CN109582523B

CN109582523B - 有效分析SSD前端NVMe模块性能的方法及系统

Info

Publication number: CN109582523B
Application number: CN201811431410.6A
Authority: CN
Inventors: 高湾湾; 冯元元; 周强
Original assignee: Shenzhen Union Memory Information System Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Union Memory Information System Co Ltd
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2022-03-25
Anticipated expiration: 2038-11-26
Also published as: CN109582523A

Abstract

本发明公开了一种有效分析SSD前端NVMe模块性能的方法及系统,方法包括以下步骤：通过DRAM模块模拟SSD后端的Flash模块；接收并执行来之主机的命令；根据命令在主机和DRAM模块之间进行数据传输；获取SSD性能数据作为NVME模块性能数据。本方案通过DRAM模块来模拟SSD后端的Flash模块，完整的实现了NVMe模块的作用，通过进行SSD性能测试即可得到SSD前端的NVMe模块硬件IP的极限性能，能够精准的了解NVMe模块硬件IP的性能，并根据NVMe模块硬件IP的性能来对SSD进行维护或者升级，以提高SSD整体的性能，提高产品使用体验。

Description

有效分析SSD前端NVMe模块性能的方法及系统

技术领域

本发明涉及到SSD分析领域，特别是涉及到一种有效分析SSD前端 NVMe模块性能的方法及系统。

背景技术

SSD英文全称为Solid State Disk，中文名称为固态硬盘，简称固盘，固态硬盘用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元 (FLASH芯片、DRAM芯片)组成。

SSD全系统是由多个模块组成，常见的系统性能分析通常是针对整个系统的性能进行分析。如图1所示，现有的SSD的完整的系统架构，主要包括 Controller，DRAM以及FLASH，而控制器主要有PCIe，NVMe，DPM，FTL， NFC，DDR，Platform模块。现有NAND FLASHProgram通常分为两个过程，先将HOST数据写入DRAM，之后NFC通过填写描述符的方式读取DRAM中的数据并写入NAND；Read过程与NAND FLASH Program过程类似，也分为两个阶段，即NFC先将Nand数据搬至DRAM，DPM再将数据从DRAM读到Host缓存。

常见的SSD性能测试软件CrystalDiskMark、PCMArk等，这些软件只对整体性能进行分析，对整个系统的性能进行测试，意味着将上述所有模块作为一个整体进行性能分析，无法得出各模块的性能，也无法得到NVMe 模块的具体性能。因此，当系统性能较低需要优化时，根据这种测试方法无法准确知道SSD系统NVMe模块的性能。

发明内容

为了解决上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种有效分析SSD 前端NVMe模块性能的方法及系统，能够模拟SSD后端来单独分析SSD前端的NVMe模块硬件IP的极限性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种有效分析SSD前端NVMe模块性能的方法，包括，

