Xilinx NVMe AXI4主机控制器,AXI4接口高性能版本介绍

电子说

1.3w人已加入

描述

NVMe AXI4 Host Controller IP

介绍

NVMe AXI4 Host Controller IP可以连接高速存储PCIe SSD,无需CPU,自动加速处理所有的NVMe协议命令,具备独立的数据写入和读取AXI4接口,不但适用高性能、顺序访问的应用,也适用于随机访问的应用,同时结合外部存储器(比如DDR),使得Host端的数据访问管理更加灵活。

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/SMART/Error Information/Device Self-test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。

NVMe AXI4 Host Controller IP读写的顺序传输长度是RTL运行时动态可配置的,最小是4K-Byte,最大是512K-Byte。每次读写访问,用户可以指定本次传输的顺序传输长度(4K~512K Byte),不同的顺序传输长度对应不同的DMA读写性能。

针对多路数据通道访问PCIe SSD,使用NVMe的多队列特性,NVMe AXI4 Host Controller IP支持灵活配置DMA读写的通道个数,按照NVMe队列优先级仲裁(循环仲裁或加权循环仲裁)机制,实现多个DMA通道对同一块PCIe SSD的高效访问,从而达到多路数据通道访问的并行需求和QoS要求。

特性

支持Ultrascale+,Ultrascale,7 Series FPGA

支持PCIe Gen4,PCIe Gen3,PCIe Gen2 SSD

无需CPU

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、Error Information、Device Self-test、Create/Delete IO Submission/Completion Queue、Set Features – Volatile Write Cache/Arbitration

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/SMART/Error Information/Device Self-test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接口实现DMA数据的输入和输出

DMA读写的顺序传输长度可以动态配置,4K-Byte~512K-Byte;不同的顺序传输长度对应不同的DMA读写性能

针对多通道DMA需求,可以配置4个DMA命令接口,1个DMA-AXI4接口

NVMe队列的个数(配置DMA通道的个数)和深度可配置,平衡对PCIe SSD的DMA性能和消耗的逻辑资源

支持循环仲裁(Round Robin Arbitration)和加权循环仲裁(Weighted Round Robin Arbitration)

支持NVMe Admin和IO命令的超时和错误处理恢复机制,提供详尽以及扩展的访问错误状态输出

支持的NVMe设备:

Base Class Code:01h(mass storage),Sub Class Code:08h(Non-volatile),Programming Interface:02h(NVMHCI)

MPSMIN(Memory Page Size Minimum):0(4K-byte)

MDTS(Maximum Data Transfer Size):大于等于顺序传输长度或0(无限制)

LBA Unit:512-byte,1024-byte,2048-byte或4096-byte

一个NVMe AXI4 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 AXI4 Host Controller IP

概述

NVMe AXI4 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 AXI4 Host Controller IP具备PCIe SSD Management,实现对PCIe SSD的复位/断电/SMART/Error Information/Device Self-test管理功能。

NVMe AXI4 Host Controller IP具备ASQ/ACQ引擎,实现NVMe Admin Command Set:Identify、SMART、Error Information、Device Self-test、Create/Delete IO Submission/Completion Queue、Set Features – Volatile Write Cache/Arbitration。

NVMe AXI4 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 AXI4 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 AXI4 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。至此,NVMe AXI4 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、断电、SMART、Device Self-test操作。

主机控制器

图 2 NVMe AXI4 Host Controller IP结构框图

产品规格

性能

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

PCIe Gen3 SSD(三星990 Pro 4TB),Seq=512KB,1个DMA通道:

DMA写入速度3380MB/s

DMA读取速度3550MB/s

PCIe Gen3 SSD(三星970EVO Plus 1TB),Seq=512KB,1个DMA通道:

DMA写入速度3320MB/s

DMA读取速度3480MB/s

PCIe Gen3 SSD(Intel D5-P5530 3.84TB),Seq=512KB,1个DMA通道:

DMA写入速度3350MB/s

DMA读取速度3440MB/s

PCIe Gen3 SSD(三星980 Pro 1TB),Seq=512KB,1个DMA通道:

DMA写入速度2950MB/s

DMA读取速度3430MB/s

资源

KU040

表3.1 PCIe Gen3 SSD,Seq=512K,Queue Depth=8,1-DMA

  LUTs FFs BRAMs PCIe
总资源 16016 21927 21 1
NVMe Host Controller 10518 13878 4 0
PCIe Bridge 5499 8049 17 1

表3.2 PCIe Gen3 SSD,Seq=512K,Queue Depth=8,2-DMA

  LUTs FFs BRAMs PCIe
总资源 20546 26994 25 1
NVMe Host Controller 15043 18949 8 0
PCIe Bridge 5499 8049 17 1

表3.3 PCIe Gen3 SSD,Seq=512K,Queue Depth=8,4-DMA

  LUTs FFs BRAMs PCIe
总资源 29686 36972 33 1
NVMe Host Controller 24188 28933 16 0
PCIe Bridge 5499 8049 17 1

ZU7EV

表3.4 PCIe Gen3 SSD,Seq=512K,Queue Depth=8,1-DMA

  LUTs FFs BRAMs PCIe
总资源 21920 31099 38 1
NVMe Host Controller 10558 13962 4 0
PCIe Bridge 11363 17137 34 1

表3.5 PCIe Gen3 SSD,Seq=512K,Queue Depth=8,2-DMA

  LUTs FFs BRAMs PCIe
总资源 26448 36126 42 1
NVMe Host Controller 15083 19029 8 0
PCIe Bridge 11363 17137 34 1

表3.6 PCIe Gen3 SSD,Seq=512K,Queue Depth=8,4-DMA

  LUTs FFs BRAMs PCIe
总资源 35462 46253 50 1
NVMe Host Controller 24045 29160 16 0
PCIe Bridge 11363 17137 34 1



审核编辑 黄宇

打开APP阅读更多精彩内容
声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉

全部0条评论

快来发表一下你的评论吧 !

×
20
完善资料,
赚取积分