NVMe协议处理器及其处理方法技术

本发明专利技术公开了一种NVMe协议处理器及NVMe协议处理方法，所述NVMe协议处理器包括CPU子系统、共享存储器、Gather DMA模块、Scatter DMA模块、主机存取模块、独立Doorbell寄存器和Doorbell检测模块。Gather DMA模块与共享存储器连接，用于将外部主机的数据通过PCIe控制器搬移到共享存储器；Scatter DMA模块与共享存储器连接，用于将共享存储器的数据通过PCIe控制器搬移到外部主机；主机存取模块通过PCIe控制器连接在共享存储器和外部主机之间，以访问共享存储器；独立Doorbell寄存器连接在主机存取模块和Doorbell检测模块之间，用于存储Doorbell指针；所述Doorbell检测模块用于检测Doorbell指针的更新。本发明专利技术易于在NVMe协议升级或扩展时进行适应性修改，无需重新设计NVMe协议处理器的硬件电路，方便易用，适应性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固态存储设备(SolidStorageDevice,SSD)，更具体地，本专利技术涉及存储器控制器中用于处理NVMe(NonVolatileMemoryexpress，非易失存储器)协议的NVMe协议处理器及NVMe协议处理方法。
技术介绍
NVMe协议的处理流程一般为：1.命令提交(1)主机向提交队列(SubmissionQueue，SQ)写入NVMe命令；(2)主机写入更新后的SQ队列尾指针，作为Doorbell(门铃)通知NVMe协议处理器有新命令要处理；2.命令处理(1)NVMe协议处理器从主机的SQ队列取得NVMe命令；(2)NVMe协议处理器处理NVMe命令；3.命令完成(1)NVMe协议处理器向完成队列(CompletionQueue，CQ)队尾写入数据，指示命令处理完成；(2)NVMe协议处理器生成MSI-X中断，指示主机处理；(3)主机处理CQ中的数据；(4)主机写入更新后的完成队列CQ的头指针，作为Doorbell通知NVMe协议处理器。现有技术中主要以全硬件方式实现对NVMe协议的处理，当NVMe协议升级时，或者对NVMe协议进行扩展时，例如增加功能，需要修改硬件设计才能实现对升级或扩展后的NVMe协议的处理。如果用全硬件方式实现NVMe协议，假设需要支持三条NVMe命令A,B和C,并实现了对应的命令处理功能。但是，如果NVMe协议升级，需要支持5条命令，那么多出来的两条命令D和E就得通过增加硬件电路的方式来实现。而对于ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，专用集成电路)，增加硬件电路就需要重新进行前后端设计、仿真验证，会带来高昂的研发成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决目前采用全硬件方式实现NVMe协议处理器不能很好地适应NVMe协议升级或扩展的技术问题。为了实现上述专利技术目的，一方面，本专利技术提供了一种NVMe协议处理器，所述NVMe协议处理器第一种实现方案如下：包括：CPU子系统、共享存储器、GatherDMA模块、ScatterDMA模块、主机存取模块和PCIe控制器；所述CPU子系统包括一个或多个CPU，所述CPU耦合到所述共享存储器；所述GatherDMA模块与所述共享存储器连接，用于将外部主机的数据通过所述PCIe控制器搬移到所述共享存储器；所述ScatterDMA模块与所述共享存储器连接，用于将所述共享存储器的数据通过所述PCIe控制器搬移到外部主机；所述主机存取模块通过所述PCIe控制器耦合在所述共享存储器和外部主机之间，以使外部主机访问所述共享存储器；所述共享存储器中设有Doorbell寄存器，用于存储Doorbell指针；所述PCIe控制器用于在所述外部主机与所述NVMe协议处理器之间交换数据。进一步地，还包括Doorbell检测模块，所述Doorbell检测模块与所述Doorbell寄存器相耦合，用于检测所述Doorbell寄存器的更新。