馮志華，王華卓，安東博，羅 重，王紅艷

(中國航天科工集團第二研究院 七〇六所，北京 100854)

0 引 言

近年來，面向PCIe接口的非易失性存儲協(xié)議，簡稱NVMe協(xié)議，為固態(tài)硬盤(solid state disk，SSD)提供了高帶寬、高吞吐量和低延遲的性能提升。在固態(tài)硬盤存儲系統(tǒng)中，存儲設備的容量、帶寬、延遲、每秒進行讀寫操作的次數(shù)(input/output operations per second，IOPS)、可靠性和功耗等指標直接決定了存儲服務質(zhì)量，乃至整個系統(tǒng)的計算性能。其中基于閃存的存儲設備在存儲器技術領域引領了新的技術方向，填補了動態(tài)隨機存儲器與機械硬盤之間的性能差距，同時擁有較好的性價比指標。

在固態(tài)硬盤開發(fā)過程中，根據(jù)NVMe控制器搭建原型仿真平臺，對各部分功能進行驗證，以確保所開發(fā)固態(tài)硬盤的可用性。通過優(yōu)化工程的結(jié)構復雜程度，可以有效降低功能驗證過程中的時間成本。不但可以快速完成各部分功能的驗證工作，加快開發(fā)迭代周期，還能幫助開發(fā)人員進一步評估設計改動對整體設計的影響，基于驗證得到的結(jié)果改進后續(xù)設計方案。

為進一步降低工程的結(jié)構復雜程度，加速開發(fā)迭代周期，本文提出通過塊隨機存儲器(block random access memory，BRAM)代替閃存作為存儲介質(zhì)，既而從工程中省略閃存控制器模塊，優(yōu)化工程結(jié)構，加速完成各部分功能的驗證工作，能夠適用于NVMe控制器的開發(fā)過程。

1 NVMe技術簡介

1.1 NVMe協(xié)議

NVMe協(xié)議是針對IO到內(nèi)存，特別是到非易失性閃存進行優(yōu)化的一種基于命令的應用層協(xié)議，規(guī)定主機端和存儲設備之間的通信方式，針對固態(tài)硬盤定義了存儲器接口、指令集和功能集。相比于傳統(tǒng)固態(tài)硬盤優(yōu)化了數(shù)據(jù)傳輸路徑和傳輸方式，提高數(shù)據(jù)傳輸效率，降低數(shù)據(jù)訪問延遲，釋放閃存存儲介質(zhì)的性能優(yōu)勢。

1.2 系統(tǒng)架構

NVMe協(xié)議驅(qū)動位于NVMe存儲系統(tǒng)的主機端，是通用IO塊層(block IO、BIO層)和NVMe控制器之間的軟件層，負責將來自BIO層的I/O請求合成NVMe命令，通過PCIe Root Complex(以下簡稱RC)下發(fā)到主機端內(nèi)存中的NVMe命令提交隊列中，等待NVMe控制器來獲取命令；RC是高速串行計算機擴展總線標準體系結(jié)構(peri-pheral component interconnect express，PCIe)的一個重要組成部件，RC并非本設計關注重點，而且RC的相關細節(jié)也被包含在操作系統(tǒng)的PCIe基礎驅(qū)動中[1]，因此對于RC的形式和分擔的功能不做深入解釋。

NVMe控制器位于NVMe存儲系統(tǒng)的設備端[2]，NVMe控制器通過RC從主機端內(nèi)存中獲得主機下發(fā)的命令后，將獲取的數(shù)據(jù)包進行拆解獲取命令的相關信息，將其發(fā)送到軟核處理器MicroBlaze進行命令處理；當NVMe控制器處理完成命令后，通過中斷響應機制通知主機端命令執(zhí)行已完成[3]。主機端接收到命令處理完成的中斷響應后，會暫停其它任務，優(yōu)先處理保存在主機內(nèi)存中的NVMe命令完成隊列中的完成信息，之后根據(jù)完成信息對設備端下發(fā)的命令完成指令，同時釋放內(nèi)存資源[4]。

