流程控制模塊的框圖如圖1所示，該模塊主要由寄存器、讀狀態機、寫狀態機和命令生成模塊組成。

圖1 流程控制模塊框圖

流程控制模塊的工作首先從配置模塊中的寄存器組開始，由于只需要配置四個寄存器，因此使用資源占用較小的AXI_Lite總線接口來實現。表1所示為流程控制模塊內寄存器的類型與功能描述等信息。

表1中的操作碼寄存器（OPCODE）用于表示命令類型，流程控制模塊通過操作碼寄存器不同的值來組裝相應的NVMe命令，本設計主要實現了NVMe協議中常用的識別、讀、寫、SMART、FLUSH以及關機命令。數據地址寄存器（ADDR）用于指定要讀取的數據塊的起始地址。數據塊大小寄存器（SIZE）用于指定要讀取的數據塊的大小。狀態寄存器（STATUS）為只讀狀態，用來指示當前控制器的狀態信息。

為了提升系統性能，將讀寫劃分為兩個傳輸通道，每個通道可獨立工作。因此需要通過兩個狀態機來實現了讀寫控制。同時，采用乒乓操作的方式進行讀寫，通過A和B兩個緩存區之間的切換來使輸入輸出數據可以無間斷地進行傳輸，并減小NVMe命令執行過程中產生的延遲。

讀狀態機跳轉圖如圖2所示。

圖2 狀態機跳轉圖

寫狀態機跳轉圖如圖3所示。

圖3 寫狀態機跳轉圖

各狀態說明如下：

IDLE：空閑狀態，該狀態為該模塊上電后的初始化狀態，在該狀態下等待接口轉換模塊輸入的empty信號為低電平時，表示有數據輸入，狀態跳轉至SW_A狀態，否則維持在IDLE狀態。

SW_A：發送A區域寫命令狀態，該狀態下等待緩存區域A存滿后，控制命令生成模塊組裝區域A的NVMe寫命令并通過AXI4_Stream接口發送給NVMe Host控制器。發送完成后若b_busy信號有效且empty信號為低電平時，狀態跳轉至WAIT，若b_busy信號為低電平且empty信號為低電平時，狀態跳轉至SC_B狀態，此外，在設計中還添加了超時檢測機制，通過計數器實現，當長時間無數據輸入時，則控制命令生成模塊組裝相應大小的NVMe寫命令，發送至NVMe Host控制器。

SW_B：發送B區域寫命令狀態，該狀態下根據接口轉換模塊輸入的轉換數據量信息生成相應的NVMe寫命令并通過AXI4_Stream接口發送給NVMe Host控制器。發送完成后若a_busy信號有效且empty信號為低電平時，狀態跳轉至WAIT，若a_busy信號為低電平且empty信號為低電平時，狀態跳轉至SC_A狀態，該狀態下同樣使用超時檢測。

WAIT：等待狀態，在該狀態下等待NVMe Host控制器返回done信號，表示命令執行完畢。若上一個狀態為SW_A，檢測到done信號有效后，且buf_cnt的值不為0，則狀態跳轉至SW_B。若上一個狀態為SW_B，檢測到done信號有效后，且buf_cnt的值不為0，則狀態跳轉至SW_A。否則狀態跳轉至IDLE。

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審核編輯 黃宇