HMB、CMB 與 PMR

1. 差別在哪裡

HMB 位於 Host，專供 controller 使用；CMB 位於 controller，供宣告支援的 queue 或 buffer；PMR 是可直接讀寫的持久記憶體區域。

HMB 用 FID0Dh 配置 descriptor；CMB 用 CMBMSC／CMBLOC 建立地址關係；PMR 用 PMRCTL 與 PMRSTS 確認啟用和健康。

2. 如何選擇與確認

HMB 查 HMPRE；CMB 查 CAP.CMBS、CMBSZ；PMR 查 CAP.PMRS、PMRCAP。

依需求選擇：借 Host RAM 給韌體使用選 HMB；將 SQ 放到裝置記憶體須查 CMB.SQS；要直接存放持久資料則研究 PMR 的 barrier 與健康。

SQ

Submission Queue，提交佇列

正確結果是功能可用且符合各自使用限制，不是所有記憶體都能放所有資料結構。

3. 比較時要保留的條件

PMR 的 queue、PRP／SGL list 支援不在規範範圍，controller 可回 Invalid Field；不能因 PMR 可讀寫就把它當成另一個 CMB。

PRP

Physical Region Page，描述資料頁位置的指標

SGL

Scatter Gather List，描述分散資料區段的清單

用能力、配置、存取方式與恢復後內容交叉比對，而不是只看一個地址能不能讀到 bytes。

1. 先確認資料的來源與範圍

配置給一個 controller 專用，Host 啟用後不能當一般工作 buffer 改寫。

查 HMPRE、HMMIN、HMMINDS、HMMAXD；前兩者及 HMMINDS 用 4 KiB 單位。

2. 欄位、單位與判讀例子

HSIZE 與每筆 BSIZE 卻用 CC.MPS page 單位；HMDLEC 是實際筆數，list address 16-byte 對齊，BADD 按 CC.MPS 對齊。

先配置並固定 RAM，填 16-byte descriptors，核對各段大小與 HSIZE，再以 EHM=1 啟用，等 CQE 成功才交給 controller 使用。

CQE

Completion Queue Entry，佇列中的完成項目

Get 回 EHM 與 attributes 可核對實際配置。假設 CC.MPS 選 8 KiB，HSIZE=256 表示 2 MiB，不是 1 MiB。

3. 判讀時要保留的條件

HMDLEC=0 須 Invalid Field；超過建議可用 descriptor 限制可能只使部分記憶體未利用，不能一律預期拒絕整個配置。

同時比對能力單位、命令單位與 Get attributes，不能直接將 HMPRE 數字抄進 HSIZE。

1. 先區分是哪一種失敗

包含 descriptor list 本身、每筆記憶體範圍，以及目前 HMB 是否已啟用。

HMDLEC=0 是 Invalid Field；BSIZE=0 的 descriptor 必須忽略。HMDLLA 低 4 bits 要清零，但 controller 必須如同其為零運作，且不必檢查。

已啟用又要求 EHM=1 必須 Command Sequence Error；不支援 HMBR 卻設 HMNARE=1 必須 Invalid Field。不能要求每個低位對齊錯誤都回相同 Status。

