一、设计目的
基于广州星嵌电子科技有限公司TMS320C6657+ZYNQ7035/45评估板的PL端实现标准NVMe 1.3协议的Host端，即纯逻辑实现NVMe Host IP。
用户可以根据自身需求，定制NVMe Host FPGA IP，还可以在此基础上定制FPGA纯逻辑来实现文件系统ExFAT。
NVMe Host FPGA IP核使用VHDL硬件描述语言的纯逻辑方式来实现，NVMe物理层使用Xilinx 7系列 PCIe核，无需CPU参与。
目前已在广州星嵌电子科技有限公司DSP+FPGA+ARM XQ6657Z35-EVM评估板上实现并经充分测试验证：
如果使用PCIe 2.0 X2接口，连续读速率：685 MB/s，连续写速率：531 MB/s；
如果使用PCIe2.0 X4接口，连续读速率1277 MB/s，连续写速率1015 MB/s，
日后升级性能还可以提升。
二、NVMe Host FPGA IP核简介
NVMe Host FPGA IP访问接口简单，用户可将此IP当作双端口RAM来使用，只是相对普通双端口RAM而言多增加了一些读、写命令握手接口信号而已。当然，用户还可将IP定制为自身所需要的接口形式。
NVMe Host FPGA IP对外接口图如下：
名词和概念解释：
SLBA（Starting LBA）：逻辑块基地址，数据在SSD固态硬盘上的起始地址。
NLB（Number of Logical Blocks）：逻辑块数量，指定数据传输大小，需要指出的是这是一个0基数值，即以0为初始值，所以最终传的是(NLB+1)个逻辑块。
NVMe Host FPGA IP支持最大队列数64对，最大队列深度16383，用户可以根据需要进行定制。NVMe Host FPGA IP核源码实现了参数化，可根据用户功能及性能（比如队列数与队列深度）对IP参数进行修改设置。
NVMe Host FPGA IP使用的FPGA 软件开发平台为Vivado 2018.3，用户可以定制为自身所需的FPGA软件开发平台上。
三、资源消耗
NVMe Host FPGA IP在XC7Z035FFG676-2芯片上的资源消耗报表如下（仅供参考，基于XQ6657Z35-EVM平台测试的数据）：
（注：此为第一版 IP资源消耗图表，还可继续优化）
四、测试平台与结果
4.1、NVMe Host FPGA IP测试截图和说明
借助NVMe Host FPGA IP，往NVMe SSD固态硬盘上写入测试数据（例程使用的是累加数），然后读出，并在FPGA上使用逻辑进行比对，并给出比对结果，以验证NVMe硬盘读写数据是否一致。
1、单次写8个扇区
注：NLB = 7，即逻辑块数量8。
数据波形放大查看，可以看到写数据与写地址相同，写数据为累加数：
单次写8个扇区对应的PCIe底层时序波形如下图所示：
2、单次读8个扇区
对上面数据波形放大，可发现读数据与读地址相同，读数据为累加数：
单次读8个扇区对应的PCIe底层时序波形如下图所示：
3、扇区读写比对测试
比对结果如下图高亮信号所示：
Equal_Fail：SSD硬盘读写过程中，只要发现一个数据读写比对不一致，此信号就拉高并一直保持高电平，无论以后数据是否一致，除非复位。
Equal_Valid：读写数据比对结果有效标识，1表示读写对比结果有效。
Equal_Flag：SSD硬盘读写数据一致标识，1表示读写数据一致。
NVMe SSD硬盘读写测试完后，从测试平台上取下NVMe SSD固态硬盘，并将SSD硬盘连接至PC电脑，使用WinHex软件工具分析NVMe SSD固态硬盘的写入数据。
4.3、NVMe Host IP核支持服务
服务方式 | 配套清单 |
源码 | 源码、使用说明 |
网表不绑定（适用一个系列） | 网表（针对特定FPGA型号，比如XC7Z035FFG676）、使用说明 |
网表绑定 | 网表（网表绑定，绑定FPGA DNA号，也就是绑定FPGA芯片）、使用说明 |
性能指标实测
PCIe接口参数 | NVMe SSD硬盘型号 | 性能指标实测数值 |
PCIe 2.0 X2接口 | 三星NVMe SSD 970 500GB 硬盘 | 连续读速率：685 MB/s； 连续写速率：531 MB/s。 |
PCIe2.0 X4接口 | 三星970 EVO Plus 250GB NVme SSD | 连续读速率：1277 MB/s； 连续写速率：1015 MB/s。 |
五、TMS320C6657+ZYNQ7035/45异构多核处理平台
XQ6657Z35/45-EVM评估板，由广州星嵌电子科技有限公司采用核心板+底板架构设计。
DSP选用TI TMS320C6657 双核C66x 定点/浮点，主频 1.25GHz/核；
FPGA选用Xilinx Zynq SoC处理器采用的XC7Z035/45-2FFG676I；
