把主機記憶體借給控制器
01-01HMB 的重點是記憶體使用權：如何提供、允許使用，以及何時能收回。
- HMB
- Host Memory Buffer，由 host 配置並在 enable 期間交由 controller 專用的 volatile memory ranges。
NVMe · 規格與原理
NVMe Base 2.4：HMB、Doorbell Emulation 與 Vendor Commands
00.01.這篇說明主機如何把記憶體提供給控制器，以及如何理解 doorbell 位址與廠商命令長度。共同問題是：哪一方可以使用這塊記憶體、何時可以收回，以及欄位中的數值究竟用什麼單位。
這篇的主軸
處理容量與生命週期
02-01用容量換算理解描述項，再比較電源轉換和重設對記憶體使用的影響。
讀懂另兩種編碼
03-01Doorbell Emulation 與廠商命令分別用位址和長度算例說明；它們是另外的介面機制。
把主軸連起來
00.02.HMB 的提供、使用與收回形成一個完整流程；電源轉換與 reset 會影響這個流程。Doorbell Emulation 與 Vendor Commands 另以位址和長度算例說明，不把它們當成 HMB 的必要步驟。
01 HMB 記憶體的提供、使用與收回
01.01.HMB 是主機提供給控制器使用的記憶體。主機先配置區域和描述子，再以 Feature 將它交給控制器；啟用期間，主機必須維持這些記憶體有效，不能當成一般空閒記憶體重新分配。配置者仍是主機，但可使用的時機受 HMB 規則限制。
01.02.停用要求已提交與停用命令已完成，是兩個不同時刻。在中間這段時間，控制器仍可能取回必要資料，因此主機不能提前收回區域。只有到規格定義的交接完成點，才可以修改或回收；這也是 HMB 的完成狀態與背景測試啟動成功不同之處。
來源：Base 2.4 §5.2.14.2.1, 8.2.4 · Base 2.4 §5.2.30.2.3, 8.2.4 · Base 2.4 §5.2.30.2.3 · Base 2.4 §8.2.4
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.14.2.1, 8.2.4, 文件頁 357, 362, 744, PDF 頁 383, 388, 770
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, 8.2.4, 文件頁 515-516, 744, PDF 頁 541-542, 770
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, 文件頁 515-516, PDF 頁 541-542
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §8.2.4, 文件頁 744, PDF 頁 770
- Host 配置記憶體，建立 descriptor list。
- Host 透過 HMB Feature 將記憶體範圍提供給 controller。
- 啟用期間，host 維持描述的記憶體範圍有效。
- 停用並完成規格要求的交接後，host 才能回收記憶體。
- controller
- controller，實作 NVMe 介面、取走 command 並回報 completion 的控制實體。
- Host
- 主機；執行作業系統並送出 NVMe 命令的一端。
把流程對回規格條件
01.03.HMPRE=0 表示 HMB 不支援；非零時以 4 KiB units 表示 preferred size，HMMIN 表示 minimum request。HMMINDS 與 HMMAXD 是 descriptor 限制。即使 host 無法提供 HMB，controller 仍必須（shall）正常運作。
- HMMINDS
- Host Memory Buffer Minimum Descriptor Entry Size，每個可用 descriptor 的最低 4 KiB-unit 大小。
- HMMAXD
- Host Memory Maximum Descriptor Entries，controller 可使用的 descriptor entry 上限。
- HMMIN
- Host Memory Buffer Minimum Size，以 4 KiB units 回報 controller 要求的最低大小。
- HMPRE
- Host Memory Buffer Preferred Size，以 4 KiB units 回報 controller 偏好的配置大小。
來源：Base 2.4 §5.2.14.2.1, 8.2.4
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.14.2.1, 8.2.4, 文件頁 357, 362, 744, PDF 頁 383, 388, 770
01.04.HMB 是 host 配置、controller 專用的記憶體租約。Set Features enable 成功後，host 必須（shall）停止寫入 descriptor list 與所有描述的 memory ranges，直到 disable command 完成；這是 ownership transfer，不只是 performance hint。
來源：Base 2.4 §5.2.30.2.3, 8.2.4
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, 8.2.4, 文件頁 515-516, 744, PDF 頁 541-542, 770
01.05.HMB 已 enable 時再次送 EHM=1 必須以 Command Sequence Error 中止；尚未 enable 時送 EHM=0 則成功但不做事。disable completion 前 controller 應取回所需資料；CQE 被 posted 後才表示 host 可安全修改或回收 buffer。