2. 用哪些資料確認原因

查 HMMINDS／HMMAXD、HMBR 與 Get.EHM，再核對 Set 的欄位。

先測可判定的格式錯誤，再將地址無法存取造成的傳輸失敗分開；不要把 Host 錯誤 mapping 當作同一種參數錯誤。

3. 結果與後續驗證

合法配置成功；超出可用 descriptor 限制時，可出現未完全利用 HMB 的結果。

將具體欄位條件對到指定反應，保留「忽略」與「必須拒絕」之間的差別。

先確認測試是否同時放入多種錯誤，造成 Status 無法唯一預測。

1. 操作前先準備什麼

EHM 控制 controller 是否可使用 HMB，MR 描述返回的內容是否仍符合原狀。

先 Get.EHM 與配置，Reset 後也重新確認，而不沿用 Host 記錄的啟用狀態。

EHM=0 時 CDW12～15 忽略；MR=1 要求原大小、list 位址、list 內容及 buffer 內容完全相同。

2. 先後順序與完成條件

3. 未符合條件時如何處理

已啟用再次啟用是 Command Sequence Error；內容已被改動卻宣告 MR=1 是 Host 違反前提，不能期待原快取仍安全可用。

1. 機制與適用範圍

受影響可能超過 NVMe buffer 本身，因為 Host 已把同一實體頁交给別的程式。

HMB descriptor 與描述的 ranges 都受保護；只保留 list 卻回收資料頁，仍違反規則。

2. 用操作與結果理解

查 EHM 與最後一次停用 CQE，並保存記憶體配置和 mapping 的生命週期。

先請求停用，等成功完成，再解除 mapping 與回收；若故障無法停用，需完成足以終止舊存取的恢復流程後才回收。

正確交接後，controller 不再使用舊區域，Host 才可安全重用。

3. 容易誤判的地方

這種 Host 違規沒有保證會被 controller 偵測或以固定 Status 拒絕；可能出現資料損壞，不能靠期待 Error Log 防護。

區分 Host 提前回收與 controller 在成功停用後仍存取：前者是 Host 問題，後者才違反明定停止存取要求。

1. 要查哪個對象、哪份資料

CMB 有 PCIe address range 與 controller address range，兩者基底可不同，相同 offset 對應相同內容。

查 CAP.CMBS，設 CMBMSC.CRE 後讀 CMBLOC 與 CMBSZ；CRE=0 時這兩個屬性可為零。

CMBLOC.BIR 選 BAR、OFST 配合大小單位求偏移；CMBSZ.SZ×SZU 求大小，再受 BAR 可用範圍限制。SQS、CQS、LISTS、RDS、WDS 各自宣告用途。

BAR

Base Address Register，基底位址暫存器

2. 查詢順序與回覆判讀

配置不衝突的 CBA，設 CMSE，檢查 CMBSTS.CBAI，再初始化要放入的 queue 或 buffer。

Host 與命令使用各自正確的地址，同一 offset 對到同一份 CMB 內容。

3. 證據不足或不一致時怎麼判斷

無效 CBA 會使 CBAI=1 且未成功啟用 controller memory space；這是 Register 狀態，不是回一筆 Admin CQE。

比對 BAR 範圍、OFST、SZU、CBA 與支援 flags，不能只看 CAP.CMBS。

先檢查是否把 BAR 地址直接拿去當已重新配置的 controller 地址。

1. 機制與適用範圍

限制可能以整條 queue、單筆命令的 list，或該命令的所有 data／metadata 為單位。

CQMMS=0 要求單一 queue 全在 CMB 或全在外；CQPDS=0 要求 CMB queue 實體連續。LISTS 控制 PRP／SGL list，其他 bits 再決定混放與 SQ 位置限制。

PRP

Physical Region Page，描述資料頁位置的指標

SGL

Scatter Gather List，描述分散資料區段的清單

2. 用操作與結果理解

查 CMBSZ.SQS、CQS、LISTS、RDS、WDS，以及 CMBLOC.CQMMS、CQPDS、CDPMLS、CDPCILS、CDMMMS。

先按物件選用途 flag，再檢查它和 SQ、data、metadata 的組合條件，最後才配置地址。

假設 SQS=1、CQS=0，可把支援的 SQ 放 CMB，CQ 仍放 Host memory；不是兩者一定一起搬。

3. 容易誤判的地方

違反使用要求一般須 Invalid Use of Controller Memory Buffer；但 LISTS=0 仍放 list 的條文明定 undefined，不能強行替它指定固定 Status。

RDS／WDS 要按命令資料方向解讀，例如 Read 的結果是 controller 傳向 Host 的資料。

1. 先區分是哪一種失敗

CBA 與大小決定 controller address range；CMSE=0 時 Host 提供的地址不被視為 CMB。

CBA 不得使範圍溢出 64-bit 地址，也不得與已啟用的 PMR controller range 重疊。

無效 mapping 看 CBAI；用途違規依 Invalid Use of CMB；範圍外地址可能被當成其他記憶體，不能一律預期「CMB 越界」專用 Status。

