NVMe協議處理器及其處理方法技術

本發明專利技術公開了一種NVMe協議處理器及NVMe協議處理方法，所述NVMe協議處理器包括CPU子系統、共享存儲器、Gather?DMA模塊、Scatter?DMA模塊、主機存取模塊、獨立Doorbell寄存器和Doorbell檢測模塊。Gather?DMA模塊與共享存儲器連接，用于將外部主機的數據通過PCIe控制器搬移到共享存儲器；Scatter?DMA模塊與共享存儲器連接，用于將共享存儲器的數據通過PCIe控制器搬移到外部主機；主機存取模塊通過PCIe控制器連接在共享存儲器和外部主機之間，以訪問共享存儲器；獨立Doorbell寄存器連接在主機存取模塊和Doorbell檢測模塊之間，用于存儲Doorbell指針；所述Doorbell檢測模塊用于檢測Doorbell指針的更新。本發明專利技術易于在NVMe協議升級或擴展時進行適應性修改，無需重新設計NVMe協議處理器的硬件電路，方便易用，適應性強。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及固態存儲設備(SolidStorageDevice,SSD)，更具體地，本專利技術涉及存儲器控制器中用于處理NVMe(NonVolatileMemoryexpress，非易失存儲器)協議的NVMe協議處理器及NVMe協議處理方法。
技術介紹
NVMe協議的處理流程一般為：1.命令提交(1)主機向提交隊列(SubmissionQueue，SQ)寫入NVMe命令；(2)主機寫入更新后的SQ隊列尾指針，作為Doorbell(門鈴)通知NVMe協議處理器有新命令要處理；2.命令處理(1)NVMe協議處理器從主機的SQ隊列取得NVMe命令；(2)NVMe協議處理器處理NVMe命令；3.命令完成(1)NVMe協議處理器向完成隊列(CompletionQueue，CQ)隊尾寫入數據，指示命令處理完成；(2)NVMe協議處理器生成MSI-X中斷，指示主機處理；(3)主機處理CQ中的數據；(4)主機寫入更新后的完成隊列CQ的頭指針，作為Doorbell通知NVMe協議處理器。現有技術中主要以全硬件方式實現對NVMe協議的處理，當NVMe協議升級時，或者對NVMe協議進行擴展時，例如增加功能，需要修改硬件設計才能實現對升級或擴展后的NVMe協議的處理。如果用全硬件方式實現NVMe協議，假設需要支持三條NVMe命令A,B和C,并實現了對應的命令處理功能。但是，如果NVMe協議升級，需要支持5條命令，那么多出來的兩條命令D和E就得通過增加硬件電路的方式來實現。而對于ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，專用集成電路)，增加硬件電路就需要重新進行前后端設計、仿真驗證，會帶來高昂的研發成本。
技術實現思路
本專利技術的目的是為解決目前采用全硬件方式實現NVMe協議處理器不能很好地適應NVMe協議升級或擴展的技術問題。為了實現上述專利技術目的，一方面，本專利技術提供了一種NVMe協議處理器，所述NVMe協議處理器第一種實現方案如下：包括：CPU子系統、共享存儲器、GatherDMA模塊、ScatterDMA模塊、主機存取模塊和PCIe控制器；所述CPU子系統包括一個或多個CPU，所述CPU耦合到所述共享存儲器；所述GatherDMA模塊與所述共享存儲器連接，用于將外部主機的數據通過所述PCIe控制器搬移到所述共享存儲器；所述ScatterDMA模塊與所述共享存儲器連接，用于將所述共享存儲器的數據通過所述PCIe控制器搬移到外部主機；所述主機存取模塊通過所述PCIe控制器耦合在所述共享存儲器和外部主機之間，以使外部主機訪問所述共享存儲器；所述共享存儲器中設有Doorbell寄存器，用于存儲Doorbell指針；所述PCIe控制器用于在所述外部主機與所述NVMe協議處理器之間交換數據。進一步地，還包括Doorbell檢測模塊，所述Doorbell檢測模塊與所述Doorbell寄存器相耦合，用于檢測所述Doorbell寄存器的更新。