- CQE
- Completion Queue Entry，CQ 中的一筆完成結果資料結構。
- EHM
- Enable Host Memory，啟用或停用 controller 使用 HMB 的 bit。
來源：Base 2.4 §5.2.30.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, 文件頁 515-516, PDF 頁 541-542
01.06.使用 HMB 時發生 surprise removal，controller 必須（shall）確保不造成 data loss 或 data corruption。這不代表 HMB 內容本身具有持久性，而是裝置不得把內部正確性依賴在 host 一定能先走正常 release 流程。
來源：Base 2.4 §8.2.4
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §8.2.4, 文件頁 744, PDF 頁 770
| HMB 使用階段 | 哪一方可以使用記憶體 | 進入下一階段的條件 |
|---|---|---|
| 啟用之前 | 主機配置記憶體並初始化描述子 | 先核對位址對齊和描述子數量 |
| 啟用命令完成後 | 控制器專用；主機不得修改 | host shall not write |
| 停用命令尚未完成 | 控制器仍可取回必要資料 | 主機仍須等停用完成 |
| 停用命令完成後 | 主機可修改或收回記憶體 | 停用完成後才可修改或回收 |
02 HMB 的描述子、大小與位址
由兩個區域算出完整 HMB
列出每份資料的單位
02.01.假設 CC.MPS 對應 8 KiB page，兩個 descriptor 的 BSIZE 都是 16，則各提供 128 KiB，合計 256 KiB。這個例子刻意不用 4 KiB page，讓固定單位與目前頁單位的差別看得出來。
- BSIZE
- Buffer Size，HMB descriptor 中以 CC.MPS pages 表示的連續範圍長度。
- MPS
- Memory Page Size，controller 使用的 memory page 大小設定；影響 queue address 與 PRP 對齊。
- CC
- Controller Configuration，host 用來選擇設定並啟用或停用 controller 的 property。
將清單加總對回 HSIZE
02.02.合計 32 個目前 page，因此 HSIZE=32。若 HMPRE=64，它使用固定 4 KiB 單位，也代表 256 KiB。HSIZE 與 HMPRE 原值不同，換成 bytes 後卻可能相同。
- HSIZE
- Host Memory Buffer Size，以 CC.MPS memory-page units 表示的 HMB 總大小。
再檢查位置與生命週期
02.03.HMDLAL、HMDLAU 指清單，BADD 指每個區域。主機不只要確保數量加總正確，也要讓清單與區域在控制器可使用期間保持有效，停用交接完成後才收回。
- BADD
- Buffer Address，HMB descriptor 中依 CC.MPS 對齊的 memory-page address。
來源：Base 2.4 §5.2.30, 5.2.30.2.3 · Base 2.4 §5.2.30.2.3 · Base 2.4 §5.2.12, 5.2.30.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30, 5.2.30.2.3, 文件頁 456-459, 516-518, PDF 頁 482-485, 542-544
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, 文件頁 517-518, PDF 頁 543-544
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, 文件頁 516-518, PDF 頁 542-544
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.12, 5.2.30.2.3, 文件頁 209-212, 518-519, PDF 頁 235-238, 544-545
把流程對回規格條件
02.05.Set Features 使用 FID=0Dh；CDW11 放 EHM、MR、HMNARE，CDW12 放 HSIZE，CDW13／14 組成 64-bit HMDL address，CDW15 是 HMDLEC。HMDL address 必須 16-byte aligned；HMDLEC=0 必須回 Invalid Field in Command。
- HMDLEC
- Host Memory Descriptor List Entry Count，HMDL 中有效 entries 的數量。
- HMNARE
- Host Memory Non-operational Access Restriction Enable，配置 non-operational HMB access policy 的 bit。
- HMDL
- Host Memory Descriptor List，連續存放 16-byte HMB descriptors 的 host-memory array。
- CDW
- CDW（Command Dword）；命令中的 32-bit 欄位單位，例如 CDW10 的 10 是欄位 index，不是 byte offset。
- FID
- Feature Identifier；指定要讀取或設定哪一項 Feature 的編號。
- MR
- Memory Return，表示 host 歸還完全相同的舊 HMB size、addresses、descriptors 與 contents。