通过DRAM模块模拟SSD后端的Flash模块；

接收并执行来自主机的命令；

根据命令在主机和DRAM模块之间进行数据传输；

获取SSD性能数据作为NVME模块性能数据。

进一步地，所述接收并执行来之主机的命令步骤，包括，

接收来自主机的命令；NVMe硬件将命令提交到硬件FIFO；

NVME模块读取硬件FIFO的命令，并提交给命令管理模块；

命令管理模块将命令下发给后端的DRAM模块；

DRAM模块根据接收到的命令构建好数据传输请求放入硬件FIFO。

进一步地，所述NVME模块读取硬件FIFO的命令步骤，包括，

NVMe模块在读取时对命令进行字段检查。

进一步地，所述根据命令在主机和DRAM模块之间进行数据传输步骤，包括，

根据数据传输请求在主机和DRAM模块之间进行数据传输。

进一步地，所述获取SSD性能数据作为NVME模块性能数据步骤，包括，

通过性能测试工具获取SSD性能数据，测试工具为CrystalDiskMark 或PCMArk。

本发明还提出了一种有效分析SSD前端NVMe模块性能的系统，包括后端模拟单元，用于通过DRAM模块模拟SSD后端的Flash模块；

命令接收单元，用于接收并执行来自主机的命令；

数据传输单元，用于根据命令在主机和DRAM模块之间进行数据传输；

性能分析单元，用于获取SSD性能数据作为NVME模块性能数据。

进一步地，所述命令接收单元包括命令接收模块、命令提交模块、命令读取模块、命令管理模块和请求构建模块，

所述命令接收模块，用于接收来自主机的命令；

所述命令提交模块，用于通过NVMe硬件将命令提交到硬件FIFO；

所述命令读取模块，用于通过NVME模块读取硬件FIFO的命令，并提交给命令管理模块；

所述命令管理模块，用于将命令下发给后端的DRAM模块；

所述请求构建模块，用于通过DRAM模块根据接收到的命令构建好数据传输请求放入硬件FIFO。

进一步地，所述命令读取模块用于通过NVMe模块在读取命令时对命令进行字段检查。

进一步地，所述数据传输单元包括数据传输模块，用于根据数据传输请求在主机和DRAM模块之间进行数据传输。

所述性能分析单元包括性能测试模块，用于通过性能测试工具获取 SSD性能数据，测试工具为CrystalDiskMark或PCMArk。

本发明的有益效果是：通过DRAM模块来模拟SSD后端的Flash模块，完整的实现了NVMe模块的作用，通过进行SSD性能测试即可得到SSD前端的NVMe模块硬件IP的极限性能，能够精准的了解NVMe模块硬件IP的性能，并根据NVMe模块硬件IP的性能来对SSD进行维护或者升级，以提高SSD整体的性能，提高产品使用体验。

附图说明

图1为一种现有的SSD的完整系统架构图；

图2为本发明一种后端模拟的SSD系统框架图；

图3为本发明一种有效分析SSD前端NVMe模块性能的方法的执行原理图；

图4为本发明一种有效分析SSD前端NVMe模块性能的方法的流程图；

图5为本发明一种接收并执行来之主机的命令步骤的方法流程图；

图6为本发明一种有效分析SSD前端NVMe模块性能的系统的结构框图；

图7为本发明一种命令接收单元的结构框图；

图8为本发明一种数据传输单元的结构框图；

图9为本发明一种性能分析单元的结构框图。

具体实施方式

为阐述本发明的思想及目的，下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后等)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如无特别说明，本文中的“/”代表含义为“或”。

以下为本申请文件中部分英文单词的解释：

FIFO是英文First In First Out的缩写，是一种先进先出的数据缓存器，他与普通存储器的区别是没有外部读写地址线，这样使用起来非常简单，但缺点就是只能顺序写入数据，顺序的读出数据，其数据地址由内部读写指针自动加1完成，不能像普通存储器那样可以由地址线决定读取或写入某个指定的地址。

NVMe模块硬件IP是指NVME IP Core，即NVMe模块的硬件部分。

Controller是指SSD控制器。

FLASH指的是SSD的存储芯片，通常是指Nand Flash。

HOST指主机。

PCIe，PCI-Express(peripheral component interconnect express)，是一种专用名词，这里指的是PCIe接口模块。

NVMe，NVM Express(Non-Volatile Memory express)，或称非易失性内存主机控制器接口规范，是一个逻辑设备接口规范，也是一种专用名词。

DPM(Data Path Mangement)数据通路管理。

FTL(Flash translation layer)闪存转换层，是指一种闪存转换算法。

NFC(Nand Flash Controller)指Nand Flash控制器。

DDR应该叫DDR SDRAM(Double Data Rate Synchronous Dynamic Random AccessMemory)，人们习惯称为DDR，是一种缓存设备。

Platform指的是平台模块。

NAND FLASH program指的是对Nand flash进行写操作。

CM模块指的是Command Management，命令管理模块。

如图1所示，现有的SSD的完整的系统架构主要包括控制器Controller，缓存DRAM以及存储芯片FLASH，而控制器Controller主要有PCIe，NVMe， DPM，FTL，NFC，DDR，Platform等模块。对应的现有NAND FLASH Program 通常分为两个过程，先将主机数据写入DRAM，之后NFC通过填写描述符的方式读取DRAM中的数据并写入NAND FLASH。Read过程与NANDFLASH Program过程类似，也分为两个阶段，即NFC先将NAND FLASH 数据搬至DRAM，DPM再将数据从DRAM读到主机缓存。