進一步地，所述GatherDMA模塊和所述ScatterDMA模塊還分別耦合到外部的SDD控制器。所述NVMe協議處理器第二種實現方案如下：包括：CPU子系統、共享存儲器、GatherDMA模塊、ScatterDMA模塊、主機存取模塊、獨立Doorbell寄存器、Doorbell檢測模塊和PCIe控制器；所述CPU子系統包括一個或多個CPU，所述CPU連接到所述共享存儲器；所述GatherDMA模塊與所述共享存儲器連接，用于將外部主機的數據通過所述PCIe控制器搬移到所述共享存儲器；所述ScatterDMA模塊與所述共享存儲器連接，用于將所述共享存儲器的數據通過所述PCIe控制器搬移到外部主機；所述主機存取模塊通過所述PCIe控制器連接在所述共享存儲器和外部主機之間，以訪問所述共享存儲器；所述獨立Doorbell寄存器連接在所述主機存取模塊和Doorbell檢測模塊之間，用于存儲Doorbell指針；所述Doorbell檢測模塊用于檢測所述獨立Doorbell寄存器的更新；所述GatherDMA模塊和所述ScatterDMA模塊還分別耦合到外部的SDD控制器。另一方面，本專利技術還提供了一種NVMe協議處理方法，第一種實現方案如下：包括如下步驟：(1)主機將NVMe命令寫入NVMe協議處理器的共享存儲器；(2)所述NVMe協議處理器的CPU處理所述共享存儲器中的NVMe命令；(3)所述NVMe協議處理器依據處理完成的NVMe命令，填充所述主機的完成隊列(CQ)；(4)所述主機從所述完成隊列(CQ)中取出數據并處理，并告知所述NVMe協議處理器完成隊列(CQ)的處理情況。所述NVMe協議處理方法，第二種實現方案如下：包括如下步驟：(1)主機向NVMe協議處理器發送Doorbell指針值；(2)所述NVMe協議處理器的CPU獲知Doorbell值的更新；(3)所述NVMe協議處理器的CPU配置GatherDMA模塊從所述主機的提交隊列(SQ)取得NVMe命令，并存入共享存儲器；(4)所述NVMe協議處理器的CPU處理共享存儲器中的NVMe命令；(5)所述NVMe協議處理器的CPU依據處理完成的NVMe命令，配置ScatterDMA模塊，指示ScatterDMA模塊將數據寫入主機的完成隊列(CQ)，該數據指示處理完成的NVMe命令；(6)所述主機從完成隊列(CQ)中取出數據并處理，并將所述完成隊列(CQ)對應的Doorbell指針值發送給所述NVMe協議處理器；(7)所述NVMe協議處理器的CPU獲知Doorbell值的更新并完成NVMe命令的處理。所述NVMe協議處理方法，第三種實現方案如下：包括：檢查對應于提交隊列(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模塊來將主機的提交隊列(SQ)中的NVMe命令傳送到共享存儲器；對共享存儲器中的NVMe命令進行處理，將指示NVMe命令處理結果的數據寫入共享存儲器，并通過配置ScatterDMA模塊，將共享存儲器中的指示NVMe命令處理結果的數據傳送到主機的完成隊列(CQ)；檢查對應于完成隊列(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命令的處理。進一步地，所述第一Doorbell寄存器與第二Doorbell寄存器位于所述共享存儲器的存儲空間。進一步地，所述檢查對應于提交隊列(SQ)的第一Doorbell寄存器是否被更新，包括：輪詢所述Doorbell寄存器以確定所述第一Doorbell寄存器被更新。所述NVMe協議處理方法，第四種實現方案如下：包括：響應于接收到指示對應于提交隊列(SQ)的第一Doorbell寄存器被更新的中斷請求，配置GatterDMA模塊來將主機的提交隊列(SQ)中的NVMe命令傳送到共享存儲器；對共享存儲器中的NVMe命令進行處理，將指示NVMe命令處理結果的數據寫入共享存儲器，并通過配置ScatterDMA模塊，將共享存儲器中的指示NVMe命令處理結果的數據傳送到主機的完成隊列(CQ)；檢查對應于完成隊列(CQ)的第二Doorbell寄存器是否被更新；若第二Doorbell寄存器被更本文檔來自技高網...