來源：Base 2.4 §5.2.30, 5.2.30.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30, 5.2.30.2.3, 文件頁 456-459, 516-518, PDF 頁 482-485, 542-544
02.06.HMDL 是連續的 16-byte descriptor array；每個 entry 的 BADD 必須依 CC.MPS memory page size 對齊，BSIZE 以相同 page units 表示連續長度。BSIZE=0 的 entry 由 controller 忽略；HSIZE 應與可用 descriptors 的 page 數相符。
來源：Base 2.4 §5.2.30.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, 文件頁 517-518, PDF 頁 543-544
02.07.說明性範例：CC.MPS=0 代表 4 KiB page；HSIZE=64 代表 256 KiB。若 HMDL=00000012_34567000h、HMDLEC=2，CDW13=34567000h、CDW14=00000012h、CDW15=00000002h。兩個 descriptor 各 BSIZE=32 pages 時，合計正好 64 pages。
來源：Base 2.4 §5.2.30.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, 文件頁 516-518, PDF 頁 542-544
02.08.Get Features 使用 FID=0Dh；SEL≠supported-capabilities 成功時，CQE.DW0 回 EHM、HMNARE、HMNAR，data buffer 回 4 KiB Attributes data structure，包括 HSIZE、HMDL address 與 HMDLEC。『已啟用』與『目前正在限制 access』是不同狀態。
- HMNAR
- Host Memory Non-operational Access Restricted，回報 restriction 此刻是否實際生效的 state bit。
- SEL
- Select，Get Features 用來選 current、default、saved 或 supported-capabilities view 的欄位。
來源：Base 2.4 §5.2.12, 5.2.30.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.12, 5.2.30.2.3, 文件頁 209-212, 518-519, PDF 頁 235-238, 544-545
| 大小或位址欄位 | 使用的單位或對齊 | 描述的資源 |
|---|---|---|
| HMPRE/HMMIN | 4 KiB units | capability request |
| HSIZE/BSIZE | CC.MPS units | configured memory |
| HMDL address | 16-byte aligned | CDW13 low + CDW14 high |
| BADD | CC.MPS aligned | BSIZE=0 entry ignored |
03 HMB 在電源轉換與 Reset 後的狀態
03.01.電源轉換與重設後，主機需要確認原本提供的 HMB 是否仍符合再次使用的條件。設定的限制政策與目前限制是否生效，分別由不同欄位表示；控制器處於不同電源狀態時，兩者的數值可能不同，而不代表設定被遺失。
03.02.MR=1 表示交回符合規格要求的原有 HMB，不只是「容量一樣」。記憶體範圍、描述子清單位置和內容等都要符合相同條件。若提供了一份新配置，即使大小相等，也不能直接用原有記憶體的方式宣告，因為控制器需要重新建立對其內容的理解。
來源：Base 2.4 §5.2.30.2.3 · Base 2.4 §8.2.4
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, 文件頁 516-519, PDF 頁 542-545
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §8.2.4, 文件頁 744, PDF 頁 770
把流程對回規格條件
03.03.HMNARE 只有 Identify.CTRATT.HMBR=1 時可啟用。HMNARE 是 policy，HMNAR 是 controller 此刻是否真的因 non-operational state 而被限制；Admin commands 與其啟動的 background operations 有明文例外。NOPPME 不改變這項 HMB restriction。
- NOPPME
- Non-Operational Power State Permissive Mode Enable，控制 controller background work 能否暫時超過 non-operational power limit。
- Admin
- Administrative，建立、設定、查詢或管理 controller 與 queue 的控制路徑。
來源：Base 2.4 §5.2.30.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, 文件頁 516-519, PDF 頁 542-545
03.04.HMB 不會跨 Controller Level Reset 保存在 controller。reset 後 host 應重新提供資源；若 MR=1 表示歸還先前內容，size、descriptor-list address、descriptor-list contents 與 HMB contents 必須完全相同。RTD3 前宜先 disable，恢復後再依是否保留內容選 MR。