NVMe原型仿真主要是根據(jù)NVMe標準協(xié)議對NVMe控制器進行設計與驗證，因此本設計沒有采用傳統(tǒng)NVMe存儲系統(tǒng)使用NAND閃存(NAND flash memory，NAND Flash)作為存儲介質(zhì)的方案[5]，而是使用BRAM替代NAND Flash作為存儲介質(zhì)，繼而省略掉Nand控制器模塊，以及軟件部分中閃存轉(zhuǎn)換層部分(flash translation la-yer，F(xiàn)TL)，包括磨損均衡、垃圾回收等復雜算法。存取數(shù)據(jù)時通過片內(nèi)總線直接從BRAM中讀取或?qū)懭??？朔F(xiàn)有仿真控制器的速度慢、結(jié)構復雜的缺點，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、方便的仿真，適用于高性能NVMe控制器的開發(fā)驗證，如圖1所示。

圖1 存儲系統(tǒng)整體架構

1.3 初始化與命令處理

主機在對NVMe設備初始化過程中需要了解NVMe設備的容量、邏輯塊大小等信息，這些信息均由identify命令獲取[6]。對NVMe控制器的初始化流程包括：

(1)基于系統(tǒng)配置，設置PCIe寄存器。當IO隊列數(shù)量確定之后，配置中斷方式；

(2)等待控制器RDY信號為‘0’，表明控制器已復位；

(3)配置管理隊列相關信息，包含AQA (admin queue attributes),ASQ(admin submission queue base address),ACQ(admin completion queue base address)等寄存器；

(4)配置控制器配置(controller configuration，CC)寄存器，包括在CC.MPS中初始化內(nèi)存頁大小、在CC.AMS中選擇命令仲裁機制以及在CC.CSS對IO Command進行配置；

(5)配置控制器配置使能，即配置CC.EN為‘1’；

(6)等待控制器表明已經(jīng)準備好處理命令，不斷向控制器發(fā)送讀控制器狀態(tài)(controller status，CSTS)寄存器的信號，直到控制器CSTS.RDY為‘1’時停止；

(7)向NVMe控制器發(fā)送Identify命令，獲取Controller data structure和Namespace data structure；

(8)通過Set Feature命令決定IO提交隊列和IO完成隊列的數(shù)量，然后再配置中斷寄存器；

(9)根據(jù)系統(tǒng)配置需求和控制器的數(shù)量需求，使用創(chuàng)建IO完成隊列命令分配IO完成隊列；

(10)根據(jù)系統(tǒng)配置需求和控制器的數(shù)量需求，使用創(chuàng)建IO提交隊列命令分配IO提交隊列；

(11)如果想要獲取可選項的異步通知，應該發(fā)送Set Feature命令去使能此項功能。

在執(zhí)行完上述初始化過程后，NVMe設備端可用來執(zhí)行端下發(fā)的IO指令。主機端內(nèi)存中有兩種隊列，提交隊列(submission queue，SQ)和完成隊列(completion queue，CQ)，分別用來存放提交命令和完成命令。提交隊列存放下發(fā)給NVMe設備端的命令(64字節(jié))，完成隊列存放NVMe設備端返回的完成命令(16字節(jié))。通過寫提交隊列門鈴信號通知NVMe控制器有新的命令需要處理，NVMe控制器檢測到門鈴信號之后，從提交隊列中讀取命令；完成命令之后，NVMe控制器回傳命令完成報文到完成隊列，命令執(zhí)行的具體流程包括：

(1)主機端將NVMe協(xié)議命令封裝之后寫到內(nèi)存的提交隊列中，更新提交隊列的尾指針；

(2)將提交隊列的尾指針寫到NVMe控制器的門鈴寄存器中，通知設備有新的命令需處理，等待設備獲?。?/p>

(3)設備端通過輪詢門鈴寄存器，得知有新的命令要處理，立即從提交隊列中將命令取到設備固件上；

(4)設備進行命令執(zhí)行，若是讀命令，則通過DMA將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻?nèi)存相應的位置；若是寫命令，則通過DMA將數(shù)據(jù)從內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)皆O備中，然后寫到對應的介質(zhì)上；

(5)設備執(zhí)行命令后，將執(zhí)行結(jié)果封裝在完成包中，傳輸?shù)较鄳耐瓿申犃兄小Ｍ瓿砂邪嗣畹膱?zhí)行情況，如命令是否正確執(zhí)行，或者是否因為數(shù)據(jù)無法訪問或者執(zhí)行超時產(chǎn)生了錯誤等；

