NVME-MI 学习记录

1.什么是NVME-MI?
nvme management interface(NVME-MI)定义了一套新的完整的NVMe SSD管理方式，并支持以oob带外管理方式，对NVMe设备进行一些基本的管理、设备监控及升级等工作，图1是Driver和带外管理的关系。

2.带内管理和带外管理
out-of-band与in-band，带内管理使用由操作系统控制的硬件资源和组件进行操作的管理，带外管理是使用独立于操作系统控制的资源。

图片中通道1：NVMe 驱动程序根据 NVMe 规范通过 PCIe 与 NVMe 控制器通信，通道2：两种OOB通信方式， PCIe VDM和SMBus。
（1）带内管理
• 支持多种操作系统（Windows、Linux、VMWare 等）
• 每种操作系统有几种不同发行版
• 为每个操作系统开发、维护、验证管理应用程序的资源成本过高
• 随着时间的推移，会发布新版本的操作系统和 NVMe 驱动程序
• 持续消耗 CPU cycle
• 安全隐患
• 管理功能因操作系统而异
（2）带外管理
• 在一个操作环境中开发管理应用程序，在任何主机操作系统上都一样工作
• 可在没有操作系统的情况下工作(pre-boot, deployment)
• 不需要消耗主机 CPU cycle

3. 带外管理
NVM Express® Management Interface Revision 1.2定义了一种通过MCTP传输协议管理 NVMe 存储设备和 NVMe 机箱的带外机制。它的协议分层如下图所示。

协议层包括对应每个management controller的NVMe-MI接口，该接口和nvme子系统的management endpoint相协调来执行管理任务；传输层包含MCTP协议，以及与各实体层之间的绑定（PCIe与SMBus/I2C）；物理层则是信息传输层接收资料所需的输出输入口。相关的流量控制和异常处理在MCTP上。
完整的MI命令交互过程：Host(Requester)发送消息为MI报文 -> 封装为MCTP报文 -> 通过I2C/pcie链路发给SSD(Responser) -> 解析为MI报文 -> 回复数据组成MI -> 封装为MCTP报文 -> 通过I2C/pcie链路发给Requester

(1) NVMe-MI Message Types

MI报文的交互过程中涉及到主机发送的 request message和设备回复的 response message，又可以根据发送消息的作用将message近一步进行划分，如图。

command message
(i)nvme-mi command (定义了获取NVMe SSD设备状态命令)
(ii)nvme admin command (用MI协议规范模拟封装NVMe命令)
(iii)pcie command (用MI协议规范模拟封装PCIe报文)

control primitive (控制MI命令执行)

success response(成功返回MI消息，通常带数据返回，每个命令的返回都不一样，见具体命令)
error response(失败返回MI消息，无数据，只有错误类型)

request message的格式：
offset
03:00 : header
04 : opcode
07:05 : reserved
11:08 : nvme management dword0
15:12 : nvme management dword1
N-1:16 : request data(optional)
N+3:N : message integrity check(使用的是CRC-32C算法)
response message的格式：
offset
03:00 : header
04 : status (page46 figure26)
07:05 : nvme management response
N-1:08 : response data(optional)
N+3:N : message integrity check(使用的是CRC-32C算法)

（2）command message —— nvme-mi command

• Discover Capabilities
• Optimized Health Monitoring/polling
• Initialize & troubleshoot NVMe-MI
• Efficiently manage NVMe at the FRU level
• Sub-system level

（3）command message —— nvme admin command
request 格式:
03:00 : header
04 : opcode
05 : cmd flag
07:06 : controller IO
11:08 : SQ entry dword1
15:12 : SQ entry dword2
19:16 : SQ entry dword3
23:20 : SQ entry dword4
27:24 : SQ entry dword5
31:28 : data offset
35:32 : data length
43:36 : reserved
47:44 : SQ entry dword10
51:48 : SQ entry dword11
55:52 : SQ entry dword12
59:56 : SQ entry dword13
63:60 : SQ entry dword14
67:64 : SQ entry dword15
N-1:68 : request data(optional)
N+3:N : message integrity check
response 格式：
03:00 : header
04 : status
07:05 : reserved
11:08 ：CQ entry Dword0
15:12 ：CQ entry Dword1
19:16 ：CQ entry Dword3
N-1:20 : response data(optional)
N+3:N : message integrity check

• NVMe-MI defines mechanism to send existing NVMe Admin Commands out-of-band
• Admin Commands target a controller in the NVM subsystem

（4）command message —— pcie command
request 格式：
03:00 : header
04 : opcode
05 : reserved
07:06 : controller IO
11:08 : pcie request dword0
15:12 : pcie request dword1
19:16 : pcie request dword2
N-1:20 : request data(optional)
N+3:N : message integrity check
response 格式：
03:00 : header
04 : status
07:05 : reserved
N-1:08 : response data(optional)
N+3:N : message integrity check

PCIe Commands provide optional functionality to read and modify PCIe memory

(5) control primitive
request 格式：
03:00 : header
04 : opcode
05 : Tag
07:06 : controller primitive specific parameter
11:08 : message integrity check
response 格式：
03:00 : header
04 : status
05 : Tag
11:08 : message integrity check

• Control Primitives enable a Management Controller to utilize flow control and to detect and recover from errors
• Control Primitives fit into a single packet and do not require message assembly

reference
NVM-Express-Management-Interface-1.2
NVMe-MI SDC India.pdf
https://blog.csdn.net/Fuji_Shikamaru/article/details/107287613
https://blog.csdn.net/weixin_44006670/article/details/120008678

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