进一步地，所述GatherDMA模块和所述ScatterDMA模块还分别耦合到外部的SDD控制器。所述NVMe协议处理器第二种实现方案如下：包括：CPU子系统、共享存储器、GatherDMA模块、ScatterDMA模块、主机存取模块、独立Doorbell寄存器、Doorbell检测模块和PCIe控制器；所述CPU子系统包括一个或多个CPU，所述CPU连接到所述共享存储器；所述GatherDMA模块与所述共享存储器连接，用于将外部主机的数据通过所述PCIe控制器搬移到所述共享存储器；所述ScatterDMA模块与所述共享存储器连接，用于将所述共享存储器的数据通过所述PCIe控制器搬移到外部主机；所述主机存取模块通过所述PCIe控制器连接在所述共享存储器和外部主机之间，以访问所述共享存储器；所述独立Doorbell寄存器连接在所述主机存取模块和Doorbell检测模块之间，用于存储Doorbell指针；所述Doorbell检测模块用于检测所述独立Doorbell寄存器的更新；所述GatherDMA模块和所述ScatterDMA模块还分别耦合到外部的SDD控制器。另一方面，本专利技术还提供了一种NVMe协议处理方法，第一种实现方案如下：包括如下步骤：(1)主机将NVMe命令写入NVMe协议处理器的共享存储器；(2)所述NVMe协议处理器的CPU处理所述共享存储器中的NVMe命令；(3)所述NVMe协议处理器依据处理完成的NVMe命令，填充所述主机的完成队列(CQ)；(4)所述主机从所述完成队列(CQ)中取出数据并处理，并告知所述NVMe协议处理器完成队列(CQ)的处理情况。所述NVMe协议处理方法，第二种实现方案如下：包括如下步骤：(1)主机向NVMe协议处理器发送Doorbell指针值；(2)所述NVMe协议处理器的CPU获知Doorbell值的更新；(3)所述NVMe协议处理器的CPU配置GatherDMA模块从所述主机的提交队列(SQ)取得NVMe命令，并存入共享存储器；(4)所述NVMe协议处理器的CPU处理共享存储器中的NVMe命令；(5)所述NVMe协议处理器的CPU依据处理完成的NVMe命令，配置ScatterDMA模块，指示ScatterDMA模块将数据写入主机的完成队列(CQ)，该数据指示处理完成的NVMe命令；(6)所述主机从完成队列(CQ)中取出数据并处理，并将所述完成队列(CQ)对应的Doorbell指针值发送给所述NVMe协议处理器；(7)所述NVMe协议处理器的CPU获知Doorbell值的更新并完成NVMe命令的处理。所述NVMe协议处理方法，第三种实现方案如下：包括：检查对应于提交队列(SQ)的第一Doorbell寄存器是否被更新；若第一Doorbell寄存器被更新，配置GatterDMA模块来将主机的提交队列(SQ)中的NVMe命令传送到共享存储器；对共享存储器中的NVMe命令进行处理，将指示NVMe命令处理结果的数据写入共享存储器，并通过配置ScatterDMA模块，将共享存储器中的指示NVMe命令处理结果的数据传送到主机的完成队列(CQ)；检查对应于完成队列(CQ)的第二Doorbell寄存器是否被更新；若第二Doorbell寄存器被更新，完成所述NVMe命令的处理。进一步地，所述第一Doorbell寄存器与第二Doorbell寄存器位于所述共享存储器的存储空间。进一步地，所述检查对应于提交队列(SQ)的第一Doorbell寄存器是否被更新，包括：轮询所述Doorbell寄存器以确定所述第一Doorbell寄存器被更新。所述NVMe协议处理方法，第四种实现方案如下：包括：响应于接收到指示对应于提交队列(SQ)的第一Doorbell寄存器被更新的中断请求，配置GatterDMA模块来将主机的提交队列(SQ)中的NVMe命令传送到共享存储器；对共享存储器中的NVMe命令进行处理，将指示NVMe命令处理结果的数据写入共享存储器，并通过配置ScatterDMA模块，将共享存储器中的指示NVMe命令处理结果的数据传送到主机的完成队列(CQ)；检查对应于完成队列(CQ)的第二Doorbell寄存器是否被更新；若第二Doorbell寄存器被更本文档来自技高网...

