NVMe IP開發(fā)速成： 三個(gè)月不是夢(mèng)

1開發(fā)NVME Host IP難在哪？

這里強(qiáng)調(diào)的是做商用IP，而不是只是以功能或性能驗(yàn)證為目的。

它主要由以下兩大因素困擾：

1）協(xié)議復(fù)雜性：NVMe協(xié)議相對(duì)復(fù)雜，過程調(diào)試不盡如意。
2）開發(fā)周期長：即使有xilinx開發(fā)板，但是采用開發(fā)板上機(jī)調(diào)試，首先是編譯時(shí)間長，增加調(diào)試時(shí)間；其次是不清楚如何排查問題，種種原因?qū)е履壳伴_發(fā)NVMe IP成為難點(diǎn)。

2 基于UVM的Xilinx PCIE4 NVMe IP開發(fā)工具

目前應(yīng)用NVMe IP主流器件大都采用xilinx的ultrascale或ultrascale+系列，如V，K和Zynq系列。雖然PC端已經(jīng)支持PCIe5，但是FPGA端還停留在PCIe3.0或PCIe4.0.而PCIE4提供向下兼容，故推出配套的UVM驗(yàn)證工具選用支持PCIe4系列是符合目前開發(fā)需求。

3什么是Xilinx PCIE4

Xilinx PCIE4是Xilinx公司開發(fā)的AMD UltraScale+? 設(shè)備集成塊，全程為AMD UltraScale+? Devices Integrated Block for PCI Express? (PCIe?) solution IP core， 此IP是一種高帶寬、可擴(kuò)展且可靠的串行互連構(gòu)建模塊，適用于 UltraScale+ 設(shè)備。AMD 在 UltraScale+ 架構(gòu)中提供了兩種 PCIe 集成塊：PCIE4 集成塊和 PCIE4C 集成塊。PCIE4 塊是 UltraScale+ 設(shè)備中使用的，支持 PCIe IP。配備高帶寬存儲(chǔ)器 (HBM) 的 AMD Virtex? UltraScale+? 設(shè)備包含 PCIE4 塊和增強(qiáng)型 PCIE4C 塊的混合配置。

PCIE4 塊支持 1-lane、2-lane、4-lane、8-lane 和 16-lane 配置，包括 Gen1 (2.5 GT/s)、Gen2 (5.0 GT/s) 和 Gen3 (8 GT/s) 的速度，符合 PCI Express 基本規(guī)范 3.1 版。PCIE4C 塊在功能上等同于 PCIE4 塊，并且額外支持 Gen4 (16 GT/s) 的速度，支持 1-lane、2-lane、4-lane 和 8-lane 配置，符合 PCI Express 基本規(guī)范 4.0 版。該解決方案支持 AXI4-Stream 接口作為用戶接口。

PCIe調(diào)用示意圖

4 為什么么要在PCIE4上開發(fā)NVMe IP

1. 高帶寬和高性能
支持 Gen1 (2.5 GT/s)、Gen2 (5.0 GT/s)、Gen3 (8 GT/s) 和 Gen4 (16 GT/s) 的不同速率。
可以根據(jù)實(shí)際需求選擇不同的帶寬和速率，滿足不同應(yīng)用對(duì)性能的要求。
2. 靈活的配置選項(xiàng)
提供 1-lane、2-lane、4-lane、8-lane 和 16-lane 配置選項(xiàng)，可以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，提供靈活的設(shè)計(jì)空間。
支持多種配置選項(xiàng)，可以根據(jù)系統(tǒng)的需求來平衡帶寬和硬件資源。
3. 兼容性和標(biāo)準(zhǔn)化
PCIe 4.0 版本（PCIE4C塊）支持 16 GT/s 速度，并與 PCI Express Base Specification, Revision 4.0 兼容。這樣可以確保設(shè)備在未來的系統(tǒng)中保持兼容性，支持最新的高速傳輸標(biāo)準(zhǔn)。
PCIe 3.1 版本（PCIE4塊）與 PCI Express Base Specification, Revision 3.1 兼容，確保它與現(xiàn)有設(shè)備和平臺(tái)的兼容性。
4. 擴(kuò)展性和可定制性
提供多個(gè)數(shù)據(jù)通道配置，支持 AXI4-Stream 接口，使得設(shè)計(jì)者可以根據(jù)具體應(yīng)用需求靈活調(diào)整系統(tǒng)架構(gòu)，進(jìn)行擴(kuò)展。
支持與多個(gè)設(shè)備之間的高效通信，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活性和可定制性。

5. 為何需要基于UVM 的NVMe IP開發(fā)工具
作為NVMe IP開發(fā)者，在構(gòu)建IP時(shí)總是需要不斷修改，然后編譯上板測試，每一次編譯，少則20分鐘，多則兩三個(gè)小時(shí)，對(duì)IP的熱情總是在滿懷期待的希望等待中磨滅，NVMe IP開發(fā)工具作為一個(gè)仿真驗(yàn)證環(huán)境，有以下特點(diǎn)
1）基于UVM驗(yàn)證環(huán)境，對(duì)熟悉UVM的伙伴非常友好，便于后續(xù)特定測試用例的編寫與修改

架構(gòu)圖

2） 提供完整的NVMe測試用例，包括PCIE初始化，枚舉，NVME初始化，NVMe讀寫事務(wù)一目了然。

3） 提供基于三星980pro編寫的Refence Model，可模擬全場景下的NVMe設(shè)備行為。極大提高上板成功概率，在上板前解決各種疑難問題
4） 極大縮短驗(yàn)證所需的時(shí)間，根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不同，在1-5分鐘即可完成波形仿真。
5） 可做仿真極限壓力測試，經(jīng)測試，在128位AXIS，時(shí)鐘頻率250MHz下，NVMe讀寫峰值可達(dá)到3500 MB/s

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審核編輯 黃宇