來源：Base 2.4 §8.2.4
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §8.2.4, 文件頁 744, PDF 頁 770
| HMB 狀態或設定 | 描述的限制或記憶體來源 | 何時可以採用這個值 |
|---|---|---|
| HMNARE | 設定的使用政策 | 需要 CTRATT.HMBR |
| HMNAR | 目前生效的限制狀態 | 可能因 operational state 而為 0 |
| MR=1 | 交回符合相同條件的原有 HMB | size/address/list/content 全相同 |
| MR=0 | 新提供的記憶體，內容尚未初始化 | controller 重新初始化 |
04 DSTRD、NDT 與 NDM 的單位
04.01.DSTRD、NDT 與 NDM 都是編碼值，但換算方式不同。DSTRD 決定相鄰 Doorbell 的間距，使用指數關係；NDT 與 NDM 則以 Dword 計算資料與 metadata 的傳輸量。它們看起來都像長度，不能共用「全部加 1」或「全部直接當 bytes」的規則。
- metadata
- 隨 logical block 儲存的附加資料，可包含資料保護資訊，也可有其他用途。
- DSTRD
- Doorbell Stride，CAP 中決定相鄰 doorbell register 間距的欄位。
- Dword
- Dword（Double word）；32 bits，也就是 4 bytes。對比 word=16 bits；例如 zero-based dword count=3 代表 4 個 Dwords，也就是 16 bytes。
- NDM
- Number of Dwords in Metadata Transfer，standard vendor-specific format 中的實際 metadata dword 數。
- NDT
- Number of Dwords in Data Transfer，standard vendor-specific format 中的實際 data dword 數。
04.02.例如 DSTRD=4 得到 4×2^4=64 bytes 的間距。NDT=0100h 則是 256 Dwords，也就是 1024 bytes，沒有加 1。廠商自訂命令還要先確認採用哪種標準格式及適用能力；長度欄位只描述傳輸量，不能據此猜測廠商資料的內容。
來源：Base 2.4 §3.1.4.1, 8.2.3 · Base 2.4 §5.2.14.2.1, 8.1.29 · Base 2.4 §4.1.1, 8.1.29
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §3.1.4.1, 8.2.3, 文件頁 56, 744, PDF 頁 82, 770
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.14.2.1, 8.1.29, 文件頁 356, 374, 733, PDF 頁 382, 400, 759
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §4.1.1, 8.1.29, 文件頁 143, 733, PDF 頁 169, 759
把流程對回規格條件
04.03.CAP.DSTRD 的實際間距是 2^(2+DSTRD) bytes。DSTRD=0／2／4 分別得到 4／16／64 bytes；software emulation 可用 64-byte stride 把 doorbells 分散到 cacheline，硬體 NVMe interface 的 expected value 是 0h。
- NVMe
- Non-Volatile Memory Express，主機與非揮發性記憶體子系統之間的介面規範家族。
- CAP
- Controller Capabilities，offset 00h 的 controller property，回報 queue、page size、timeout 與其他能力。
來源：Base 2.4 §3.1.4.1, 8.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §3.1.4.1, 8.2.3, 文件頁 56, 744, PDF 頁 82, 770
04.04.standard Vendor Specific command format 是 optional。AVSCC.VSCF 控制 vendor-specific Admin commands；ICSVSCC.SNVSCF 控制 vendor-specific I/O commands。兩個 capability 必須分開讀，不能因其中一個為 1 就假設另一類命令也使用 Figure 94。
- ICSVSCC
- I/O Command Set Vendor Specific Command Configuration，回報 vendor-specific I/O command format 的 Identify field。
- SNVSCF
- Same NVM Vendor Specific Command Format，ICSVSCC 中表示 I/O commands 是否使用 Figure 94 的 bit。
- AVSCC
- Admin Vendor Specific Command Configuration，回報 vendor-specific Admin command format 的 Identify field。
- VSCF
- Vendor Specific Command Format，AVSCC 中表示 Admin commands 是否使用 Figure 94 的 bit。
