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[原创] 三个月开发NVMe IP不是梦

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发表于 2024-12-6 16:44:41 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 xidianuser 于 2024-12-6 16:46 编辑

1 开发NVME Host IP难在哪?

1)协议复杂性:NVMe协议相对复杂,过程调试不尽如意。
2)开发周期长:即使有xilinx开发板,但是采用开发板上机调试,首先是编译时间长,增加调试时间;其次是不清楚如何排查问题,种种原因导致目前开发NVMe IP成为难点。
xilinx 开发难点归纳.png

2. 快速开发利器:基于UVM的Xilinx PCIE4 NVMe IP开发工具
目前主流Xilinx开发板大都支持PCIe3.0,部分高端开发板支持PCIe4.0,预计后面将推出支持PCIe6.0的开发板(据说xilinx官方2026年将推出:Versal Premium系列,助力数据中心和高性能计算),但我们熟悉的V系列,K系列和zynq系列好像还得等等,有这方面需求的可以关注。

我们采用PCIE4开发,主要是考虑它可以向下兼容,调试方便,UVM验证就是解决上面的痛点,难点。有了它,还怕完不成IP开发任务?



3.基于UVM的Xilinx PCIE4 NVMe IP开发工具
目前应用NVMe IP主流器件大都采用xilinx的ultrascale或ultrascale+系列,如V,K和Zynq系列。虽然PC端已经支持PCIe5,但是FPGA端还停留在PCIe3.0或PCIe4.0.而PCIE4提供向下兼容,故推出配套的UVM验证工具选用支持PCIe4系列是符合目前开发需求。


4.什么是Xilinx PCIE4
Xilinx PCIE4是Xilinx公司开发的AMD UltraScale+™ 设备集成块,全程为AMD UltraScale+™ Devices Integrated Block for PCI Express® (PCIe®) solution IP core, 此IP是一种高带宽、可扩展且可靠的串行互连构建模块,适用于 UltraScale+ 设备。AMD 在 UltraScale+ 架构中提供了两种 PCIe 集成块:PCIE4 集成块和 PCIE4C 集成块。PCIE4 块是 UltraScale+ 设备中使用的,支持 PCIe IP。配备高带宽存储器 (HBM) 的 AMD Virtex™ UltraScale+™ 设备包含 PCIE4 块和增强型 PCIE4C 块的混合配置。

PCIE4 块支持 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 基本规范 3.1 版。PCIE4C 块在功能上等同于 PCIE4 块,并且额外支持 Gen4 (16 GT/s) 的速度,支持 1-lane、2-lane、4-lane 和 8-lane 配置,符合 PCI Express 基本规范 4.0 版。该解决方案支持 AXI4-Stream 接口作为用户接口。
xilinx PCIe4.png

5为什么么要在PCIE4上开发NVMe IP
1. 高带宽和高性能
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。
可以根据实际需求选择不同的带宽和速率,满足不同应用对性能的要求。
2. 灵活的配置选项
提供 1-lane、2-lane、4-lane、8-lane 和 16-lane 配置选项,可以根据需要进行扩展,提供灵活的设计空间。
支持多种配置选项,可以根据系统的需求来平衡带宽和硬件资源。
3. 兼容性和标准化
PCIe 4.0 版本(PCIE4C块)支持 16 GT/s 速度,并与 PCI Express Base Specification, Revision 4.0 兼容。这样可以确保设备在未来的系统中保持兼容性,支持最新的高速传输标准。
PCIe 3.1 版本(PCIE4块)与 PCI Express Base Specification, Revision 3.1 兼容,确保它与现有设备和平台的兼容性。
4. 扩展性和可定制性
提供多个数据通道配置,支持 AXI4-Stream 接口,使得设计者可以根据具体应用需求灵活调整系统架构,进行扩展。
支持与多个设备之间的高效通信,增强了数据传输的灵活性和可定制性。
PCIe4资源表.png

6为何需要基于UVM 的NVMe IP开发工具
作为NVMe IP开发者,在构建IP时总是需要不断修改,然后编译上板测试,每一次编译,少则20分钟,多则两三个小时,对IP的热情总是在满怀期待的希望等待中磨灭,NVMe IP开发工具作为一个仿真验证环境,有以下特点
1)基于UVM验证环境,对熟悉UVM的伙伴非常友好,便于后续特定测试用例的编写与修改
xilinx UVM架构.png
2)提供完整的NVMe测试用例,包括PCIE初始化,枚举,NVME初始化,NVMe读写事务
PCIe4仿真1.png

3)        提供基于三星980pro编写的Refence Model,可模拟全场景下的NVMe设备行为。极大提高上板成功概率,在上板前解决各种疑难问题
4)        极大缩短验证所需的时间,根据传输的数据量不同,在1-5分钟即可完成波形仿真。
5)        可做仿真极限压力测试,经测试,在128位AXIS,时钟频率250MHz下,NVMe读写峰值可达到3500 MB/s
PCIe4仿真2.png

如感兴趣,请移步:
B站视频:
https://www.bilibili.com/video/B ... fe96188b7caefeda6e7
或者B站搜用户名: 专注与守望     上面有更多相关视频
或CSDN:  https://mp.csdn.net/mp_blog/mana ... 1011.2124.3001.5298


发表于 2024-12-7 23:25:53 | 显示全部楼层
好东西,但愿开发不是梦。
 楼主| 发表于 2024-12-12 09:01:29 | 显示全部楼层
在进一步优化,期望支持PCIe4.0
发表于 2024-12-17 23:29:56 | 显示全部楼层
最新nvme2.1协议进一步优化。期待集成NVMe IP的实现。。。。。。
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