此时对SSD系统的性能进行测试，意味着将上述所有模块作为一个整体进行性能分析，因此，当系统性能较低需要优化时，这种测试方法很难知道系统各模块的性能，也无法定位系统的性能瓶颈所在，更无法知道前端的NVMe模块的具体性能。

参照图2-5，提出本发明一具体实施例，一种有效分析SSD前端NVMe 模块性能的方法，包括以下步骤：

S1、通过DRAM模块模拟SSD后端的Flash模块。

S2、接收并执行来之主机的命令。

S3、根据命令在主机和DRAM模块之间进行数据传输。

S4、获取SSD性能数据作为NVME模块性能数据。

对于步骤S1，如图2所示，为本方案使用的SSD系统，本SSD系统使用DRAM模块来模拟后端的Flash模块，通过简化SSD系统的后端，可以单独分析前端的性能，也就是NVMe模块的性能。相对于图1完整的SSD 系统，本方案的SSD系统没有FTL、NFC、Flash等后端模块，只有NVMe 模块和CM模块两个前端模块。在对调整后的SSD系统进行性能测试时，数据的搬运过程就简化为从主机到DRAM模块这一过程，SSD系统的后端模块被大大简化，对该系统进行性能测试，得到的结果就代表了SSD系统NVMe模块的性能。

对于步骤S2，主机发出命令给SSD系统执行，SSD系统根据接收到的命令来进行数据传输。具体的，当主机通知SSD有新的命令，硬件将Host 端的命令搬至本地端的硬件FIFO。

参考图5，步骤S2，包括以下步骤：

S21、接收来自主机的命令。

S22、NVMe硬件将命令提交到硬件FIFO。

S23、NVME模块读取硬件FIFO的命令，并提交给命令管理模块。

S24、命令管理模块将命令下发给后端的DRAM模块。

S25、DRAM模块根据接收到的命令构建好数据传输请求放入硬件 FIFO。

对于步骤S21-S25，为命令的下发流程，命令从前端传递到命令管理模块，再由命令管理模块下发到模拟的SSD后端，构建数据传输请求。

其中，图3中模拟SSD后端为DRAM模块。

更进一步的，步骤S23还包括：NVMe模块在读取命令时对命令进行字段检查。

SSD系统对接收到的命令格式有要求，在NVMe模块获取到命令之后，先需命令格式进行检测，判断格式是否符合要求，若不符合要求，则判定命令无效，只有在命令格式符合要求之后才会将命令提交给命令管理模块，对命令进行筛选，避免因为命令出错，后续数据传输出问题的情况。

对于步骤S3，根据命令构建数据传输请求，在数据传输请求构建完成之后，本方案SSD系统的数据传输在主机和DRAM模块之间进行。本方案的SSD系统没有FTL、NFC、Flash等后端模块，只有NVMe模块和CM 模块两个前端模块，以及模拟后端的DRAM模块。在对调整后的SSD系统进行性能测试时，数据的搬运过程就简化为从主机到DRAM模块这一过程，SSD系统的后端模块被大大简化。

具体的，步骤S3还包括：根据数据传输请求在主机和DRAM模块之间进行数据传输。

根据命令构建数据传输请求，根据数据传输请求来进行数据传输，本方案SSD系统的数据传输在主机和DRAM模块之间进行。

对于步骤S4，如图2所示，本方案的SSD系统没有FTL、NFC、Flash 等后端模块，只有NVMe模块和CM模块两个前端模块。在对调整后的SSD 系统进行性能测试时，数据的搬运过程具体为从主机到DRAM模块这一过程，本方案的SSD系统的后端模块被大大简化，对该系统进行性能测试，得到的结果就代表了NVMe模块的硬件IP性能。