- I/O
- Input/Output，對 namespace 執行資料輸入與輸出的操作類別。
來源：Base 2.4 §5.2.14.2.1, 8.1.29
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.14.2.1, 8.1.29, 文件頁 356, 374, 733, PDF 頁 382, 400, 759
04.05.Figure 94 保留 common CDW0、NSID、metadata/data pointers 與 CDW12-CDW15，並把 CDW10／11 定義成 NDT／NDM。若 command 不使用 NSID，必須清為 0；invalid NSID 在使用時必須回 Invalid Namespace or Format，inactive NSID 行為仍是 vendor specific。
- NSID
- Namespace Identifier，controller 用來指向 namespace 的數值 handle；identifier 不等於 namespace 物件本身。
來源：Base 2.4 §4.1.1, 8.1.29
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §4.1.1, 8.1.29, 文件頁 143, 733, PDF 頁 169, 759
04.06.NDT 與 NDM 是實際 dword 數，不是 0's-based。NDT=00000100h 代表 256 dwords=1024 bytes；driver 可用 NDT／NDM 驗證 application buffer，避免 data 或 metadata transfer overflow。是否支援 standard format 仍先由 VSCF／SNVSCF gate。
- 0's-based
- 0's-based encoding，以 0 表示實際數量 1；依欄位換算公式通常是欄位值加 1。
來源：Base 2.4 §4.1.1, 8.1.29
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §4.1.1, 8.1.29, 文件頁 143, 733, PDF 頁 169, 759
| 位址或長度欄位 | 換算公式 | 該值作用於哪個對象 |
|---|---|---|
| DSTRD | 2^(2+x) bytes | 0→4 B；4→64 B |
| NDT | value×4 data bytes | 不是 0's-based |
| NDM | value×4 metadata bytes | 獨立 buffer bound |
| VSCF/SNVSCF | 格式選用條件 | Admin 與 I/O 分開 |
05 讀懂本篇的規格圖表
05.01.以下依概念整理規格中的圖表。每組先說明讀取順序與要判斷的問題，接著列出各圖的欄位或行為說明。可以由正文的連結跳到對應組別，也可以用這一節檢查自己能否把欄位連回完整操作。
圖表組 01 · HMB 記憶體的提供、使用與收回 · 4 張圖表
05.02.沿時間線標出 enable 完成、disable 提交與 disable 完成，對每個區間註明主機和控制器的使用權限。描述子中的位址在整個使用期間都必須保持有效，而不是只在送命令時有效。
回到本節的解釋與範例描述記憶體清單與交接使用權
05.03.主機配置記憶體、建立描述子，再以 HMB Feature 提供清單。總容量、描述子數量、每段位址與每段大小都要互相一致。
| 一起判讀的欄位或標示 | 如何共同決定操作或結果 | 帶入情境後怎麼讀 |
|---|---|---|
| EHM／MR／CTZ／HMNARE | 啟用、記憶體返回及相關可選行為需依各 bit 的條件配合使用。 | 重新提供原記憶體與提供新記憶體是不同情境，不能一概保留原內容假設。 |
| HSIZE／HMDLEC | 總容量依 CC.MPS 的 page 單位解讀；HMDLEC 是清單中的描述子數。 | 總容量為 16 pages，不代表必須有 16 個描述子；一個描述子可以描述多個 pages。 |
| HMDLUA／HMDLLA；BADD／BSIZE | 高低欄位組成清單位址；每個描述子的 BADD 與 BSIZE 再給出實際記憶體段。 | 清單位址要求與資料區域 page 對齊分別檢查，不能用其中一個通過替代另一個。 |
| HMNAR 與主機回收 | 完成回覆的相關狀態與使用權交接連在一起。 | 控制器仍可使用記憶體時，主機不能提前把相同範圍拿去保存其他資料。 |
來源：Base 2.4 §5.2.30.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 545, 文件頁 516-517, PDF 頁 542-543
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 546, 文件頁 517, PDF 頁 543
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 547, 文件頁 517, PDF 頁 543
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 548, 文件頁 517, PDF 頁 543
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 549, 文件頁 518, PDF 頁 544
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 550, 文件頁 518, PDF 頁 544
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 551, 文件頁 518, PDF 頁 544