(6)設備發(fā)送MSI-X中斷通知有新的命令完成包；

(7)選取新的完成包進行處理，從命令完成包中的內(nèi)容可以得知命令的完成情況，然后進行相應的處理；

(8)寫相應完成隊列的門鈴寄存器，告訴控制器完成包已經(jīng)處理結(jié)束，設備釋放完成包占用空間。至此，命令處理結(jié)束。

2 關鍵技術

2.1 NVMe原型仿真平臺整體架構

主要由NVMe IP、MICROBLAZE、AXI_BRAM、AXI_INTC、AXI_INTERCONNECT等模塊組成，系統(tǒng)架構如圖2所示。NVMe IP模塊包含了NVMe協(xié)議處理過程的可編程邏輯(programble logic，PL)部分與PCIe模塊共同組成了NVMe原型仿真平臺與主機端交互的底層接口；剩余的MICROBLAZE、AXI_BRAM、AXI_INTC、AXI_INTERCONNECT等模塊均為賽靈思官方提供的功能性模塊。MICROBLAZE包含了NVMe協(xié)議命令處理過程的可編程系統(tǒng)(programble system，PS)部分，二者協(xié)同處理由主機端下發(fā)的NVMe命令。AXI_BRAM作為存儲器，用于存儲Identify數(shù)據(jù)以及主機端寫入的數(shù)據(jù)。AXI_INTC模塊是一個中斷控制器，通過AXI總線掛在MICROBLAZE上，用于處理NVMe命令處理完成時產(chǎn)生的中斷。AXI_INTERCONNECT模塊用于NVMe_IP模塊、MICROBLAZE、AXI_BRAM、AXI_INTC各模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸[7,8]。

圖2 NVMe原型仿真架構

2.2 PCIe模塊

該模塊由賽靈思官方提供的PCIe Gen3.0 IP核和PCIe傳輸模塊兩部分組成，如圖3所示。

圖3 PCIe IP與NVMe IP間的數(shù)據(jù)交互

PCIe Gen3.0 IP核集成了標準的PCIe協(xié)議以及與外部通信的AXI-S接口，通過AXI-S總線協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。PCIe Gen3.0 IP的AXI-S總線為4個，分別是m_axis_cq_*(接收端請求信號)、 m_axis_rc_*(發(fā)送方完成信號)、s_axis_rq_*(發(fā)送方請求信號)、s_axis_cc_*(接收端完成信號)，請求端接口和完成端接口完全分開[9]。

PCIe傳輸模塊則用于PCIe IP核與NVMe IP模塊之間的數(shù)據(jù)交互，在NVMe原型仿真平臺中起承上啟下的作用，它一方面與PCIe IP核進行數(shù)據(jù)通信，另一方面通過AXI總線與NVMe IP模塊中其它子模塊進行交互。它通過m_axis_cq_*、m_axis_rc_*系列信號接收來自PCIe IP的數(shù)據(jù)報文，并對TLP包進行解析；通過s_axis_rq_*、s_axis_cc_*系列信號將組裝好的TLP包發(fā)送到PCIe IP。PCIe傳輸模塊主要通過存儲器讀請求(memory read request，MRd)、存儲器寫請求(memory write request，MWr)、完成包數(shù)據(jù)(completion with data，CPLD)3種格式的TLP包進行主機端和NVMe原型仿真平臺之間的信息交互。

其中主機端通過MRd數(shù)據(jù)包從設備端中讀取寄存器信息；通過MWr數(shù)據(jù)包來操作設備端的寄存器，也可以向設備端中寫入數(shù)據(jù)，最終寫入到BRAM；通過CPLD數(shù)據(jù)包來傳輸完成命令中的數(shù)據(jù)包到主機端；另外MSI數(shù)據(jù)包是設備端向主機傳遞到的中斷信號。NVMe IP模塊從PCIe傳輸模塊中獲得主機的下發(fā)的TLP包之后，按照不同類型的數(shù)據(jù)包，傳遞給不同子模塊進行處理；當處理完成后，通過MSI數(shù)據(jù)包通知主機命令執(zhí)行已完成。

2.3 NVMe IP模塊

該模塊由控制器寄存器模塊、內(nèi)部寄存器模塊、命令處理模塊以及中斷模塊組成。

2.3.1 控制器寄存器模塊

該模塊用于NVMe IP模塊與主機軟件部分進行通信，主機軟件需要檢測NVMe IP狀態(tài)時，會通過讀取控制器寄存器來判斷當前所處狀態(tài)；主機軟件也可通過配置控制器寄存器狀態(tài)來操作NVMe IP模塊。寄存器模塊均通過PCIe以MWr、MRd、CPLD報文形式進行傳輸，由于寄存器最大數(shù)據(jù)位寬為64位，所以對于MWr報文和CPLD報文，負載數(shù)據(jù)長度均不超過2DW。在PCIe模塊中MWr、WRd數(shù)據(jù)包已經(jīng)存儲在FIFO中，因此控制器寄存器模塊對于接收到的TLP報文處理流程為：

