基于PCIe的NVMe学习

一：基本概念

1.UltraScale：是Xilinx ZYNQ 系列产品

2.spec：大家现在别纠结于具体的命令，了解一下就好。老板交代干活的时候，再找spec一个一个看吧————猜测估计是命令表之类的。

Admin指令：——如下：

IO指令——如下：

3.TLP报文部分：在学习TLP报文之前需要了解pcie的分层结构，绝大多数的总线或者接口（也包括pcie），都是采用分层实现的如下图：

事务层（Transaction Layer）根据上层（软件层或者应用层）请求（Request）的类型、目的地址和其它相关属性，把这些请求打包，产生TLP，也就是Transaction Layer Packet。然后这些TLP往下，经历数据链路层，物理层，最终到达目标设备。根据软件层的不同请求，事务层产生四种不同的TLP请求：

1. Memory (主流)

2. IO

3. Configuration（非主流——上电枚举和配置阶段才会有host发起）

4. Message（非主流——中断，或者有错误等情况下）

4.最常见的tcp:PCIe线上主流传输的是Memory访问相关的TLP，Host与device，或者device与device之间，数据都是在彼此的Memory之间

5.除了，Memory write和Message是 psot（及不需要回应的tlp外），其余tlp都是 non—post（及需要响应的）

二：pcie相关知识（用xilinx的ip核进行管理，相关参数在gui界面设置）

1.但PCIe是可以最多32条道的（x32）

2.全双工模式

3.pcie拓扑结构：所有pcie的设备均挂在pcie总线上，谁要使用需要得到总线相关的使用权。

4.PCIe Endpoint，就是PCIe终端设备，比如PCIe SSD，PCIe网卡

5.Host与PCIe设备之间，或者PCIe设备与设备之间，数据传输都是以Packet（Transaction Layer Packet）形式进行的.

7.RC是树的根，或者主干，它为CPU代言——所有的配置空间（Configuration）的访问，都是Host发起的，确切的说是RC发起的

如上图：Switch就是负责：脱衣服看数据究竟是发送给哪个EP1的。

8.一个TLP最大载重是4KB，数据长度大于4KB的话，就需要分几个TLP传输。

9.gui 界面的class code ——010802

三：ssd相关知识

1.现在很多SSD都开始使用PCIe接口——为了追求速度更快，上限速度就是pcie的接口速度

2.SSD——半双工

四：NVMe相关知识——他是一种通信协议

1.NVMe是一种Host与SSD之间通讯的协议，它在协议栈中隶属高层——在三国的话，就是诸葛亮的角色

2.军师设计好计谋，就交由手下五虎大将去执行——虎将PCIe去完成任何命令。

3.虽然NVMe的命令可能可以由别的接口协议完成，但NVMe与PCIe合作形成的战斗力无疑是最强的。

4.AHCI和SATA的协议犹如刘备去指挥虎将PCIe——垃圾。还需诸葛（NVMe）来指挥。

5.所有SATA接口的SSD，你去看性能参数，会发现都不会超过600MB/s——垃圾。

6.NVMe有两种命令：一种叫Admin Command，用以Host管理和控制SSD。二种叫I/O Command，用以Host和SSD之间数据的传输。

7：命令有了，那么，Host又是怎么把这些命令发送给SSD执行呢——？

8：NVMe有三宝如下图——DB ,SQ,CQ

9:如上图,RC(root complex)就是CPU的代言人,小蜜。

10.

说，NVMe处理命令需要几步？答：八步：

第一步：Host写命令到SQ；

第二步：Host写DB，通知SSD取指；

第三步：SSD收到通知，于是从SQ中取指；

第四步：SSD执行指令；

第五步：指令执行完成，SSD往CQ中写指令执行结果；

第六步：然后SSD发短信通知Host指令完成；

第七步：收到短信，Host处理CQ，查看指令完成状态；

第八步：Host处理完CQ中的指令执行结果，通过DB回复SSD：指令执行结果已处理，辛苦您了！

11. 有SQ就必然有CQ  ,SQ/CQ中的”Q”,是Queue，队列的意思.

12.无论host想从ssd读数据还是写数据（host都是拿来主义，ssd都是快递员）Host也有两种方式来告诉SSD数据所在内存位置，一是PRP (Physical Region Page, 不是P2P!)，二是SGL (Scatter/Gather List)。

13.Physical Region Page：PRP Entry本质就是一个64位内存物理地址。

五：解读复旦大学的demo

1.用MicroBlaze核解析Admin指令，IO指令用PL逻辑实现。——因为nvme有两种命令形式为Admin指令（Host管理和控制SSD），IO指令（以Host和SSD之间数据的传输）

2.设计中创建了一个Admin Queue，8个IO Queue（如demo 工程）

3.启用了XDMA的4条stream通道（传输数据。数据可以是SQE、CQE等指令，也可以是要转移的数据。在demo设计中，2条steam用于读写SQE/CQE/PRP，2条steam用于读写数据。）、descriptor bypass通道（Descriptor Bypass仅针对通道提供了描述符旁路模式的仿真模型。此设计可以扩展以支持其他通道。可通过1111来全部打开）（找到了均通过XDMA的ip的gui界面设定的）。