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 552, 文件頁 518-519, PDF 頁 544-545
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 553, 文件頁 519, PDF 頁 545
Base Figure 545 · Host Memory Buffer - Command Dword 11
一句話重點
Base545-1HMB 控制欄位分別表示啟用、記憶體返回及相關要求。
來源：Base 2.4 §5.2.30.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 545, 文件頁 516-517, PDF 頁 542-543
用例子讀懂
Base545-2EHM 啟用 HMB，MR 涉及先前記憶體返回的情境；兩個 bit 不是「新記憶體地址」與「舊地址」的編碼。
Base Figure 552 · Host Memory Buffer - Completion Queue Entry Dword 0
一句話重點
Base552-1HMB 完成回覆中的 HMNAR 要連回此次要求的條件。
來源：Base 2.4 §5.2.30.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 552, 文件頁 518-519, PDF 頁 544-545
用例子讀懂
Base552-2收到非零回覆前先確認 HMNARE 與 EHM 的設定；不能把任意 DW0 值都當成實際配置頁數。
Base Figure 553 · Host Memory Buffer - Attributes Data Structure
一句話重點
Base553-1HMB Attributes 回報目前採用的大小及描述子清單資訊。
來源：Base 2.4 §5.2.30.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 553, 文件頁 519, PDF 頁 545
用例子讀懂
Base553-2讀回 HSIZE、HMDLAL／HMDLAU、HMDLEC 後，可與先前設定分別對照；成功設定命令的 CQE 不包含這份完整屬性表。
記憶體建議、最小要求與描述子限制
05.04.Identify 提供主機規劃 HMB 所需的大小與描述子限制；AVSCC 與 ICSVSCC 則是本篇另一主題的廠商命令格式能力，不能當成 HMB 啟用條件。
| 一起判讀的欄位或標示 | 如何共同決定操作或結果 | 帶入情境後怎麼讀 |
|---|---|---|
| HMPRE／HMMIN | 偏好與最小容量使用固定 4 KiB 單位；實際 HSIZE 使用 CC.MPS 指定的頁大小。 | HMPRE=64 是 256 KiB；若 page 是 8 KiB，提供同樣容量的 HSIZE 是 32。 |
| HMMINDS／HMMAXD | 分別限制描述子所描述區域的最小大小與清單描述子數量；仍需按各欄位的零值及有效性規則使用。 | 總容量已達要求，但被切成過多小區域，仍可能不符合描述子限制。 |
| CTRATT.HMBR／HMNARE／HMNAR | 能力決定是否支援 non-operational 狀態下的 HMB 存取限制；設定政策與目前限制狀態分別觀察。 | 能力存在不等於目前限制已生效；也不能把主機發起的 Admin 作業與控制器自主活動混為一類。 |
| AVSCC.VSCF／ICSVSCC.SNVSCF | 分別描述 Admin 與 I/O 廠商命令採用的格式約定。 | 先辨認命令種類和支援格式，再使用對應長度欄位；不能因 Admin 有標準格式就推論 I/O 廠商命令相同。 |
來源：Base 2.4 §5.2.14.2.1
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.14.2.1, Figure 338, 文件頁 340-364, PDF 頁 366-390
Base Figure 338 · Identify Controller Data Structure
一句話重點
Base338-1Identify Controller 先告知能力與限制，主機再決定可使用的操作。
來源：Base 2.4 §5.2.14.2.1
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.14.2.1, Figure 338, 文件頁 340-364, PDF 頁 366-390
用例子讀懂
Base338-2規格列出某選用命令時，先查相應支援欄位再發出要求；「命令有定義」與「這台控制器支援」是不同證據。
圖表組 02 · HMB 的描述子、大小與位址 · 12 張圖表
05.05.命令圖先組合清單的高低位址及 HMDLEC，再讀每個 BADD／BSIZE。把 4 KiB 單位和 CC.MPS 頁單位分兩欄列出，確認換成 bytes 後總量一致。
回到本節的解釋與範例Base Figure 546 · Host Memory Buffer - Command Dword 12
一句話重點
Base546-1HMB 的 HSIZE 以控制器設定的記憶體頁大小計算。
來源：Base 2.4 §5.2.30.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 546, 文件頁 517, PDF 頁 543
用例子讀懂
Base546-2CC.MPS 對應 4096 bytes、HSIZE＝16 時，提供 65536 bytes；HSIZE 不是描述子數量。
Base Figure 547 · Host Memory Buffer - Command Dword 13
一句話重點
Base547-1HMDLLA 提供 HMB 描述子清單位址的低部。