2. 用哪些資料確認原因

保存 CMBMSC、CMBSTS、CMBLOC、CMBSZ 與命令完整資料範圍。

先算起點與末端，再判斷每個地址落在哪個空間；最後檢查用途旗標與混放條件。

3. 結果與後續驗證

合法範圍且符合用途限制時，命令按正常資料存取執行。

命令錯誤與 Register 狀態是兩份證據；沒有 CQE 不表示 Register 啟用成功。

先檢查範圍計算是否溢位，以及計算用的是 Host 還是 controller 地址。

1. 先界定觸發方式與影響對象

CC.EN 觸發的 CLR 與 FLR 有明確 CMBMSC 保留例外，其他來源須看對應 Register 規則。

FLR

Function Level Reset，以功能為範圍的重設

保存 Reset 來源、CMBMSC 與 CMBSTS，恢復後再讀取確認。

2. 哪些狀態改變，恢復後怎麼處理

CMSE 由 0 轉 1、Controller Reset 或 FLR，都使 CMB 內容 undefined。

FLR

Function Level Reset，以功能為範圍的重設

恢復 mapping 後重新初始化會用到的記憶體，再建立 queue；CQ 尤其要初始化 Phase，避免誤讀殘留完成。

新的使用期間從已初始化的內容開始，不能沿用舊 queue 指標或假定資料保存。

3. 重設或斷電時，要確認什麼

4. 如何驗證保留或恢復結果

讀到與 Reset 前相同 bytes 也不代表規範保證保留；undefined 可以碰巧相同。

用 Register 保留規則驗 mapping，用 queue 與內容初始化規則驗使用權，兩項分開判定。

先檢查是否因 CMBMSC 沒變，就省略了 CQ 與 buffer 初始化。

1. 操作前先準備什麼

PMR 占用 PMRCAP.BIR 指定 BAR 的整個區域；controller 地址可另由 PMRMSC 設定。

查 CAP.PMRS、PMRCAP 的 BIR、CMSS、RDS、WDS、PMRWBM、PMRTO、PMRTU。

PMRCTL.EN 啟用；PMRSTS.NRDY=0 配合 EN=1 才代表 Ready，還要看 HSTS 與 ERR。

2. 先後順序與完成條件

3. 未符合條件時如何處理

PMRTO 是 Host 應給的等待時間，不可直接寫成 controller 每筆命令的 timeout。CBA 無效另看 CBAI。

1. 先區分是哪一種失敗

直接 PMR 讀寫與 NVMe 命令使用 PMR buffer，兩者的錯誤觀察方式不同。

Not-ready 直接讀可成功卻回 undefined；直接寫可成功卻不更新內容。HSTS 可表示 Restore Error、Read Only 或 Unreliable。

若關聯 controller 偵測命令寫 PMR 未成功，應以 Data Transfer Error 中止；直接 MMIO 存取沒有可要求的 NVMe CQE。

MMIO

Memory-Mapped I/O，記憶體映射輸入輸出

2. 用哪些資料確認原因

檢查 EN、NRDY、HSTS、ERR；HSTS 在 not-ready 時清零，因此零 HSTS 不能單獨證明健康可用。

先確認 Ready，再存取；完成後用支援的 barrier 與狀態檢查，遇到健康改變則回查上次正常觀察後的操作。

3. 結果與後續驗證

NVMe 命令成功把資料寫向 PMR，也不單憑 CQE 保證 PMR 實際寫入成功。

將 CQE 成功與 PMRSTS 正常分別核對，不可用其中一項替代另一項。

先檢查存取當時 EN／NRDY，而不只看較晚恢復後的狀態。

1. 操作前先準備什麼

包含直接 PMR 存取與仍以 PMR 為 buffer 的命令，所有使用者都要協調停止。

查 PMRWBM 支援的 barrier、PMRSTS 健康與 PMRTO／PMRTU。

依能力可用 PMR memory read 或 PMRSTS read 建立先前寫入已持久的保證；不能假設任意 Register read 都是 barrier。

2. 先後順序與完成條件

停止新存取，等相關工作結束，執行支援的 barrier 並確認健康，再清 PMRCTL.EN，等待 NRDY=1。

NRDY=1 表示停用完成到可再次啟用的狀態；先前合法持久內容不因停用就變成 CMB 那樣的 undefined。

3. 未符合條件時如何處理

ERR 非零或 HSTS 不正常時，不能把停用成功當成先前資料已正確保存；應保留錯誤證據。

用 barrier、健康與 EN／NRDY 的順序驗證，不只看最後 EN=0。

1. 先界定觸發方式與影響對象

資料保留適用已完成且持久的 PMR 寫入，不擴張到 Host 尚未確認的寫入。

重設前保存 barrier 結果，恢復後讀 EN、NRDY、HSTS、ERR 與 mapping。

2. 哪些狀態改變，恢復後怎麼處理

HSTS=Restore Error 表示 PMR 現在運作且持久，但前次內容可能未正確恢復；與目前 Unreliable 意義不同。

先恢復 Ready，再驗健康，最後按測試保存的內容核對；若同時做 Sanitize，另依清除規則判斷。

符合前提的持久資料應跨 CLR、停用與 Power Cycle 保留；Register 保留則依 Reset 來源分別檢查。

3. 重設或斷電時，要確認什麼

4. 如何驗證保留或恢復結果

PMRSTS.ERR 非零會維持到 PCI Function reset；清 CC.EN 不保證把錯誤清零。

內容、Register 與錯誤狀態分三項驗證，不能只因其中一項符合就宣稱全部通過。

先確認失去的是已持久內容，還是尚未完成的寫入或尚未恢復的讀取。

1. 差別在哪裡

普通 Host buffer 由 Host 管理，命令期間供 controller 存取；HMB 專供 controller；CMB 位於裝置；PMR 額外提供持久性機制。

普通 buffer 按命令與 queue 生命週期回收；HMB 等停用完成；CMB 重設後需初始化；PMR 保存前需支援的 barrier 與健康確認。

2. 如何選擇與確認

以 HMPRE、CMB/PMR flags 與每筆命令資料指標，確認實際使用哪一種空間。

先畫出 Host 地址、controller 地址與實際記憶體的對應，再標註從何時開始可存取、何時才能回收。

例如一個成功 Write CQE 可結束其來源 Host buffer 使用，但不代表整塊 HMB 同時釋放，也不代表 PMR barrier 已執行。

3. 比較時要保留的條件

錯誤回應依違反哪個介面規則決定，不存在統一「記憶體錯誤」Status 可套用全部情況。

核對 ownership、mapping、命令完成與持久性各自的證據，避免用「還能讀到資料」代替全部驗證。