具体的，通过性能测试工具获取SSD性能数据，测试工具为 CrystalDiskMark或PCMArk。更进一步的，在实际使用的性能检测工具的选择时，以该工具是否能够准确检测SSD性能为准，不限于上述的 CrystalDiskMark或PCMArk，也可以是其他通用或者非通用的性能检测工具。

具体的，CrystalDiskMark是一个硬盘检测工具，简单易于操作的界面随时可以测试存储设备，测试存储设备大小和测试数字都可以选择，还可测试可读和可写的速度。

具体的，PCMark检测系统整体性能，PCMark主要用于检测系统整体性能，并通过软件给出的综合评价分值评估系统的性能，当然也可以对SSD 进行性能检测。

本方案通过使用DRAM模块来模拟SSD后端的Flash模块，完整的实现了NVMe模块的作用，通过进行SSD性能测试即可得到SSD前端的NVMe模块硬件IP的极限性能，能够精准的了解NVMe模块硬件IP的性能，并根据 NVMe模块硬件IP的性能来对SSD进行维护或者升级，以提高SSD整体的性能，提高产品使用体验。

参考图6-9，本发明还提出了一种有效分析SSD前端NVMe模块性能的系统，包括

后端模拟单元10，用于通过DRAM模块模拟SSD后端的Flash模块。

命令接收单元20，用于接收并执行来之主机的命令。

数据传输单元30，用于根据命令在主机和DRAM模块之间进行数据传输。

性能分析单元40，用于获取SSD性能数据作为NVME模块性能数据。

对于后端模拟单元10，使用DRAM模块来模拟后端的Flash模块，通过简化SSD系统的后端，可以单独分析前端的性能，也就是NVMe模块的性能。相对于图1完整的SSD系统，本方案的SSD系统没有FTL、NFC、 Flash等后端模块，只有NVMe模块和CM模块两个前端模块。在对调整后的SSD系统进行性能测试时，数据的搬运过程就简化为从主机到DRAM模块这一过程，SSD系统的后端模块被大大简化，对该系统进行性能测试，得到的结果就代表了SSD系统NVMe模块的性能。

对于命令接收单元20，主机发出命令给SSD系统执行，命令接收单元 20接收该命令并进行传输和下发，SSD系统根据接收到的命令来进行数据传输。具体的，当主机通知SSD有新的命令，将命令搬至本地端的硬件FIFO。

参考图7，命令接收单元20包括命令接收模块21、命令提交模块22、命令读取模块23、命令管理模块24和请求构建模块25，

命令接收模块21，用于接收来自主机的命令。

命令提交模块22，用于通过NVMe硬件将命令提交到硬件FIFO。

命令读取模块23，用于通过NVME模块读取硬件FIFO的命令，并提交给命令管理模块。

命令管理模块24，用于将命令下发给后端的DRAM模块。

请求构建模块25，用于通过DRAM模块根据接收到的命令构建好数据传输请求放入硬件FIFO。

对于命令接收模块21、命令提交模块22、命令读取模块23、命令管理模块24 和请求构建模块25 ，用于命令的传输和下发，命令从前端传递到命令管理模块，再由命令管理模块下发到模拟的SSD后端，构建数据传输请求。

命令读取模块23还用于通过NVMe模块在读取命令时对命令进行字段检查。

具体的，SSD系统对接收到的命令格式有要求，在NVMe模块获取到命令之后，先需命令格式进行检测，判断格式是否符合要求，若不符合要求，则判定命令无效，只有在命令格式符合要求之后才会将命令提交给命令管理模块，对命令进行筛选，避免因为命令出错，后续数据传输出问题的情况。

对于数据传输单元30，根据命令构建数据传输请求，在数据传输请求构建完成之后，本方案SSD系统的数据传输在Host模块和DRAM模块之间进行。本方案的SSD系统没有FTL、NFC、Flash等后端模块，只有NVMe 模块和CM模块两个前端模块，以及模拟后端的DRAM模块。在对调整后的SSD系统进行性能测试时，数据的搬运过程就简化为从主机到DRAM模块这一过程，SSD系统的后端模块被大大简化。