來源：Base 2.4 §5.2.30.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 547, 文件頁 517, PDF 頁 543
用例子讀懂
Base547-216-byte 對齊的清單位址，其低 4 bits 必為零；這是清單的對齊，不代表每個資料 buffer 只需 16-byte 對齊。
Base Figure 548 · Host Memory Buffer - Command Dword 14
一句話重點
Base548-1HMDLUA 補齊描述子清單位址的高部。
來源：Base 2.4 §5.2.30.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 548, 文件頁 517, PDF 頁 543
用例子讀懂
Base548-2清單位址＝00000001_00001000h 時，高部為 1、低部為 1000h；只設定低部會指到不同記憶體。
Base Figure 549 · Host Memory Buffer - Command Dword 15
一句話重點
Base549-1HMDLEC 指定 HMB 描述子清單包含多少項目。
來源：Base 2.4 §5.2.30.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 549, 文件頁 518, PDF 頁 544
用例子讀懂
Base549-2HMDLEC＝2 表示清單有 2 個 entries；它不直接表示只有 2 個資料頁，因每個 entry 可以描述多頁。
Base Figure 550 · Host Memory Buffer - Host Memory Descriptor List
一句話重點
Base550-1HMB Descriptor List 由固定大小 entries 組成。
來源：Base 2.4 §5.2.30.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 550, 文件頁 518, PDF 頁 544
用例子讀懂
Base550-22 個 16-byte entries 共占 32 bytes；清單本身的大小與它們描述的 HMB 總容量是不同數量。
Base Figure 551 · Host Memory Buffer - Host Memory Buffer Descriptor Entry
一句話重點
Base551-1每個 HMB 描述子用基底位址和頁數描述一段記憶體。
來源：Base 2.4 §5.2.30.2.3
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, Figure 551, 文件頁 518, PDF 頁 544
用例子讀懂
Base551-2BSIZE＝8、頁大小 4 KiB 時，該項描述 32 KiB；BADD 指起點，不能把 BSIZE 當成 byte 長度。
查能力、讀取值與寫入值的區別
05.06.FID 指功能，Get 的 SEL 指要查哪一種資訊，Set 的 SV 指是否要求保存。支援能力回覆的 bits 與功能值是不同結構。
- SV
- Save，Set Features 要求 controller 同時保存所設定 value 的 bit。
| 一起判讀的欄位或標示 | 如何共同決定操作或結果 | 帶入情境後怎麼讀 |
|---|---|---|
| FID／UIDX／DPTR | FID 選功能，必要時 UIDX 協助選 UUID，DPTR 傳輸該功能所需的資料結構。 | 不是每個 Feature 都只靠 CQE DW0 回覆；有 buffer 的功能還需讀其資料格式。 |
| SEL=000b／001b／010b／011b | 分別要求目前值、預設值、保存值、支援能力。 | 要確認裝置現在採用什麼值，應讀目前值；保存值不等於正在使用的值。 |
| CHANG／NSSPEC／SVBL → SV | 能力分別指出可變更、是否與 namespace 有關、可否保存；SV 是主機的保存要求。 | SVBL=0 時提出保存要求可能被拒絕；Set 成功也不能一律推論跨 power cycle 保留。 |
- namespace
- namespace，主機透過 controller 存取的一份已格式化非揮發性容量。
- NSSPEC
- Namespace Specific，指出 Feature 是否具有 per-namespace scope 的 capability bit。
- CHANG
- Changeable，指出 Feature value 是否可由 Set Features 變更的 capability bit。
- DPTR
- Data Pointer，SQE 中指出 command data buffer 的欄位。
- SVBL
- Saveable，supported-capabilities result 中指出 Feature 是否可保存的 bit。
- UIDX
- UUID Index，指向 UUID List 位置的 index；0 表示未指定 UUID。
- UUID
- Universally Unique Identifier，128-bit identifier；其實際關聯範圍仍由使用它的資料結構決定。
來源：Base 2.4 §5.2.12 · Base 2.4 §5.2.30
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.12, Figure 197, 文件頁 209, PDF 頁 235
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.12, Figure 198, 文件頁 209-210, PDF 頁 235-236
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.12, Figure 200, 文件頁 210-211, PDF 頁 236-237