(1)判斷FIFO是否為空，如果FIFO不空，表示有TLP報文寫入，則該模塊需要從FIFO中讀取TLP報文，獲取出TLP報文頭；

(2)通過TLP報文頭中Req Type字段確定TLP的類型；

(3)如果TLP為MWr報文，則需要再從FIFO中讀一次數(shù)據(jù)，把負載數(shù)據(jù)讀取出來，寫給內(nèi)部寄存器；

(4)如果TLP為MRd報文，則不用再從FIFO中讀取，需要將主機所讀取地址信息中的數(shù)據(jù)通過CPLD報文發(fā)送給主機。

2.3.2 內(nèi)部寄存器模塊

該模塊是NVMe原型仿真平臺內(nèi)部處理器與FPGA通信時使用的寄存器，是CPU與FPGA協(xié)同工作的紐帶，用于PS與PL間的數(shù)據(jù)交互，共同完成NVMe命令處理、數(shù)據(jù)的DMA傳輸、PCIe狀態(tài)處理等任務。在NVMe命令處理過程中，PS從內(nèi)部寄存器模塊中讀取從主機端下發(fā)的NVMe命令，通過OPC字段分析命令類型，按照不同命令類型，給PL下發(fā)相應的指令。PL按照PS下發(fā)的指令，進行后續(xù)處理，直至命令處理完畢，產(chǎn)生完成命令。

內(nèi)部寄存器包括控制器準備信號、IO完成隊列使能信號、IO提交隊列使能信號、IO完成隊列中斷信號、IO提交隊列基地址、IO完成隊列基地址、IO提交隊列空間大小、IO完成隊列空間大小、IO完成隊列向量、數(shù)據(jù)存放地址等寄存器。另外包含3個NVMe完成命令寄存器和4個DMA命令寄存器。

該模塊與CPU通信的接口為AXI_Lite接口，傳輸數(shù)據(jù)位寬為32位，在CPU進行寫寄存器操作時，取地址的高位作為使能信號，地址低位作為具體地址。NVMe完成命令分配有3個地址，在寫完第3個地址時，需要給出寫FIFO使能信號，用于存儲NVMe完成命令。即在寫寄存器地址等于0x30c時，給出使寫能信號r_awaddr_hcmd_cq_wr1_en，表示將存儲完成命令數(shù)據(jù)。DMA命令分配有4個地址，在寫完第4個地址時，同樣需要將DMA命令存儲到FIFO中。在寫寄存器地址等于0x31c時，給出使能信號r_awaddr_dma_cmd_wr_en，表示將存儲DMA命令數(shù)據(jù)。當需要數(shù)據(jù)寫入其它寄存器時，用r_s_axi_awaddr[7∶2]表示低八位地址，低兩位默認為0。

2.3.3 命令處理模塊

該模塊是NVMe原型仿真平臺中的重要模塊，主要作用是從主機內(nèi)存中獲取提交隊列命令，與PS部分配合對獲取的NVMe命令進行相應的處理，完成后向主機發(fā)送完成隊列命令。

命令處理模塊分為提交隊列命令處理和完成隊列命令處理兩部分。其中提交隊列命令處理模塊處理主機的門鈴信號，通過與本地維護的提交隊列頭指針r_sq_head_ptr[7∶0]進行比較，如果不一致，則表示主機內(nèi)存中有新命令需要處理，此時向PCIe數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)起MRd讀請求。讀取到提交命令后，該模塊將從讀取的命令中提取邏輯塊起始地址(starting logical block address，SLBA)、數(shù)據(jù)占用邏輯塊數(shù)量(number of logical blocks，NLB)、頁地址空間(physical region page，PRP)等信息存在對應的FIFO中，并更新本地提交隊列的頭指針。PS檢測到hcmd_sq_fifo中不為空時，則從FIFO中讀取命令進行軟件部分處理。命令完成隊列處理模塊接收從命令完成標志cpl_status[14∶13]，向PCIe傳輸模塊發(fā)出MWr請求，發(fā)出命令完成報文。該模塊接收的命令完成標志有兩個來源，第一個是PS下發(fā)的完成標志，PS在處理管理命令后，會通知PL端命令已完成；第二個是IO命令中數(shù)據(jù)傳輸完成后，該模塊會收到數(shù)據(jù)傳輸完成的標志，再向主機發(fā)送完成命令報文。

