PCIe-SSD NVMe主机控制器，AMBA-AXI4-Stream接口，高性能IP，介绍和使用手册

adrifter

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NVMe A4S Host Controller IP

介绍

NVMe A4S 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，适合于高性能、顺序访问的应用，比如视频记录、信号记录。

无需CPU，NVMe A4S 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 A4S Host Controller IP DMA读写的顺序传输长度是在生成RTL时配置的，最小是4K-Byte，最大是512K-Byte。顺序传输长度配置为4K-Byte，NVMe Host Controller IP所消耗的BRAM最少，但是可以达到CrystalDiskMark测试软件RND4K Q32T16测试模式下的读写性能。顺序传输长度配置为128K-Byte，NVMe Host Controller IP所消耗的BRAM比较多，可以达到CrystalDiskMark测试软件SEQ128K Q32T1测试模式下的读写性能。

针对多路数据通道访问PCIe SSD，使用NVMe的多队列特性，NVMe 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。

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、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
1. 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
支持SGDMA
DMA读写的顺序传输长度可以配置，4K-Byte~512K-Byte；不同的顺序传输长度对应不同的DMA读写性能，同时也消耗不一样的BRAM资源
针对多通道DMA需求，可以配置4个DMA命令接口，4个DMA-AXI4-Stream-In/Out或DMA-FIFO-In/Out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：
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. MDTS（Maximum Data Transfer Size）：大于等于顺序传输长度或0（无限制）
4. LBA Unit：512-byte，1024-byte，2048-byte或4096-byte
一个NVMe A4S 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 A4S Host Controller IP

1. 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=128KB，1个DMA通道：
1. DMA写入速度3380MB/s
2. DMA读取速度3550MB/s
PCIe Gen3 SSD（三星970EVO Plus 1TB），Seq=128KB，1个DMA通道：
1. DMA写入速度3050MB/s
2. DMA读取速度3350MB/s
PCIe Gen3 SSD（Intel D5-P5530 3.84TB），Seq=128KB，1个DMA通道：
1. DMA写入速度3280MB/s
2. DMA读取速度2700MB/s
PCIe Gen3 SSD（三星970EVO Plus 1TB），Seq=4KB，1个DMA通道：
1. DMA写入速度2700MB/s
2. DMA读取速度2000MB/s

NVMe A4S Host Controller User Guide.pdf (1.08 MB, 下载次数: 1)

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lemonboard

我也想学习一下NVMe的SSD存储。这速度实在太让人欢喜了

adrifter

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NVMe主机控制器使用手册，AMBA-AXI-Stream接口，AMBA-AXI4接口，Xilinx FPGA

NVMe A4S Host Controller User Guide

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adrifter

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