手把手纯verilog编写NVMe 主控制器IP专题课

开始阶段：PCIe/NVMe 协议栈与基础架构
(底层原理与枚举)

(协议篇)

1

NVMe 与 PCIe 体系结构全景解析

PCIe 分层架构 (TL/DL/PL)、NVMe 命令集、队列机制概述

非 XDMA 架构 NVMe 控制器
(支持 PCIe Gen4)

2

NVMe 设备枚举全流程详解

主机扫描、BAR 空间映射、能力寄存器读取

3

PCIe Type0 配置空间架构深度剖析

配置头结构、ID 寄存器、命令/状态寄存器位定义

4

MSI-X 中断结构体系与实现

向量表配置、中断消息格式、低延迟中断机制

5

PCIe 空间初始化标准流程

链路训练 (LTSSM)、复位序列、配置空间遍历

⚙️ 第二阶段：PCIe 硬核接口与数据包处理
(TLP 引擎与对齐)

(硬核篇)

6

核心： PCIe 硬核接收包对齐方法

字节对齐、边界处理、多时钟域同步、数据完整性校验

7

TLP 包解析引擎：Mrd/Mwr/CPLD/中断

读/写/完成包结构解析、包头提取、负载分离、状态机设计

8

Rootport 与 Endpoint 配置空间交互

配置事务生成、上下游通信、参数协商机制

🗄️ 第三阶段：NVMe 管理命令与队列构建
(Admin Queue & SQ/CQ)

(管理篇)

9

NVMe 设备核心寄存器配置详解

CC/CSTS/IVSQ/IVCQ 寄存器、门铃 (Doorbell) 机制

10

Admin 命令架构与收发引擎构建

Admin SQ/CQ 创建、命令提交、完成队列轮询

11

Admin 命令：Set Features 队列特性配置

中断向量绑定、仲裁机制、队列大小设定

12

Admin 命令：创建 I/O 提交/完成队列

IO SQ/CQ 动态分配、PRP/SGL 列表准备

13

Admin 命令：获取激活命名空间列表

Identify Namespace 命令解析、NSID 管理

14

Admin 命令：获取命名空间基本信息

容量、块大小、元数据格式读取与解析

📈 第四阶段：IO 数据通路与性能优化
(读写/格式化/测速/乱序)

(数据篇)

15

IO 写命令构建与提交流程

Write 命令格式、PRP 指针链、数据流推送

16

IO 读命令构建与提交流程

Read 命令格式、数据拉取、完成状态检查

17

全盘格式化：Format NVM 指令实现

LBA 格式选择、元数据使能、安全擦除选项

18

性能验证： 全盘双工读写测速

并发读写测试、带宽计算、IOPS 统计、全双工压力测试

19

高阶优化： AXI DDR 乱序重排支持

乱序完成处理、重排序缓冲区 (Reorder Buffer)、吞吐量大化

备注

-

架构优势说明

采用非 XDMA 自研架构，原生支持 PCIe Gen4；正在调试 Gen3/Gen4 自适应接口，仅需微调即可兼容。

🌐 第二阶段：支持EXFat文件系统
(录制中)

(扩展篇)

20

支持 Gen3 PCIe 核适配

8.0 GT/s 速率适配、均衡器参数调整、兼容性测试    支持EXFAT

多代际与国产化扩展

21

支持 Gen4 PCIe 核深度优化

16.0 GT/s 信号完整性、高级电源管理、SR-IOV 预留      

22

国产化： 国产 FPGA PCIe 接口适配

适配 1-2 家主流国产芯片厂商、IP 核迁移、时序约束调整   

23

文件系统： EXFAT 嵌入式实现

有限目录结构创建、二进制文件记录、簇链管理、掉电保护