一种NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法技术

本发明专利技术涉及一种NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法，其中，包括：将硬件逻辑分为命令接收模块、命令分析模块以及命令处理模块；命令接收模块接收来自PCIe IP核的NVMe管理命令，接收到的命令存储在本地缓存命令FIFO中；命令分析模块检测该FIFO的空标志，如果该FIFO不为空，则读取该FIFO中的命令，读取完成之后，提取管理命令中的操作码，并参照NVMe协议，识别出不同的NVMe管理命令，交由命令处理模块进行处理；命令处理模块接收来自命令分析模块中分析的指令，针对不同指令处理不同的NVMe管理命令。本发明专利技术可以提高NVMe管理命令的响应处理时间，能够提高大容量固态盘的能效比。

A hardware unloading method for nvme protocol management command processing

【技术实现步骤摘要】
一种NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法
本专利技术涉及高能效固态存储领域，特别涉及NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法。
技术介绍
现有固态盘控制器通常采用CPU与专用电路协同处理主机下发的NVMe管理命令，其处理流程在命令分析阶段有所不同，专用电路收到NVMe管理命令之后，CPU检测标志位，通过片上总线从专用电路中读取NVMe管理命令，读取完之后，在CPU上对这些命令进行分析，针对不同命令，给专用电路下发不同的处理命令，处理这些管理命令。固态盘控制器CPU与专用电路交互一次需要消耗多个时钟周期，每个提交命令有64字节，总线位宽32位，需要消耗16次交互，总的交互时间已经达到us级，再加上CPU对NVMe管理命令的分析处理，时间消耗较大；而且固态盘控制器的CPU任务较多，需要不断巡检专用硬件电路中命令有无的标志位，消耗CPU的处理资源，不利于固态盘提高性能。
技术实现思路
本专利技术涉及一种NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法，用于解决NVMe管理命令处理占用CPU资源，同时提高NVMe管理命令的响应速度的问题。本专利技术一种NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法，其中，包括：将硬件逻辑分为命令接收模块、命令分析模块以及命令处理模块；命令接收模块接收来自PCIeIP核的NVMe管理命令，接收到的命令存储在本地缓存命令FIFO中；命令分析模块检测该FIFO的空标志，如果该FIFO不为空，则读取该FIFO中的命令，读取完成之后，提取管理命令中的操作码，并参照NVMe协议，识别出不同的NVMe管理命令，交由命令处理模块进行处理；命令处理模块接收来自命令分析模块中分析的指令，针对不同指令处理不同的NVMe管理命令。根据本专利技术的NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法的一实施例，其中，命令分析模块采用状态机的方式实现，由6个状态描述，分别是空闲状态、读取缓存命令FIFO状态、提取操作码状态、判断命令状态、发送识别命令状态和发送其他指令状态。根据本专利技术的NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法的一实施例，其中，在空闲状态下，检测命令接收模块中缓存命令FIFO的空标志，如果该FIFO为空，则表示没有收到NVMe管理命令，状态保持在空闲状态；当缓存命令FIFO不为空，则表示有NVMe管理命令待处理，状态跳转到读取FIFO状态；在读取缓存命令FIFO状态下，读取NVMe管理命令，缓存命令FIFO位宽为128位，该状态持续至读取一次提交命令的时间，然后状态跳转到提取操作码状态；在提取操作码状态，提取NVMe管理提交命令中的操作码，提取完成之后，状态跳转到判断命令状态；在判断命令状态下，判断NVMe管理命令是否为识别命令，如果为识别命令，则状态跳转到发送识别命令状态；如果不是识别命令，则状态跳转到发送其他指令状态；在发送识别命令状态下，向命令处理模块发送操作码和PCIe地址，发送完成之后，状态跳转到空闲状态；在发送其他指令状态下，向命令处理模块发送其他指令，该其他指令中包含操作码等信息，发送完成之后，状态跳转到空闲状态。根据本专利技术的NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法的一实施例，其中，命令处理模块采用状态机的方式实现，由10个状态描述，分别是空闲状态、提取有效数据状态、判断命令类型状态、ROM读状态、PCIe请求状态、等待PCIe应答状态、PCIe写数据状态、判断命令是否完成状态、命令完成状态和写寄存器状态。根据本专利技术的NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法的一实施例，其中，在空闲状态下，判断是否有效命令标志为高，如果为高，则状态跳转到提取有效数据状态，否则状态不变；在提取有效数据状态下，提取操作码、PCIe地址以及标识号，状态跳转到判断命令类型状态；在判断命令类型状态下，判断命令是否为识别命令，如果是，则状态跳转到ROM读状态，否则状态跳转到写寄存器状态；在写寄存器状态下，将提取出来的有效信息写入相应寄存器中，状态跳转到命令完成状态；在ROM读状态下，向缓存识别命令数据的ROM发起读请求，状态跳转到PCIe写请求状态；在PCIe写请求状态下，向PCIe模块发起请求使用发送通道资源的信号，状态跳转到等待PCIe应答信号状态；在等待PCIe应答信号状态下，判断PCIe模块是否返回应答信号，如果有，则状态跳转到PCIe写数据状态；在PCIe写数据状态下，将缓存识别命令数据的ROM块中的数据填入字段中写出去，状态跳转到命令是否完成状态；在命令是否完成状态下，判断剩余数据长度是否为0，如果是，则状态跳转到命令完成状态；否则状态跳转到ROM读状态；在命令完成状态下，向主机发送完成报文，状态跳转到空闲状态。根据本专利技术的NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法的一实施例，其中，管理命令包括：(1)删除I/O提交队列；(2)创建I/O提交队列；(3)删除I/O完成队列；(4)创建I/O完成队列；以及(5)识别。根据本专利技术的NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法的一实施例，其中，在发送其他指令状态下，向命令处理模块发送其他指令，该指令中包含操作码，发送完成之后，状态跳转到空闲状态。根据本专利技术的NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法的一实施例，其中，命令分析模块分析主机下发的命令类型，识别命令和其他管理命令处理有所不同，在处理模块中区别对待。根据本专利技术的NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法的一实施例，其中，命令处理模块接收命令分析模块的指令，如果是识别命令，从ROM中读取数据结构，通过PCIe模块发送；如果是其他模块，直接写相应的寄存器，处理完成通知主机。根据本专利技术的NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法的一实施例，其中，其中命令分析模块直接从命令接收模块的缓存命令FIFO中读取NVMe管理命令，取出其中的操作码进行分析，针对不同的NVMe管理命令，发送不同的标识指令到命令处理模块。本专利技术一种NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法，该方法通过硬件电路实现NVMe协议管理命令，无需CPU参与，以提高运行效率。该硬件电路包括命令接收模块、命令分析模块和命令处理模块。另外，为提高命令执行效率，在硬件中增加存放识别命令数据的ROM。该硬件电路工作流程为管理命令经PCIe模块，由命令接收模块接收，命令分析模块和命令处理模块直接在硬件中对其进行处理，缩短命令处理时间。该方法可以用于高能效固态盘控制器的设计中。附图说明图1为NVMe管理命令卸载示意图；图2为NVMe控制器管理命令分析模块处理流程图；图3为NVMe控制器管理命令处理模块流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。图1为NVMe管理命令卸载示意图，图2为NVMe控制器管理命令分析模块处理流程图，图3为NVMe控制器管理命令处理模块流程图，如图1至图3所示，本专利技术一种NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法，步骤如下：(1)主机的标准NVMe驱动通过PCIe接口发送命令到固态盘存储本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法，其特征在于，包括：/n将硬件逻辑分为命令接收模块、命令分析模块以及命令处理模块；/n命令接收模块接收来自PCIe IP核的NVMe管理命令，接收到的命令存储在本地缓存命令FIFO中；命令分析模块检测该FIFO的空标志，如果该FIFO不为空，则读取该FIFO中的命令，读取完成之后，提取管理命令中的操作码，并参照NVMe协议，识别出不同的NVMe管理命令，交由命令处理模块进行处理；命令处理模块接收来自命令分析模块中分析的指令，针对不同指令处理不同的NVMe管理命令。/n