【技術保護點】
NVMe協議處理器，其特征在于，包括：CPU子系統、共享存儲器、Gather?DMA模塊、Scatter?DMA模塊、主機存取模塊和PCIe控制器；所述CPU子系統包括一個或多個CPU，所述CPU耦合到所述共享存儲器；所述Gather?DMA模塊與所述共享存儲器連接，用于將外部主機的數據通過所述PCIe控制器搬移到所述共享存儲器；所述Scatter?DMA模塊與所述共享存儲器連接，用于將所述共享存儲器的數據通過所述PCIe控制器搬移到外部主機；所述主機存取模塊通過所述PCIe控制器耦合在所述共享存儲器和外部主機之間，以使外部主機訪問所述共享存儲器；所述共享存儲器中設有Doorbell寄存器，用于存儲Doorbell指針；所述PCIe控制器用于在所述外部主機與所述NVMe協議處理器之間交換數據。

【技術特征摘要】
2015.10.10 CN 20151065215811.NVMe協議處理器，其特征在于，包括：CPU子系統、共享存儲器、GatherDMA模塊、ScatterDMA模塊、主機存取模塊和PCIe控制器；所述CPU子系統包括一個或多個CPU，所述CPU耦合到所述共享存儲器；所述GatherDMA模塊與所述共享存儲器連接，用于將外部主機的數據通過所述PCIe控制器搬移到所述共享存儲器；所述ScatterDMA模塊與所述共享存儲器連接，用于將所述共享存儲器的數據通過所述PCIe控制器搬移到外部主機；所述主機存取模塊通過所述PCIe控制器耦合在所述共享存儲器和外部主機之間，以使外部主機訪問所述共享存儲器；所述共享存儲器中設有Doorbell寄存器，用于存儲Doorbell指針；所述PCIe控制器用于在所述外部主機與所述NVMe協議處理器之間交換數據。2.根據權利要求1所述的NVMe協議處理器，其特征在于，還包括Doorbell檢測模塊，所述Doorbell檢測模塊與所述Doorbell寄存器相耦合，用于檢測所述Doorbell寄存器的更新。3.根據權利要求1或2所述的NVMe協議處理器，其特征在于，所述GatherDMA模塊和所述ScatterDMA模塊還分別耦合到SDD控制器。4.NVMe協議處理器，其特征在于，包括：CPU子系統、共享存儲器、GatherDMA模塊、ScatterDMA模塊、主機存取模塊、Doorbell寄存器、Doorbell檢測模塊和PCIe控制器；所述CPU子系統包括一個或多個CPU，所述CPU連接到所述共享存儲器；所述GatherDMA模塊與所述共享存儲器連接，用于將外部主機的數據通過所述PCIe控制器搬移到所述共享存儲器；所述ScatterDMA模塊與所述共享存儲器連接，用于將所述共享存儲器的數據通過所述PCIe控制器搬移到外部主機；所述主機存取模塊通過所述PCIe控制器連接在所述共享存儲器和外部主機之間，以使外部主機訪問所述共享存儲器；所述Doorbell寄存器連接在所述主機存取模塊和Doorbell檢測模塊之間，用于存儲Doorbell指針；所述Doorbell檢測模塊用于檢測所述Doorbell寄存器的更新；所述GatherDMA模塊和所述ScatterDMA模塊還分別耦合到外部的SDD控制器。5.NVMe協議處理方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)主機將NVMe命令寫入NVMe協議處理器的共享存儲器；(2)所述NVMe協議處理器的CPU處理所述共享存儲器中的NVMe命令；(3)所述NVMe協議處理器依據處理完成的NVMe命令，填充完成隊列...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王晨陽，王祎磊，
申請(專利權)人：北京憶芯科技有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11