【技术保护点】
NVMe协议处理器，其特征在于，包括：CPU子系统、共享存储器、Gather DMA模块、Scatter DMA模块、主机存取模块和PCIe控制器；所述CPU子系统包括一个或多个CPU，所述CPU耦合到所述共享存储器；所述Gather DMA模块与所述共享存储器连接，用于将外部主机的数据通过所述PCIe控制器搬移到所述共享存储器；所述Scatter DMA模块与所述共享存储器连接，用于将所述共享存储器的数据通过所述PCIe控制器搬移到外部主机；所述主机存取模块通过所述PCIe控制器耦合在所述共享存储器和外部主机之间，以使外部主机访问所述共享存储器；所述共享存储器中设有Doorbell寄存器，用于存储Doorbell指针；所述PCIe控制器用于在所述外部主机与所述NVMe协议处理器之间交换数据。

【技术特征摘要】
2015.10.10 CN 20151065215811.NVMe协议处理器，其特征在于，包括：CPU子系统、共享存储器、GatherDMA模块、ScatterDMA模块、主机存取模块和PCIe控制器；所述CPU子系统包括一个或多个CPU，所述CPU耦合到所述共享存储器；所述GatherDMA模块与所述共享存储器连接，用于将外部主机的数据通过所述PCIe控制器搬移到所述共享存储器；所述ScatterDMA模块与所述共享存储器连接，用于将所述共享存储器的数据通过所述PCIe控制器搬移到外部主机；所述主机存取模块通过所述PCIe控制器耦合在所述共享存储器和外部主机之间，以使外部主机访问所述共享存储器；所述共享存储器中设有Doorbell寄存器，用于存储Doorbell指针；所述PCIe控制器用于在所述外部主机与所述NVMe协议处理器之间交换数据。2.根据权利要求1所述的NVMe协议处理器，其特征在于，还包括Doorbell检测模块，所述Doorbell检测模块与所述Doorbell寄存器相耦合，用于检测所述Doorbell寄存器的更新。3.根据权利要求1或2所述的NVMe协议处理器，其特征在于，所述GatherDMA模块和所述ScatterDMA模块还分别耦合到SDD控制器。4.NVMe协议处理器，其特征在于，包括：CPU子系统、共享存储器、GatherDMA模块、ScatterDMA模块、主机存取模块、Doorbell寄存器、Doorbell检测模块和PCIe控制器；所述CPU子系统包括一个或多个CPU，所述CPU连接到所述共享存储器；所述GatherDMA模块与所述共享存储器连接，用于将外部主机的数据通过所述PCIe控制器搬移到所述共享存储器；所述ScatterDMA模块与所述共享存储器连接，用于将所述共享存储器的数据通过所述PCIe控制器搬移到外部主机；所述主机存取模块通过所述PCIe控制器连接在所述共享存储器和外部主机之间，以使外部主机访问所述共享存储器；所述Doorbell寄存器连接在所述主机存取模块和Doorbell检测模块之间，用于存储Doorbell指针；所述Doorbell检测模块用于检测所述Doorbell寄存器的更新；所述GatherDMA模块和所述ScatterDMA模块还分别耦合到外部的SDD控制器。5.NVMe协议处理方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)主机将NVMe命令写入NVMe协议处理器的共享存储器；(2)所述NVMe协议处理器的CPU处理所述共享存储器中的NVMe命令；(3)所述NVMe协议处理器依据处理完成的NVMe命令，填充完成队列...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨阳，王祎磊，
申请(专利权)人：北京忆芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11