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. 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:neteasy163z@163.com

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