流程控制模塊的框圖如圖1所示，該模塊主要由寄存器、讀狀態(tài)機(jī)、寫(xiě)狀態(tài)機(jī)和命令生成模塊組成。

圖1 流程控制模塊框圖

流程控制模塊的工作首先從配置模塊中的寄存器組開(kāi)始，由于只需要配置四個(gè)寄存器，因此使用資源占用較小的AXI_Lite總線接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。表1所示為流程控制模塊內(nèi)寄存器的類(lèi)型與功能描述等信息。

表1中的操作碼寄存器（OPCODE）用于表示命令類(lèi)型，流程控制模塊通過(guò)操作碼寄存器不同的值來(lái)組裝相應(yīng)的NVMe命令，本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了NVMe協(xié)議中常用的識(shí)別、讀、寫(xiě)、SMART、FLUSH以及關(guān)機(jī)命令。數(shù)據(jù)地址寄存器（ADDR）用于指定要讀取的數(shù)據(jù)塊的起始地址。數(shù)據(jù)塊大小寄存器（SIZE）用于指定要讀取的數(shù)據(jù)塊的大小。狀態(tài)寄存器（STATUS）為只讀狀態(tài)，用來(lái)指示當(dāng)前控制器的狀態(tài)信息。

為了提升系統(tǒng)性能，將讀寫(xiě)劃分為兩個(gè)傳輸通道，每個(gè)通道可獨(dú)立工作。因此需要通過(guò)兩個(gè)狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)了讀寫(xiě)控制。同時(shí)，采用乒乓操作的方式進(jìn)行讀寫(xiě)，通過(guò)A和B兩個(gè)緩存區(qū)之間的切換來(lái)使輸入輸出數(shù)據(jù)可以無(wú)間斷地進(jìn)行傳輸，并減小NVMe命令執(zhí)行過(guò)程中產(chǎn)生的延遲。

讀狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)圖如圖2所示。

圖2 狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)圖

寫(xiě)狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)圖如圖3所示。

圖3 寫(xiě)狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)圖

各狀態(tài)說(shuō)明如下：

IDLE：空閑狀態(tài)，該狀態(tài)為該模塊上電后的初始化狀態(tài)，在該狀態(tài)下等待接口轉(zhuǎn)換模塊輸入的empty信號(hào)為低電平時(shí)，表示有數(shù)據(jù)輸入，狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至SW_A狀態(tài)，否則維持在IDLE狀態(tài)。

SW_A：發(fā)送A區(qū)域?qū)懨顮顟B(tài)，該狀態(tài)下等待緩存區(qū)域A存滿(mǎn)后，控制命令生成模塊組裝區(qū)域A的NVMe寫(xiě)命令并通過(guò)AXI4_Stream接口發(fā)送給NVMe Host控制器。發(fā)送完成后若b_busy信號(hào)有效且empty信號(hào)為低電平時(shí)，狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至WAIT，若b_busy信號(hào)為低電平且empty信號(hào)為低電平時(shí)，狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至SC_B狀態(tài)，此外，在設(shè)計(jì)中還添加了超時(shí)檢測(cè)機(jī)制，通過(guò)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)數(shù)據(jù)輸入時(shí)，則控制命令生成模塊組裝相應(yīng)大小的NVMe寫(xiě)命令，發(fā)送至NVMe Host控制器。

SW_B：發(fā)送B區(qū)域?qū)懨顮顟B(tài)，該狀態(tài)下根據(jù)接口轉(zhuǎn)換模塊輸入的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)量信息生成相應(yīng)的NVMe寫(xiě)命令并通過(guò)AXI4_Stream接口發(fā)送給NVMe Host控制器。發(fā)送完成后若a_busy信號(hào)有效且empty信號(hào)為低電平時(shí)，狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至WAIT，若a_busy信號(hào)為低電平且empty信號(hào)為低電平時(shí)，狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至SC_A狀態(tài)，該狀態(tài)下同樣使用超時(shí)檢測(cè)。

WAIT：等待狀態(tài)，在該狀態(tài)下等待NVMe Host控制器返回done信號(hào)，表示命令執(zhí)行完畢。若上一個(gè)狀態(tài)為SW_A，檢測(cè)到done信號(hào)有效后，且buf_cnt的值不為0，則狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至SW_B。若上一個(gè)狀態(tài)為SW_B，檢測(cè)到done信號(hào)有效后，且buf_cnt的值不為0，則狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至SW_A。否則狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至IDLE。

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審核編輯 黃宇