NVMe IP放棄XDMA原因

選用XDMA做NVMe IP的關鍵傳輸模塊，可以加速IP的設計，但是XDMA對于開發者來說，還是不方便，原因是它就象一個黑匣子，調試也非一番周折，尤其是后面PCIe4.0升級。因此決定直接采用PCIe設計，雖然要費一番周折，但是目前看，還是值得的，uvm驗證也更清晰。

PCIe 加速模塊設計

PCIe 加速模塊負責處理PCIe事務層，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起方分為請求模塊和應答模塊。請求模塊負責將內部請求事務轉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);應答模塊負責接收axis完成方請求接口信號(axis_cq)，將請求內容轉換為AXI4接口信號或其它內部信號做進一步處理，同時將應答事務通過axis完成方完成接口axis_cc)發送給PCIE集成塊.

圖1 PCIe加速模塊結構和連接關系圖

PCIe 加速模塊不僅承擔了TLP與其它接口信號的轉換功能，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答模塊的結構設計進行具體分析。

PCIe 請求模塊設計

請求模塊的具體任務是將系統的請求轉換成為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起，當配置請求的總線號為0時，請求通過Cfg_mgmt接口發送給PCIE集成塊;當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接口發送到PCIE集成塊，然后由硬核驅動數據鏈路層和物理層通過PCIe接口發送給下游設備，下游設備的反饋通過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集成塊發送。

由于發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，不會出現請求的競爭，因此設置一條內部請求總線用于發起請求和接收響應，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，請求的數據長度都只有一個雙字，因此設置讀寫數據位寬均為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后，當請求類型的值為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動到配置管理接口完成請求的發送，請求讀數據和響應也通過選通器連接到配置管理接口。當請求類型值不為0時，則需要將請求轉換為TLP以axis接口形式發送，這一過程通過請求狀態機實現，請求狀態機的狀態轉移圖如圖2所示。

圖2 PCIe請求狀態轉移圖

各狀態說明如下：

IDLE：空閑狀態，復位后的初始狀態。當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到WR_HEAD狀態，如果請求讀有效或讀寫同時有效跳轉到RD_HEAD狀態，否則保持IDLE狀態。實際的上層設計中讀寫請求不會同時發生，這里的狀態跳轉條件增加了讀優先設計，從而避免異常情況的出現。

WR_HEAD：請求寫TLP頭發送狀態。該狀態下根據請求類型、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接口發送。當axis_rq接口握手時跳轉到WR_DATA狀態。

WR_DATA：請求寫TLP數據發送狀態。該狀態下將請求寫的數據通過axis_rq接口發送，當axis_rq接口握手時跳轉到DONE狀態。

RD_HEAD：請求讀TLP頭發送狀態。該狀態下組裝讀請求TLP報頭通過axis_rq接口發送，當接口握手時跳轉到RD_DATA狀態。

RD_DATA：請求讀CplD接收狀態。該狀態下監測axis_rc接口信號，當出現數據傳輸有效時，啟動握手并接受數據，然后跳轉到DONE狀態。

DONE：請求完成狀態。該狀態下使能req_ack請求響應信號，如果是讀請求同時將RD_DATA狀態下接收的數據發送到req_rdata請求讀數據接口。一個時鐘周期后回到IDLE狀態。