CN110659122A - 一种ssd中断实现方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种SSD中断实现方法，包括：当满足如下中断触发条件之一时，发送中断给主机：第一中断触发条件：SSD执行命令完成，且当前完成队列为空；第二中断触发条件：主机更新完成队列队头门铃寄存器，且当前完成队列不为空；其中，当完成队列的队头门铃寄存器和队尾门铃寄存器相等时，表示当前完成队列为空，否则为非空。本发明的方法根据命令执行完成和主机更新完成队列队头门铃寄存器，并结合当前完成队列的状态来决定是否产生中断，在保证主机能及时处理命令的同时，大大减少了主机的中断开销。
Description
技术领域
本发明涉及存储技术领域，特别应用于固态存储中SSD主控芯片中断产生和上报。
背景技术
SSD(Solid State Drive)固态驱动器，俗称固态硬盘，是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，通常包含三个大的部分，即SSD主控芯片、存储数据的闪存颗粒阵列以及缓存芯片。固态硬盘具有传统机械硬盘不具备的快速读写、质量轻、能耗低以及体积小等特点，使得其在消费级市场、数据中心和企业级市场中都得到了广泛的应用。
主机和SSD之间的命令交互通过发送队列、完成队列以及队列对应的门铃寄存器。主机CPU将待执行的命令写入发送队列，并更新发送队列的队尾门铃寄存器通知SSD有新的命令需要处理。SSD从发送队列中取出命令并执行，执行完成后将完成信息写入到完成队列中，并通过中断通知主机CPU有新的命令执行完成。主机CPU从完成队列中取出完成信息，并更新完成队列的队头门铃寄存器来通知SSD该完成信息已被处理。
随着SSD主机接口速率的提高(如从PCIe Gen 3到PCIe Gen 4/5)，以及闪存颗粒接口速率的提高，SSD的读写性能大幅提高，读写带宽达到每秒千兆字节级别，每秒I/O操作次数达到百万或千万级别。主机可以通过查询的方式来获取哪些命令已经执行完成，但是查询机制需要消耗大量的主机CPU资源，在实际应用中，主要是SSD通过中断的方式来通知主机CPU命令已经执行完成。高性能的SSD意味着主机CPU需要处理大量的中断，大大增加了主机CPU的负载，影响主机CPU和SSD的整体性能。
中国专利《储存设备及其中断生成方法》(CN106528461A)公开了一种存储设备的中断生成方法，旨在降低中断生成频率。其采用的技术方案为：一种储存设备的中断生成方法，包括：执行由主机提供的命令；当完成命令的执行时将完成条目写入在主机的完成队列中；以及响应于满足第一中断生成条件、第二中断生成条件和第三中断生成条件中的至少一个，向主机发出对应于完成条目的中断。当完成队列的尾部指针与头部指针之间的差异等于第一失配值时满足第一中断生成条件。当尾部指针与头部指针之间的差异至少等于聚合阈值时满足第二中断生成条件。当自从发出先前的中断已经过去的时间量超过参考时间时满足第三中断生成条件。然而该方法依然存在如下问题：该方法中，只要满足第一或第二中断生成条件时，就会产生中断发生给主机；如果主机当前已经在处理该中断事件，也会产生新的中断。
发明内容
基于前述背景，本发明提出了一种SSD中断实现方法、装置和SSD设备，以进一步减少中断产生的个数，从而减轻主机CPU的中断开销和负载。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明的第一个方面提供了一种SSD中断实现方法，包括：
当满足如下中断触发条件之一时，发送中断给主机：
第一中断触发条件：SSD执行命令完成，且当前完成队列为空；
第二中断触发条件：主机更新完成队列队头门铃寄存器，且当前完成队列不为空；
其中，当完成队列的队头门铃寄存器和队尾门铃寄存器相等时，表示当前完成队列为空，否则为非空。
进一步的，所述第一中断触发条件中，判断当前完成队列是否为空时，不包含当前新完成的命令。
进一步的，所述第一中断触发条件和第二中断触发条件还包括：判断中断是否使能，且仅当在中断使能的情况下进一步判断当前完成队列是否为空。
进一步的，该方法还包括：
第三中断触发条件：当前完成队列不为空，且主机未在预设时间内更新完成队列队头门铃寄存器。