参考图8，数据传输单元30包括数据传输模块31，用于根据数据传输请求在主机和DRAM模块之间进行数据传输。

对于性能分析单元40，本方案的SSD系统没有FTL、NFC、Flash等后端模块，只有NVMe模块和CM模块两个前端模块。在对调整后的SSD 系统进行性能测试时，数据的搬运过程具体为从主机到DRAM模块这一过程，本方案的SSD系统的后端模块被大大简化，对该系统进行性能测试，得到的结果就代表了NVMe模块的硬件IP性能。

参考图9，性能分析单元40包括性能测试模块41，用于通过性能测试工具获取SSD性能数据，测试工具为CrystalDiskMark或PCMArk。

通过性能测试工具获取SSD性能数据，测试工具为CrystalDiskMark 或PCMArk。更进一步的，在实际使用的性能检测工具的选择时，以该工具是否能够准确检测SSD性能为准，不限于上述的CrystalDiskMark或 PCMArk，也可以是其他通用或者非通用的性能检测工具。

其中，CrystalDiskMark是一个硬盘检测工具，简单易于操作的界面随时可以测试存储设备，测试存储设备大小和测试数字都可以选择，还可测试可读和可写的速度。

其中，PCMark检测系统整体性能，PCMark主要用于检测系统整体性能，并通过软件给出的综合评价分值评估系统的性能，当然也可以对SSD 进行性能检测。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种有效分析SSD前端NVMe模块性能的方法，其特征在于，包括，

简化SSD的后端模块，通过DRAM模块模拟SSD后端的Flash模块；

接收并执行来自主机的命令；

根据命令在主机和DRAM模块之间进行数据传输；

获取SSD性能数据作为NVME模块性能数据。

2.如权利要求1所述的有效分析SSD前端NVMe模块性能的方法，其特征在于，所述接收并执行来自主机的命令步骤，包括，

接收来自主机的命令；

NVMe硬件将命令提交到硬件FIFO；

NVME模块读取硬件FIFO的命令，并提交给命令管理模块；

命令管理模块将命令下发给后端的DRAM模块；

3.如权利要求2所述的有效分析SSD前端NVMe模块性能的方法，其特征在于，所述NVME模块读取硬件FIFO的命令步骤，包括，

NVMe模块在读取命令时对命令进行字段检查。

4.如权利要求2所述的有效分析SSD前端NVMe模块性能的方法，其特征在于，所述根据命令在主机和DRAM模块之间进行数据传输步骤，包括，

根据数据传输请求在主机和DRAM模块之间进行数据传输。

5.如权利要求1所述的有效分析SSD前端NVMe模块性能的方法，其特征在于，所述获取SSD性能数据作为NVME模块性能数据步骤，包括，

通过性能测试工具获取SSD性能数据，测试工具为CrystalDiskMark或PCMArk。

6.一种有效分析SSD前端NVMe模块性能的系统，其特征在于，包括：

后端模拟单元，用于简化SSD的后端模块，通过DRAM模块模拟SSD后端的Flash模块；

命令接收单元，用于接收并执行来自主机的命令；

性能分析单元，用于获取SSD性能数据作为NVME模块性能数据。

7.如权利要求6所述的有效分析SSD前端NVMe模块性能的系统，其特征在于，所述命令接收单元包括命令接收模块、命令提交模块、命令读取模块、命令管理模块和请求构建模块，

所述命令接收模块，用于接收来自主机的命令；

所述命令管理模块，用于将命令下发给后端的DRAM模块；

8.如权利要求7所述的有效分析SSD前端NVMe模块性能的系统，其特征在于，所述命令读取模块用于通过NVMe模块在读取时对命令进行字段检查。

9.如权利要求7所述的有效分析SSD前端NVMe模块性能的系统，其特征在于，所述数据传输单元包括数据传输模块，用于根据数据传输请求在主机和DRAM模块之间进行数据传输。

10.如权利要求6所述的有效分析SSD前端NVMe模块性能的系统，其特征在于，所述性能分析单元包括性能测试模块，用于通过性能测试工具获取SSD性能数据，测试工具为CrystalDiskMark或PCMArk。