[发明专利]双端口NVMe控制器及读写命令处理方法

说明书

本发明涉及一种双端口NVMe控制器及读写命令处理方法，包括：NVMe协议接口模块、第一加速器和第二加速器，NVMe协议接口模块包括第一、第二NVMe协议接口子模块、映射子模块和连接子模块；NVMe协议接口模块还包括第一、第二接口，第一、第二接口为NVMe协议接口模块用于连接PCIe接口模块的接口；映射子模块连接在第一接口和第一NVMe协议接口子模块之间；在单端口模式下工作的双端口NVMe控制器中，连接子模块连接在映射子模块和第二NVMe协议接口子模块之间；在双端口模式下工作的双端口NVMe控制器中，连接子模块连接在第二接口和第二NVMe协议接口子模块之间。本发明能够减少控制器延迟，提高NVMe控制器的性能。

技术领域

本发明涉及NVMe固态硬盘技术领域，尤其是涉及一种双端口NVMe控制器及读写命令处理方法。

背景技术

NVMe固态硬盘凭借低延迟和高吞吐量的特点，已经取代机械硬盘，成为企业级市场和消费级市场的主要存储介质。双端口NVMe硬盘使用两个独立的PCIe接口和主机通信，相比单端口NVMe硬盘能够显著提高NVMe硬盘的可用性。支持双端口的NVMe硬盘根据使用的固件的不同，可以工作在双端口模式或单端口模式。举例来说，一个设备可以提供1个PCIe4.0x4的接口，或者2个PCIe4.0x2的接口，其中，x4表示可以使用4个物理链路和主机通信，x2表示可以使用2个物理链路和主机通信，x4接口的最大通信速度是x2接口的最大通信速度的2倍。作为NVMe固态硬盘的重要组成部分，NVMe固态硬盘的控制器对NVMe固态硬盘的整体性能极其重要的影响。

参见图1，对NVMe固态硬盘的控制器的具体结构进行说明。从图1中可以看出，控制器包括PCIe接口模块、双端口NVMe控制模块、介质控制模块、CPU组， PCIe接口模块连接主机，存储介质控制模块连接存储介质。其中，双端口NVMe控制模块使用2个通信接口和PCIe接口模块通信，接口1在单端口模式和双端口模式使用，接口2仅在双端口模式使用。PCIe接口模块实现PCIe协议，完成芯片内部接口协议和PCIe协议之间的转换。CPU组包含若干个CPU，与双端口NVMe控制模块相关的功能包括对配置寄存器填入配置信息、处理数据读写的控制信息。存储介质控制模块负责将数据写入存储介质、将数据从存储介质读出。

基于图1示出的控制器，一条NVMe命令的处理过程大致包括：

1、主机通过PCIe接口模块通过双端口NVMe控制模块有新命令；

2、双端口NVMe控制模块通过PCIe接口模块从主机的内存中读取新命令；

3、双端口NVMe控制模块通知CPU对读取的新命令进行解析，CPU将新命令解析为一个或多个内部能够处理的命令。比如，对一条包含多个LBA的写命令，将其分解为多条每次操作1个LBA的写操作；

4、双端口NVMe控制模块执行解析后的命令；对写命令，双端口NVMe控制模块从主机读取每个LBA的数据并将数据写入LBA对应位置；

5、双端口NVMe控制模块通过PCIe接口模块向主机反馈应答信息，例如成功或失败，将其写入主机内存。

可见，在现有技术中，命令的解析工作是由CPU完成，这是因为NVMe命令的格式复杂且仍在演化。所有的解析工作都由CPU完成，这样会造成延迟大、性能低、功耗大。随着PCIe接口的速度不断升级，CPU处理能力不足的问题日益突出。

而且，目前的双端口NVMe控制模块内部一般包括两个子控制器，一个子控制器中包括一个NVMe模块和一个加速器，NVMe模块和加速器共同完成对NVMe命令的读取，将命令转交给CPU，CPU完成命令解析后，将解析结果发送给加速器，进而完成主机和存储介质之间的数据传输。其中一个子控制器可以工作在单端口模式和双端口模式下，而另外一个子控制器仅工作在双端口模式下。为此，一般需要可以工作在单端口模式和双端口模式下的子控制器的性能较强，需要过设计，而仅工作在双端口模式下的子控制器的性能较弱，需要欠设计。