可选的，SSD中所有队列设置为相同的所述预设时间；或者，不同的队列设置为不同的所述预设时间。
本发明的第二个方面提供了一种SSD中断实现装置，包括：
命令执行完成中断处理模块，用于处理第一中断条件：SSD执行命令完成，且当前完成队列为空；
队头门铃寄存器中断处理模块，用于处理第二中断条件：主机更新完成队列队头门铃寄存器，且当前完成队列不为空；
中断请求处理模块，用于接受所述命令执行完成中断处理模块和队头门铃寄存器中断处理模块的处理信息，并结合中断使能判断是否发送中断请求。
进一步的，所述队头门铃寄存器中断处理模块包括完成队列状态表和第一状态机；所述完成队列状态表用于储存每个完成队列的状态，所述完成队列的状态包括完成队列为空或非空；所述第一状态机用于在主机更新队头门铃寄存器时，更新完成队列的状态，判断是否满足所述第二中断条件，并于满足条件时产生中断请求。
进一步的，所述命令执行完成中断处理模块，包括完成队列信息表和第二状态机；所述完成队列信息表用于储存下一个完成队列的完成命令到来时，该完成队列是否为空；所述第二状态机用于在完成队列的完成命令到来后，更新完成队列信息表，判断是否满足所述第一中断条件，并于满足条件时产生中断请求。
进一步的，所述中断请求处理模块包括：中断向量信息表，第三状态机，完成队列中断请求标志表以及中断使能表；所述中断向量表用于储存每个完成队列所分配的中断向量号，所述完成队列中断请求标志表用于储存每个完成队列是否需要产生中断的标志，所述中断使能表用于储存每个完成队列的中断使能，所述第三状态机用于调度各个完成队列的中断请求，并于调度出某个完成队列后，获取对应完成队列的中断向量号以及中断使能，判断是否发起中断请求。
进一步的，所述队头门铃寄存器中断处理模块还用于判断是否满足第三中断触发条件：当前完成队列不为空，且主机未在预设时间内更新完成队列队头门铃寄存器；并于满足条件时产生中断请求。
进一步的，所述队头门铃寄存器中断处理模块还包括定时器，所述定时器用于触发超时，并于超时后触发第一状态机轮询完成队列的状态。
本发明的第三个方面还提供了一种SSD设备，该SSD设备包括SSD控制芯片以及如上述第二个方面所述的SSD中断实现装置，所述SSD设备基于所述SSD中断实现装置产生中断请求。
本发明的有益效果如下：
本发明SSD中断实现方法和装置，根据命令执行完成和主机更新完成队列队头门铃寄存器，结合当前完成队列的状态，判断完成队列的实际执行情况，即完成队列中是否有完成信息等待主机来处理，有则通过中断通知主机进行处理，从而大大减少了主机的中断开销。同时，超时进制的引入解决了当发生中断丢失等异常情况时，能够产生额外的中断，确保主机能够及时的处理完成队列中的信息。
附图说明
图1为本发明的SSD中断实现方法实施例的中断产生流程示意图。
图2为本发明的SSD中断实现方法实施例中对应第一中断触发条件的中断过滤流程图。
图3为本发明的SSD中断实现方法实施例中对应第二中断触发条件的中断过滤流程图。
图4为本发明的SSD中断实现装置实施例的组成示意框图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
本发明的第一个实施例提供了一种SSD中断实现方法。
通常情况下，主机CPU将待执行的命令写入发送队列，并更新发送队列的队尾门铃寄存器通知SSD有新的命令需要处理。SSD从发送队列中取出命令并执行，执行完成后将完成信息写入到完成队列中，并通过中断通知主机CPU有新的命令执行完成。主机CPU从完成队列中取出完成信息，并更新完成队列的队头门铃寄存器来通知SSD该完成信息已被处理。
参考附图1，为了减少中断，本实施例中，对中断进行了过滤，仅当满足如下中断触发条件之一时，才会发送中断给主机：
第一中断触发条件：SSD执行命令完成，且当前完成队列为空。
该中断触发条件对应的中断过滤流程图如图2所示。首先判断中断是否使能，且仅当在中断使能的情况下进一步判断当前完成队列是否为空。其中，当完成队列的队头门铃寄存器和队尾门铃寄存器相等时，表示当前的完成队列为空；否则为非空。判断当前完成队列是否为空时，不包含当前新完成的命令。
第二中断触发条件：主机更新完成队列队头门铃寄存器，且当前完成队列不为空。
