高性能NVMe Host Controller IP

NVMe Host Controller IP

1. 介绍

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。

针对多通路访问PCIe SSD，NVMe Host Controller IP支持灵活配置DMA读写的通道个数，按照NVMe队列优先级机制实现多个DMA通道对同一块PCIe SSD的高效访问，从而达到多通道访问的并行需求和QoS要求。

• 1. 特性
• 支持Ultrascale+，Ultrascale，7 Series FPGA
• 支持PCIe Gen4，PCIe Gen3，PCIe Gen2 SSD
• 无需CPU和外部存储器
• 自动实现对PCIe SSD的PCIe设备枚举、NVMe控制器识别和NVMe队列设置
• 支持对PCIe SSD的NVM Subsystem Reset、Controller Reset和Shutdown
• 支持NVMe Admin Command Set：Identify、SMART、Create/Delete IO Submission/Completion Queue、Set Feature
• 支持NVMe NVM Command Set：Write、Read、Flush、Dataset Management
• 提供1个Admin命令接口，实现对PCIe SSD的复位/断电管理功能
• 提供1个IO命令接口，实现对PCIe SSD的IO（Page）读写、Cache Flush和逻辑数据块擦除功能；提供1个IO-AXI4-MM接口读写IO（page）数据
• 提供1个DMA命令接口，实现对PCIe SSD的DMA读写功能；提供1个DMA-AXI4-Stream-In/Out或DMA-FIFO-In/Out接口实现DMA数据的输入和输出
• 针对多通路DMA需求，可以配置N个DMA命令接口和N个DMA-AXI4-Stream-In/Out或DMA-FIFO-In/Out接口
• 支持的NVMe设备：
  1. Base Class Code：01h（mass storage），Sub Class Code：08h（Non-volatile），Programming Interface：02h（NVMHCI）
  2. MPSMIN（Memory Page Size Minimum）：0（4K-byte）
  3. LBA Unit：512-byte，1024-byte，2048-byte或4096-byte
• 一个NVMe Host Controller IP直接连接到PCIe SSD
• 易于集成的同步、可综合Verilog设计
• 通过完全验证的NVMe Host Controller IP

1. 概述

NVMe Host Controller IP作为一个对PCIe SSD的高性能存储控制器，不但提供对PCIe SSD的配置管理功能，而且提供对PCIe SSD的IO（Page）读写以及DMA读写功能。

NVMe Host Controller IP具备PCIe SSD Manegement，实现对PCIe SSD的复位/断电管理功能。

NVMe Host Controller IP具备ASQ/ACQ引擎，实现NVMe Admin Command Set：Identify、SMART、Create/Delete IO Submission/Completion Queue、Set Feature。

NVMe Host Controller IP具备IO（Page） Wr/Rd引擎和SQ1/CQ1引擎，实现对PCIe SSD的IO（Page）读写、Cache Flush和逻辑数据块擦除功能。

NVMe Host Controller IP具备DMA Wr/Rd引擎和SQn/CQn引擎，实现对PCIe SSD的DMA读写功能。

上电后，NVMe Host Controller IP内置的PCIe Device Enumerate & Configuration自动实现对PCIe SSD的PCIe设备枚举和配置；然后内置的NVMe Controller Identify & Initialization自动实现对PCIe SSD的NVMe控制器识别和初始化；最后内置的Queue Setup & Initialization自动实现对PCIe SSD的NVMe队列设置和初始化。上电后至此，NVMe Host Controller IP完成对PCIe SSD的所有配置和初始化工作，可以开始提供对PCIe SSD的读写、擦除、复位操作。

图 2 NVMe Host Controller IP结构框图

1. 产品规格
   1. 性能

PCIe配置参数：Max Payload Size=256-byte，Max Read Request Size=512-byte

1. PCIe Gen3 SSD，1个DMA通道：
   1. DMA写入速度可达3300MB/s
   2. DMA读取速度可达3500MB/s
2. PCIe Gen2 SSD，1个DMA通道：
   1. DMA写入速度可达1700MB/s
   2. DMA读取速度可达1800MB/s

1. 1. 资源

表3 PCIe Gen3 SSD，1个DMA通道资源

ZU7EV	LUTs	FFs	BRAMs	URAM	PCIe
资源	23657	33781	40	2	1

1. 交付清单

可交付资料：

1. 详细的用户手册

2. 设计文件：源代码或网表

3. 时序约束

4. 测试或Demo工程

5. 技术支持：邮件，电话，现场，培训服务

联系方式：

Email：[email protected]