NVMe IP放棄XDMA原因

選用XDMA做NVMe IP的關(guān)鍵傳輸模塊，可以加速IP的設(shè)計(jì)，但是XDMA對于開發(fā)者來說，還是不方便，原因是它就象一個黑匣子，調(diào)試也非一番周折，尤其是后面PCIe4.0升級。因此決定直接采用PCIe設(shè)計(jì)，雖然要費(fèi)一番周折，但是目前看，還是值得的，uvm驗(yàn)證也更清晰。

PCIe 加速模塊設(shè)計(jì)

PCIe 加速模塊負(fù)責(zé)處理PCIe事務(wù)層，并將其與NVMe功能和AXI接口直接綁定。如圖1所示，PCIe加速模塊按照請求發(fā)起方分為請求模塊和應(yīng)答模塊。請求模塊負(fù)責(zé)將內(nèi)部請求事務(wù)轉(zhuǎn)換為配置管理接口信號或axis請求方請求接口信號(axis_rq)，以及解析 axis 請求方完成接口信號(axis_rc);應(yīng)答模塊負(fù)責(zé)接收axis完成方請求接口信號(axis_cq)，將請求內(nèi)容轉(zhuǎn)換為AXI4接口信號或其它內(nèi)部信號做進(jìn)一步處理，同時將應(yīng)答事務(wù)通過axis完成方完成接口axis_cc)發(fā)送給PCIE集成塊.

圖1 PCIe加速模塊結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系圖

PCIe 加速模塊不僅承擔(dān)了TLP與其它接口信號的轉(zhuǎn)換功能，也是降低傳輸延遲增加吞吐量的核心部件。接下來分別對請求模塊和應(yīng)答模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行具體分析。

PCIe 請求模塊設(shè)計(jì)

請求模塊的具體任務(wù)是將系統(tǒng)的請求轉(zhuǎn)換成為axis接口形式的TLP或配置管理接口信號。這些請求主要包含初始化配置請求和門鈴寫請求。初始化配置請求由初始化模塊發(fā)起，當(dāng)配置請求的總線號為0時，請求通過Cfg_mgmt接口發(fā)送給PCIE集成塊;當(dāng)配置請求的總線號不為0時，請求以PCIe配置請求TLP的格式從axis_rq接口發(fā)送到PCIE集成塊，然后由硬核驅(qū)動數(shù)據(jù)鏈路層和物理層通過PCIe接口發(fā)送給下游設(shè)備，下游設(shè)備的反饋通過axis_rc接口以Cpl或CplD的形式傳回。門鈴寫請求由NVMe控制模塊發(fā)起，請求以PCIe存儲器寫請求TLP的格式從axis_rq接口交由PCIE集成塊發(fā)送。

由于發(fā)起請求的模塊存在多個，并且在時間順序上初始化模塊先占用請求，NVMe控制模塊后占用請求，不會出現(xiàn)請求的競爭，因此設(shè)置一條內(nèi)部請求總線用于發(fā)起請求和接收響應(yīng)，該請求總線也作為請求模塊的上游接口。請求模塊的請求總線接口說明如表1所示。無論是配置請求還是門鈴寫請求，請求的數(shù)據(jù)長度都只有一個雙字，因此設(shè)置讀寫數(shù)據(jù)位寬均為32比特。

表1 請求總線接口

在接收到請求總線接口的請求事務(wù)后，當(dāng)請求類型的值為0時，表示通過PCIE集成塊的配置管理接口發(fā)送請求，由于請求接口的接口和時序與配置管理接口基本一致，因此此時直接將請求接口信號驅(qū)動到配置管理接口完成請求的發(fā)送，請求讀數(shù)據(jù)和響應(yīng)也通過選通器連接到配置管理接口。當(dāng)請求類型值不為0時，則需要將請求轉(zhuǎn)換為TLP以axis接口形式發(fā)送，這一過程通過請求狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)，請求狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖2所示。

圖2 PCIe請求狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

各狀態(tài)說明如下：

IDLE：空閑狀態(tài)，復(fù)位后的初始狀態(tài)。當(dāng)請求寫有效或請求讀有效，且請求類型值不為0時，如果請求寫有效跳轉(zhuǎn)到WR_HEAD狀態(tài)，如果請求讀有效或讀寫同時有效跳轉(zhuǎn)到RD_HEAD狀態(tài)，否則保持IDLE狀態(tài)。實(shí)際的上層設(shè)計(jì)中讀寫請求不會同時發(fā)生，這里的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)條件增加了讀優(yōu)先設(shè)計(jì)，從而避免異常情況的出現(xiàn)。

WR_HEAD：請求寫TLP頭發(fā)送狀態(tài)。該狀態(tài)下根據(jù)請求類型、請求地址組裝寫請求的TLP報文頭部，并將報文頭部通過axis_rq接口發(fā)送。當(dāng)axis_rq接口握手時跳轉(zhuǎn)到WR_DATA狀態(tài)。

WR_DATA：請求寫TLP數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)。該狀態(tài)下將請求寫的數(shù)據(jù)通過axis_rq接口發(fā)送，當(dāng)axis_rq接口握手時跳轉(zhuǎn)到DONE狀態(tài)。

RD_HEAD：請求讀TLP頭發(fā)送狀態(tài)。該狀態(tài)下組裝讀請求TLP報頭通過axis_rq接口發(fā)送，當(dāng)接口握手時跳轉(zhuǎn)到RD_DATA狀態(tài)。

RD_DATA：請求讀CplD接收狀態(tài)。該狀態(tài)下監(jiān)測axis_rc接口信號，當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸有效時，啟動握手并接受數(shù)據(jù)，然后跳轉(zhuǎn)到DONE狀態(tài)。

DONE：請求完成狀態(tài)。該狀態(tài)下使能req_ack請求響應(yīng)信號，如果是讀請求同時將RD_DATA狀態(tài)下接收的數(shù)據(jù)發(fā)送到req_rdata請求讀數(shù)據(jù)接口。一個時鐘周期后回到IDLE狀態(tài)。