该中断触发条件对应的中断过滤流程图如图3所示。首先判断中断是否使能，且仅当在中断使能的情况下进一步判断当前完成队列是否为空。其中，当完成队列的队头门铃寄存器和队尾门铃寄存器相等时，表示当前的完成队列为空；否则为非空。
作为进一步的优选实施方案，本实施例中还包括：
第三中断触发条件：当前完成队列不为空，且主机未在预设时间内更新完成队列队头门铃寄存器。
如果完成队列非空，但是主机在很长时间内没有更新该队列的队头门铃寄存器，当定时器超时后，产生超时触发条件，来产生中断。所有的队列可以设置为相同的超时时间，也可以设置为不同的超时时间。
该超时机制可以解决由于未知原因导致主机没有收到上述第一、第二中断触发条件产生的中断时，在超时时间之后还能继续产生中断发送给主机，使主机能够及时响应并处理。
实施例2
本发明的第二个实施例提供了一种SSD中断实现装置，参考附图2，其包括：
命令执行完成中断处理模块，用于处理第一中断条件：SSD执行命令完成，且当前完成队列为空。
具体的，该模块包括完成队列信息表和第二状态机。完成队列信息表用于储存下一个完成队列的完成命令到来时，该完成队列是否为空；第二状态机用于在完成队列的完成命令到来后，更新完成队列信息表，判断是否满足所述第一中断条件，并于满足条件时产生中断请求。
队头门铃寄存器中断处理模块，用于处理第二中断条件：主机更新完成队列队头门铃寄存器，且当前完成队列不为空。
具体的，该模块包括完成队列状态表和第一状态机。完成队列状态表用于储存每个完成队列的状态，所述完成队列的状态包括完成队列为空或非空；第一状态机用于在主机更新队头门铃寄存器时，更新完成队列的状态，判断是否满足所述第二中断条件，并于满足条件时产生中断请求。
以及中断请求处理模块，用于接受命令执行完成中断处理模块和队头门铃寄存器中断处理模块的处理信息，并结合中断使能判断是否发送中断请求。
具体的，该模块包括：中断向量信息表，第三状态机，完成队列中断请求标志表以及中断使能表；所述中断向量表用于储存每个完成队列所分配的中断向量号，所述完成队列中断请求标志表用于储存每个完成队列是否需要产生中断的标志，所述中断使能表用于储存每个完成队列的中断使能，所述第三状态机用于调度各个完成队列的中断请求，并于调度出某个完成队列后，获取对应完成队列的中断向量号以及中断使能，判断是否发起中断请求。
作为进一步的优选实施方案，队头门铃寄存器中断处理模块还用于判断是否满足第三中断触发条件：当前完成队列不为空，且主机未在预设时间内更新完成队列队头门铃寄存器；并于满足条件时产生中断请求。
相应的，本实施例中，队头门铃寄存器中断处理模块还包括定时器，该定时器用于触发超时，并于超时后触发第一状态机轮询完成队列的状态。
实施例3
本发明的第三个实施例基于上述的中断实现装置对中断产生流程进行进一步详细说明。
1、命令执行完成(对应前述第一中断触发条件)后的中断处理步骤如下：
步骤(1)：获取当前执行完成的命令对应的完成队列编号信息。
步骤(2)：获取并更新该完成队列的队尾门铃寄存器。
步骤(3)：判断当前执行完成的命令是否为管理队列命令，或者命令响应为错误状态，如果是，则产生中断请求，并重置该完成队列的超时定时器，处理流程结束；否则转第四步。
步骤(4)：查找完成队列信息表，若该完成队列为空，则产生中断请求，并重置该完成队列的超时定时器；若该完成队列不为空，不产生中断请求。处理流程结束。
2、主机更新队头门铃寄存器(对应前述第二中断触发条件)的中断处理步骤如下：
步骤(1)：接收到主机更新完成队列的队头门铃寄存器操作，获得相应的完成队列编号信息。
步骤(2)：获取该完成队列的队尾门铃寄存器。
步骤(3)：更新该完成队列是否为空的标志，保存在完成队列状态表中；当队头门铃寄存器和队尾门铃寄存器相等时，该队列为空。
步骤(4)：若该完成队列为非空，则产生中断请求，并重置该完成队列的超时定时器；若该完成队列为空，则不产生中断请求。处理流程结束。
3、主机未在给定时间内更新队头门铃寄存器导致超时(对应前述第三中断触发条件)的中断处理步骤如下：
步骤(1)：定时时间间隔到，依次轮询每个完成队列的状态。
步骤(2)：对于当前的完成队列，如果该完成队列超时定时器未到期，则更新该超时定时器计数，转第四步；否则转第三步。