2.4 軟件部分

NVMe控制器的軟件部分通過FPGA上的MICROBLAZE軟核來完成。PS不斷從內(nèi)部寄存器NVME_CMD_FIFO_REG_ADDR中讀取NVMe命令，通過Quene Identify的值判斷是Admin命令還是IO命令，如圖4所示。

圖4 NVMe命令解析流程

NVMe Admin命令處理部分可支持NVMe1.3協(xié)議規(guī)定的大部分管理命令，不支持Abort管理命令。從命令處理主函數(shù)輸入為NVMe命令結(jié)構體的nvmeCmd，通過cmdDword第一個Dword得到操作碼OPC，用來區(qū)分不同的Admin命令，從而進入到不同的子函數(shù)中進行命令處理，如圖5所示。

圖5 Admin命令處理流程

NVMe IO命令處理部分通過AXI_Lite從NVMe IP的FIFO中讀取命令，從中獲取PRP、SLBA、NLB等信息，通過地址映射確定BRAM中的物理地址。此處通過DMA直接將數(shù)據(jù)從DDR存儲到BRAM中，因此軟件部分也可以省略FTL部分，包括磨損均衡、垃圾回收等復雜算法。

2.5 可擴展性

本文設計的NVMe原型仿真驗證方案能夠支持基礎的NVMe管理命令如Set Features、Identify、Get Log Pagede等以及讀寫IO命令。同時支持自定義開發(fā)驗證，可以在NVMe IP的命令處理模塊中添加待驗證功能的邏輯代碼，在控制器內(nèi)部寄存器中添加該命令的OPC、QID等狀態(tài)信息，同時軟件部分更新相應命令的處理流程，最后在仿真文件sample_tests.vh中添加對應的激勵信號用來驗證功能的實現(xiàn)程度。除此之外該設計可以通過改變主機端下發(fā)數(shù)據(jù)文件大小，驗證數(shù)據(jù)大小對NVMe存儲速度的影響，下文仿真過程將實現(xiàn)4 K數(shù)據(jù)文件的寫操作。

3 仿真驗證

3.1 仿真環(huán)境

在Windows10操縱系統(tǒng)下使用VIVADO 2017.4開發(fā)工具進行仿真實驗。根據(jù)NVMe1.3協(xié)議中的指令操作流程，通過TestBench模塊模擬主機端對NVMe設備端下發(fā)指令的過程，包括寄存器配置信號、配置控制器使能信號、等待RDY信號、下發(fā)提交隊列門鈴信號以及下發(fā)提交隊列命令等指令信號。

3.2 仿真過程

通過IO寫命令來執(zhí)行寫4 K數(shù)據(jù)的操作，將數(shù)據(jù)通過處理器直接寫到BRAM中。驗證NVMe控制器原型仿真平臺能否正確執(zhí)行初始化以及IO讀/寫命令，實現(xiàn)基本的讀寫功能。通過所占用硬件資源情況對比，體現(xiàn)工程結(jié)構優(yōu)化前后結(jié)構復雜度的變化，同時關注仿真過程耗時情況，體現(xiàn)仿真平臺對于加快NVMe控制器功能驗證的功能。

首先主機端通過rq接口信號發(fā)送MWr請求寫提交隊列門鈴信號，如圖6所示。s_axis_rq_tdata[15:0]=0x1008表示I/O命令的提交隊列門鈴信號地址，s_axis_rq_tdata[159:128]=0x00000001表示I/O命令的第一條命令。

圖6 發(fā)送MWr請求寫提交隊列門鈴信號

NVMe控制器的cq接口信號接收到主機端發(fā)過來的MWr請求信號，如圖7所示。第一包TLP包頭s_axis_cq_tdata[15∶0]=0x1008表示I/O命令的提交隊列門鈴信號地址，第二包TLP數(shù)據(jù)包s_axis_cq_tdata[31∶0]=0x00000001表示I/O命令的第一條命令，和主機端發(fā)送的數(shù)據(jù)一致。

