。 - 支持MDTS（Maximum Data Transfer Size）大于等于顺序传输长度的设备。 #### 三、NVMe Host Controller IP应用场景 - **高性能计算**：在需要高速存储访问的应用场景中，如超级计算机、大数据分析等领域。 - **嵌入式系统**：无需CPU参与的实时数据处理和存储系统，如工业控制、航空航天等。 - **云计算基础设施**：数据中心内的高性能存储解决方案。 - **边缘计算**：物联网应用中的实时数据处理和存储需求。 #### 四、总结 Xilinx FPGA NVMe Host Controller IP通过其高度集成的设计和丰富的功能特性，为开发者提供了一个简单而高效的接口，用于实现高性能存储解决方案。无论是对于高性能计算还是嵌入式系统的开发人员来说，这一IP核都具有重要的意义，能够显著提升存储访问速度，降低延迟，同时减少对外部处理器和内存的依赖。

NVMe是一种高速的存储协议，而FPGA是一种可编程逻辑器件。在引用的内容中，作者使用FPGA实现了NVMe SSD高速读写控制，并介绍了系统架构以及不同硬盘在高速存储系统下的读写测试。根据作者的经历，实现NVMe的读写控制并不复杂，只要按照协议的规范进行实现即可。具体地，系统使用由处理器产生的伪数据，放入处理器子系统（PS）的DDR中，并通过ARM裸机启动系统和部分NVMe协议初始化。同时，PL和PS端协同工作，完成PCIe和NVMe协议的处理。

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