步骤(3)：重置该完成队列的超时定时器；如果该完成队列为非空状态，则产生中断请求；若该完成队列为空，则不产生中断请求；转第四步。
步骤(4)：若所有完成队列都被轮询完成，处理流程结束；否则转第二步，处理下一个完成队列。
实施例4
本发明的第四个实施例提供了一种SSD设备，该SSD设备包括SSD控制芯片以及如上述第二个实施例所述的SSD中断实现装置，该SSD设备基于上述第二、三个实施例说明的SSD中断实现装置产生中断请求。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (12)
1.一种SSD中断实现方法，其特征在于，包括：
当满足如下中断触发条件之一时，发送中断给主机：
第一中断触发条件：SSD执行命令完成，且当前完成队列为空；
第二中断触发条件：主机更新完成队列队头门铃寄存器，且当前完成队列不为空；
其中，当完成队列的队头门铃寄存器和队尾门铃寄存器相等时，表示当前完成队列为空，否则为非空。
2.如权利要求1所述的SSD中断实现方法，其特征在于，所述第一中断触发条件中，判断当前完成队列是否为空时，不包含当前新完成的命令。
3.如权利要求1所述的SSD中断实现方法，其特征在于，所述第一中断触发条件和第二中断触发条件还包括：判断中断是否使能，且仅当在中断使能的情况下进一步判断当前完成队列是否为空。
4.如权利要求1-3任一项所述的SSD中断实现方法，其特征在于，还包括：
第三中断触发条件：当前完成队列不为空，且主机未在预设时间内更新完成队列队头门铃寄存器。
5.如权利要求4所述的SSD中断实现方法，其特征在于，SSD中所有队列设置为相同的所述预设时间；或者，不同的队列设置为不同的所述预设时间。
6.一种SSD中断实现装置，其特征在于，包括：
命令执行完成中断处理模块，用于处理第一中断条件：SSD执行命令完成，且当前完成队列为空；
队头门铃寄存器中断处理模块，用于处理第二中断条件：主机更新完成队列队头门铃寄存器，且当前完成队列不为空；
中断请求处理模块，用于接受所述命令执行完成中断处理模块和队头门铃寄存器中断处理模块的处理信息，并结合中断使能判断是否发送中断请求。
7.如权利要求6所述的SSD中断实现装置，其特征在于，所述队头门铃寄存器中断处理模块包括完成队列状态表和第一状态机；所述完成队列状态表用于储存每个完成队列的状态，所述完成队列的状态包括完成队列为空或非空；所述第一状态机用于在主机更新队头门铃寄存器时，更新完成队列的状态，判断是否满足所述第二中断条件，并于满足条件时产生中断请求。
8.如权利要求6所述的SSD中断实现装置，其特征在于，所述命令执行完成中断处理模块，包括完成队列信息表和第二状态机；所述完成队列信息表用于储存下一个完成队列的完成命令到来时，该完成队列是否为空；所述第二状态机用于在完成队列的完成命令到来后，更新完成队列信息表，判断是否满足所述第一中断条件，并于满足条件时产生中断请求。
9.如权利要求6所述的SSD中断实现装置，其特征在于，所述中断请求处理模块包括：中断向量信息表，第三状态机，完成队列中断请求标志表以及中断使能表；所述中断向量表用于储存每个完成队列所分配的中断向量号，所述完成队列中断请求标志表用于储存每个完成队列是否需要产生中断的标志，所述中断使能表用于储存每个完成队列的中断使能，所述第三状态机用于调度各个完成队列的中断请求，并于调度出某个完成队列后，获取对应完成队列的中断向量号以及中断使能，判断是否发起中断请求。
10.如权利要求6-9任一项所述的SSD中断实现装置，其特征在于，所述队头门铃寄存器中断处理模块还用于判断是否满足第三中断触发条件：当前完成队列不为空，且主机未在预设时间内更新完成队列队头门铃寄存器；并于满足条件时产生中断请求。
11.如权利要求10所述的SSD中断实现装置，其特征在于，所述队头门铃寄存器中断处理模块还包括定时器，所述定时器用于触发超时，并于超时后触发第一状态机轮询完成队列的状态。
12.一种SSD设备，其特征在于，该SSD设备包括SSD控制芯片以及如权利要求6-11任一项所述的SSD中断实现装置，所述SSD设备基于所述SSD中断实现装置产生中断请求。
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