NVME控制器设计之指令控制

指令控制模块由一个指令信息缓存， 一个指令组装状态机和一个 ID 池组成。 指令信息缓存中存放着由系统控制模块写入的待处理指令信息； 指令组装状态机获取缓存的指令信息， 将其组装成提交队列条目写入提交队列中； ID 池则用于存放可使用的指令 ID。

图1 NVMe控制器之指令控制转移图

指令组装状态机状态转移如图 1所示。 系统复位后， 首先进入 IDLE 状态。 在IDLE 状态下， 当检测到指令信息缓存非空时， 表示有新的指令信息需要处理， 跳转到 GET_CMD 状态； 当指令信息缓存为空时， 保持 IDLE 状态。

在 GET_CMD 状态下， 读取一条缓存中的指令信息， 同时从 ID 池中获取一个 ID，进入 SEL_SQ 状态； 如果 ID 池中的 ID 全部都在被使用， 则保持 GET_CMD 状态。

在 SEL_SQ 状态下， 根据读取的指令信息的指令类型选择提交条目将要放入的提交队列。 当指令类型为 Admin 指令时， 选择 Admin 提交队列， 当指令类型为 I/O 指令时， 使用轮询仲裁选择将要放入的队列。 然后跳转到 WR_SQ 状态。

在 WR_SQ 状态下， 将获取的 ID 和指令信息组装成为提交条目， 写入 SEL_SQ状态下选择的队列。 如果指令涉及数据传输， 在该状态下还要将 ID 和对应的 PRP 写入 PRP 控制模块。 完成指令的写入后， 如果指令信息缓存非空， 跳转到 GET_CMD获取新的指令信息， 否则回到 IDLE 状态。

ID 池在复位时被写入位宽为 16 比特的连续 ID， 由于实际应用中 SSD 处理任务的性能有限， 所以将 ID 池深度设置为 1024， 足以满足常见 SSD 的并发性能。 在有新的指令信息被组装成提交条目时， ID 池中的 ID 被读出； 在接收到新的完成条目时，将完成条目中返回的指令 ID 写入 ID 池。

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审核编辑 黄宇