圖7 接收主機端發(fā)過來的MWr請求信號

當檢測到提交隊列門鈴信號更新表示有命令送入NVMe控制器，所以NVMe控制器通過rq接口發(fā)送MRd請求信號，如圖8所示。其中m_axis_rq_tdata[78:75]=0x0表示MRd請求，m_axis_rq_tdata[31:0]=0x76543210表示創(chuàng)建IO提交隊列(Creat_IO_SQ)中PRP1地址，即從主機內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)包的地址。

圖8 NVMe控制器發(fā)送MRd請求信號

主機端通過cq接口信號接收NVMe控制器發(fā)送過來的MRd請求命令，如圖9所示?？梢钥吹絤_axis_cq_tdata[31∶0]=0x76543210為PRP1地址，和NVMe控制器發(fā)出的數(shù)據(jù)包一致。

圖9 接收NVMe控制器發(fā)送過來的MRd請求信號

主機端接收到MRd請求信號后，通過cc接口返回CPLD包報文，如圖10所示，此512 bit全部為有效數(shù)據(jù)。

圖10 主機端接收到MRd請求信號

NVMe控制器通過rc接口接收到CPLD包數(shù)據(jù)如圖11所示，第一包s_axis_rc_tdata[127∶0]=0x10001a00601a0001000404210，第二包s_axis_rc_tdata[127∶0]=0x01，第3包s_axis_rc_tdata[127∶0]=0x8cb7c00000000000，第4包s_axis_rc_tdata[127∶0]=0x0，第3個數(shù)據(jù)包中s_axis_rc_tdata[63∶32]=0x8cb7c000代表PRP1的地址，s_axis_rc_tdata[127∶96]=0x0代表PRP2的地址，前3包數(shù)據(jù)都是128 bit有效，根據(jù)s_axis_rc_tkeep[3∶0]=0x0111可知最后一包數(shù)據(jù)是低96Bit有效。

圖11 NVMe控制器接收CPLD命令包信號

NVMe控制器接收完主機端的CPLD命令包之后，控制器再繼續(xù)發(fā)送MRd數(shù)據(jù)請求包，讀取待寫入NVMe控制器的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)I/O寫命令，將主機中的數(shù)據(jù)寫往BRAM中。

NVMe控制器通過rc接口收到主機端的CPLD數(shù)據(jù)包，如圖12所示第一包數(shù)據(jù)s_axis_rc_tdata[127∶0]=0x443300000001a01001a0002000804000，第二包數(shù)據(jù)s_axis_rc_tdata[127∶0]=0x554433221100987654321099887-76655，第3包數(shù)據(jù)s_axis_rc_tdata[127∶0]=0xeeddccbbaaefcdab，第4、5、6、7、8包數(shù)據(jù)s_axis_rc_tdata[127∶0]=0x0，總共有1024 bit數(shù)據(jù)和主機端下發(fā)的一致。在I/O寫命令中總共寫了4 KB數(shù)據(jù)，每次寫128 bit數(shù)據(jù)，共寫入32次。初始地址是0x8cb7c000，按照32次寫入每次0x80依次遞增到0xh8cb7cf80，至此整個I/O寫命令完成。

圖12 收到主機端的CPLD數(shù)據(jù)包信號

上述仿真過程表明本文設計的基于BRAM的NVMe控制器原型仿真方案能夠正確執(zhí)行主機端下發(fā)的NVMe命令，實現(xiàn)NVMe仿真平臺的基本功能。同時通過該工程仿真過程中的綜合布線報告可以得知，在相同仿真環(huán)境下，在使用BRAM作為存儲介質(zhì)時所使用的FPGA內(nèi)部邏輯資源相比于使用閃存作為存儲介質(zhì)時減少約25%，仿真環(huán)境內(nèi)存占用率峰值下降約16.7%，仿真用時縮短約47%，見表1。

表1 NVMe原型仿真對比數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

本文設計了基于BRAM的NVMe控制器原型仿真驗證方案，具有集成度高、可擴展性強、可運用靈活等特點，適用于適用于NVMe控制器的開發(fā)和驗證。現(xiàn)階段能夠支持主要的NVMe管理命令以及讀寫IO命令，后續(xù)NVMe控制器還可以進一步用于開發(fā)NVMe命令仲裁機制、命令硬件卸載提速[10]、IO命令的分散聚合表(scatter gather list，SGL)尋址、指令亂序優(yōu)化等功能，實現(xiàn)更高性能的NVMe控制器從而應用于存儲技術的飛速發(fā)展中。