【技术特征摘要】
1.一种NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法，其特征在于，包括：
将硬件逻辑分为命令接收模块、命令分析模块以及命令处理模块；
命令接收模块接收来自PCIeIP核的NVMe管理命令，接收到的命令存储在本地缓存命令FIFO中；命令分析模块检测该FIFO的空标志，如果该FIFO不为空，则读取该FIFO中的命令，读取完成之后，提取管理命令中的操作码，并参照NVMe协议，识别出不同的NVMe管理命令，交由命令处理模块进行处理；命令处理模块接收来自命令分析模块中分析的指令，针对不同指令处理不同的NVMe管理命令。


2.如权利要求1所述的NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法，其特征在于，命令分析模块采用状态机的方式实现，由6个状态描述，分别是空闲状态、读取缓存命令FIFO状态、提取操作码状态、判断命令状态、发送识别命令状态和发送其他指令状态。


3.如权利要求1所述的NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法，其特征在于，
在空闲状态下，检测命令接收模块中缓存命令FIFO的空标志，如果该FIFO为空，则表示没有收到NVMe管理命令，状态保持在空闲状态；当缓存命令FIFO不为空，则表示有NVMe管理命令待处理，状态跳转到读取FIFO状态；
在读取缓存命令FIFO状态下，读取NVMe管理命令，缓存命令FIFO位宽为128位，该状态持续至读取一次提交命令的时间，然后状态跳转到提取操作码状态；
在提取操作码状态，提取NVMe管理提交命令中的操作码，提取完成之后，状态跳转到判断命令状态；
在判断命令状态下，判断NVMe管理命令是否为识别命令，如果为识别命令，则状态跳转到发送识别命令状态；如果不是识别命令，则状态跳转到发送其他指令状态；
在发送识别命令状态下，向命令处理模块发送操作码和PCIe地址，发送完成之后，状态跳转到空闲状态；
在发送其他指令状态下，向命令处理模块发送其他指令，该其他指令中包含操作码等信息，发送完成之后，状态跳转到空闲状态。


4.如权利要求1所述的NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法，其特征在于，命令处理模块采用状态机的方式实现，由10个状态描述，分别是空闲状态、提取有效数据状态、判断命令类型状态、ROM读状态、PCIe请求状态、等待PCIe应答状态、PCIe写数据状态、判断命令是否完成状态、命令完成状态和写寄存器状态。


5.如权利要求1所述的NVMe协议管理命令处理的硬件卸载方法，其特征在于，
在空闲状态下...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯志华，裴可，安东博，万星，李艳婷，原晋杰，梁书铭，余仲，
申请(专利权)人：北京计算机技术及应用研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11