NVMe协议详解(三)
NVMe协议详解(三)
- 4.内存数据结构
- 4.1 SQ与CQ的详细定义
- 4.1.1 空队列
- 4.1.2 满队列
- 4.1.3 队列性质
- 4.2 仲裁机制
- 4.2.1 RR
- 带有优先权的RR
- 4.2.3 其他仲裁方式
- 4.3 数据寻址方式(PRP和SGL)
- 4.3.1 PRP
- 4.3.2 SGL
- 4.3.3 比较PRP与SGL
4.内存数据结构
4.1 SQ与CQ的详细定义
这里的SQ与CQ都是循环队列。
4.1.1 空队列
4.1.2 满队列
判断队列满可以有多种方法,协议中规定的是头指针比尾指针大一,所以队列满时,空余一个元素。
4.1.3 队列性质
- 队列大小有16bit,最小队列大小为2个元素(因为满队列的定义方式,所以最小为2个元素),对于I/O队列,最大队列大小为64k;对于Admin队列,最大队列为4k;
- QID来标识唯一ID,16bit,由host分配;
- host可以修改队列优先级(如果支持的话),共四级,U、H、M、L;
4.2 仲裁机制
4.2.1 RR
RR仲裁,Admin SQ与I/O SQ优先级相同,控制器每次可以选择一个队列中的多个命令(Arbitration Burst setting)。
带有优先权的RR
有3个严格的优先权,Priority1 > Priority2 > Priority3,在这三个优先级队列中,高优先级的队列中如果有命令,则优先执行(非抢占式)。
4.2.3 其他仲裁方式
Vendor Specific。
4.3 数据寻址方式(PRP和SGL)
4.3.1 PRP
NVMe把Host的内存分为页的集合,页的大小在CC寄存器中配置,PRP是一个64位的内存物理地址指针,结构如下:
最后两位为0,指四字节对齐;(n:2)位表示页内内偏移。
举个例子,内存页大小位4KB,则(11:2)表示页内偏移。
PRP寻址有两种方式,直接用PRP指针寻址,通过PRP List寻址。当使用PRP List寻址时,偏移必须为0h,每一个PRP条目表示一个内存页,如下:
Admin命令的数据地址只能采取PRP的方式,I/O命令的数据地址既可以采取PRP的方式,又可以采取SGL的方式。Host在命令中会告诉Controller采用何种方式。具体来说,如果命令当中DW0[15:14]是0,就是PRP的方式,否则就是SGL的方式。
命令的Dword6~Dword9只定义了PRP1、PRP2两个数据指针,通过PRP条目可以指向PRP List。如下图:
在上面的例子中,PRP1直接指向内存页,PRP2指向PRP List存在的地址,在PRP List中存有数据的真正的地址。
4.3.2 SGL
SGL是另外一种索引内存的数据结构。SGL由若干个SGL段组成,SGL段又由若干个SGL描述符组成,所以SGL描述符是SGL数据结构的基本单位。
目前定义的SGL描述符有6种:
- SGL 数据描述符,用来索引数据块地址,host内存;
- SGL 垃圾数据描述符,用来索引无用数据;
- SGL 段描述符,用来索引下一个SGL段;
- SGL 最后一个段描述符,用来索引最后一个SGL段;
- keyed SGL 数据描述符;
- Transport SGL 数据描述符;
在上面SGL例子中,共有3个SGL段,用到了4种SGL描述符。Host需要往SSD中读取13KB的数据,其中真正只需要11KB数据,这11KB的数据需要放到3个大小不同的内存中,分别是:3KB,4KB和4KB。
4.3.3 比较PRP与SGL
无论是PRP还是SGL,本质都是描述内存中的一段数据空间,这段数据空间在物理上可能连续的,也可能是不连续的。Host在命令中设置好PRP或者SGL,告诉Controller数据源在内存的什么位置,或者从闪存上读取的数据应该放到内存的什么位置。
SGL和PRP本质的区别在于,一段数据空间,对PRP来说,它只能映射到一个个物理页,而对SGL来说,它可以映射到任意大小的连续物理空间,具有更大的灵活性,也能够描述更大的数据空间。如下图:
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