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基于TMS320C6657+ZYNQ7035/45平臺-PL端 NVMe 的 exFAT 文件系統 FPGA IP 核
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基于廣州星嵌電子科技有限公司TMS320C6657+ZYNQ7035/45評估板的PL端實(shí)現標準NVMe 1.3協(xié)議的Host端，即純邏輯實(shí)現NVMe Host IP。
用戶(hù)可以根據自身需求，定制NVMe Host FPGA IP，還可以在此基礎上定制FPGA純邏輯來(lái)實(shí)現文件系統ExFAT。
NVMe Host FPGA IP核使用VHDL硬件描述語(yǔ)言的純邏輯方式來(lái)實(shí)現，NVMe物理層使用Xilinx 7系列 PCIe核，無(wú)需CPU參與。
目前已在廣州星嵌電子科技有限公司DSP+FPGA+ARM XQ6657Z35-EVM評估板上實(shí)現并經(jīng)充分測試驗證：
如果使用PCIe 2.0 X2接口，連續讀速率：685 MB/s，連續寫(xiě)速率：531 MB/s；
如果使用PCIe2.0 X4接口，連續讀速率1277 MB/s，連續寫(xiě)速率1015 MB/s，
日后升級性能還可以提升。
NVMe Host FPGA IP訪(fǎng)問(wèn)接口簡(jiǎn)單，用戶(hù)可將此IP當作雙端口RAM來(lái)使用，只是相對普通雙端口RAM而言多增加了一些讀、寫(xiě)命令握手接口信號而已。當然，用戶(hù)還可將IP定制為自身所需要的接口形式。
NVMe Host FPGA IP對外接口圖如下：
名詞和概念解釋?zhuān)?/span>
SLBA（Starting LBA）：邏輯塊基地址，數據在SSD固態(tài)硬盤(pán)上的起始地址。
NLB（Number of Logical Blocks）：邏輯塊數量，指定數據傳輸大小，需要指出的是這是一個(gè)0基數值，即以0為初始值，所以最終傳的是(NLB+1)個(gè)邏輯塊。
NVMe Host FPGA IP支持最大隊列數64對，最大隊列深度16383，用戶(hù)可以根據需要進(jìn)行定制。NVMe Host FPGA IP核源碼實(shí)現了參數化，可根據用戶(hù)功能及性能（比如隊列數與隊列深度）對IP參數進(jìn)行修改設置。
NVMe Host FPGA IP使用的FPGA 軟件開(kāi)發(fā)平臺為Vivado 2018.3，用戶(hù)可以定制為自身所需的FPGA軟件開(kāi)發(fā)平臺上。
三、資源消耗NVMe Host FPGA IP在XC7Z035FFG676-2芯片上的資源消耗報表如下（僅供參考，基于XQ6657Z35-EVM平臺測試的數據）：
借助NVMe Host FPGA IP，往NVMe SSD固態(tài)硬盤(pán)上寫(xiě)入測試數據（例程使用的是累加數），然后讀出，并在FPGA上使用邏輯進(jìn)行比對，并給出比對結果，以驗證NVMe硬盤(pán)讀寫(xiě)數據是否一致。
1、單次寫(xiě)8個(gè)扇區
注：NLB = 7，即邏輯塊數量8。
數據波形放大查看，可以看到寫(xiě)數據與寫(xiě)地址相同，寫(xiě)數據為累加
單次寫(xiě)8個(gè)扇區對應的PCIe底層時(shí)序波形如下圖所示：
對上面數據波形放大，可發(fā)現讀數據與讀地址相同，讀數據為累加數：
單次讀8個(gè)扇區對應的PCIe底層時(shí)序波形如下圖所示：
比對結果如下圖高亮信號所示：
Equal_Fail：SSD硬盤(pán)讀寫(xiě)過(guò)程中，只要發(fā)現一個(gè)數據讀寫(xiě)比對不一致，此信號就拉高并一直保持高電平，無(wú)論以后數據是否一致，除非復位。
Equal_Valid：讀寫(xiě)數據比對結果有效標識，1表示讀寫(xiě)對比結果有效。
Equal_Flag：SSD硬盤(pán)讀寫(xiě)數據一致標識，1表示讀寫(xiě)數據一致。
NVMe SSD硬盤(pán)讀寫(xiě)測試完后，從測試平臺上取下NVMe SSD固態(tài)
硬盤(pán)，并將SSD硬盤(pán)連接至PC電腦，使用WinHex軟件工具分析NVMe SSD固態(tài)硬盤(pán)的寫(xiě)入數據。
服務(wù)方式 | 配套清單 |
源碼 | 源碼、使用說(shuō)明 |
網(wǎng)表不綁定（適用一個(gè)系列） | 網(wǎng)表（針對特定FPGA型號，比如XC7Z035FFG676）、使用說(shuō)明 |
網(wǎng)表綁定 | 網(wǎng)表（網(wǎng)表綁定，綁定FPGA DNA號，也就是綁定FPGA芯片）、使用說(shuō)明 |
PCIe接口參數 | NVMe SSD硬盤(pán)型號 | 性能指標實(shí)測數值 |
PCIe 2.0 X2接口 | 三星NVMe SSD 970 500GB 硬盤(pán) | 連續讀速率：685 MB/s； 連續寫(xiě)速率：531 MB/s。 |
PCIe2.0 X4接口 | 三星970 EVO Plus 250GB NVme SSD | 連續讀速率：1277 MB/s； 連續寫(xiě)速率：1015 MB/s。 |
XQ6657Z35/45-EVM評估板，由廣州星嵌電子科技有限公司采用核心板+底板架構設計。
DSP選用TI TMS320C6657 雙核C66x 定點(diǎn)/浮點(diǎn)，主頻 1.25GHz/核；
FPGA選用Xilinx Zynq SoC處理器采用的XC7Z035/45-2FFG676I；