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30, Figure 463, 文件頁 456, PDF 頁 482
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30, Figure 464, 文件頁 457, PDF 頁 483
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30, Figure 466, 文件頁 457-459, PDF 頁 483-485
Base Figure 197 · Get Features - Data Pointer
一句話重點
Base197-1Get Features 的 DPTR 是需要資料結構時的回傳位置。
來源：Base 2.4 §5.2.12
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.12, Figure 197, 文件頁 209, PDF 頁 235
用例子讀懂
Base197-2查詢一個會回傳資料 buffer 的 Feature，先準備相應大小的目的空間；不是每個 Feature 都只靠 CQE DW0 回傳全部內容。
Base Figure 198 · Get Features - Command Dword 10
一句話重點
Base198-1Get Features 的 FID 選功能，SEL 選要查目前值、預設值等資訊。
來源：Base 2.4 §5.2.12
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.12, Figure 198, 文件頁 209-210, PDF 頁 235-236
用例子讀懂
Base198-2查 current 與查 saved 可以回不同內容；兩次 FID 相同不表示查詢完全相同。
Base Figure 200 · Feature Identifiers for Get Features
一句話重點
Base200-1Get Features 清單列出 FID 與該功能回傳形式。
來源：Base 2.4 §5.2.12
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.12, Figure 200, 文件頁 210-211, PDF 頁 236-237
用例子讀懂
Base200-2先由想查的功能找到 FID，再看需要 CQE 結果還是資料結構；不能用上一個 Feature 的接收格式讀下一個。
Base Figure 463 · Set Features - Data Pointer
一句話重點
Base463-1Set Features 的 DPTR 提供需要傳入的功能資料。
來源：Base 2.4 §5.2.30
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30, Figure 463, 文件頁 456, PDF 頁 482
用例子讀懂
Base463-2設定 HMB 時傳入描述子相關資料，與單純只在 CDW11 放一個開關不同；先看該 Feature 是否使用資料 buffer。
Base Figure 464 · Set Features - Command Dword 10
一句話重點
Base464-1Set Features 的 FID 選功能，SV 表示是否要求保存。
來源：Base 2.4 §5.2.30
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30, Figure 464, 文件頁 457, PDF 頁 483
用例子讀懂
Base464-2主機要求 SV＝1 前先確認 Feature 可保存；設定成功與重設後仍保留，是需要分別核對的行為。
Base Figure 466 · Feature Identifiers for Set Features
一句話重點
Base466-1Set Features 的識別碼清單指引每種功能的專屬欄位。
來源：Base 2.4 §5.2.30
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30, Figure 466, 文件頁 457-459, PDF 頁 483-485
用例子讀懂
Base466-2FID 02h 的 CDW11 是 Power Management，FID 0Ch 的相同位置是 APST；欄位位置相同不表示內容相同。
- APST
- Autonomous Power State Transition；依設定的閒置條件自動轉換電源狀態。
圖表組 04 · DSTRD、NDT 與 NDM 的單位 · 3 張圖表
05.07.換算表逐列寫出欄位原始值、公式和 bytes。DSTRD 連回 Doorbell 位址，NDT／NDM 分別連回 data／metadata buffer；VSCF／SNVSCF 先決定適用的命令格式。
回到本節的解釋與範例能力、主機設定與控制器狀態的往返
05.08.主機先讀 CAP 選合法設定，建立 Admin 佇列，再寫 CC 啟用；控制器以 CSTS 回報結果。CAP 是可選範圍，CC 是要求值，CSTS 是實際狀態，三者不能互相代替。
- CSTS
- Controller Status，controller 回報 ready、fatal status 與 shutdown 狀態的 property。
| 一起判讀的欄位或標示 | 如何共同決定操作或結果 | 帶入情境後怎麼讀 |
|---|---|---|
| CAP.MPSMIN／MPSMAX → CC.MPS | 能力給可支援的記憶體 page 範圍，主機選其中一個 page 大小。 | 後續 ASQ、ACQ 與資料指標的對齊都要使用選定的 page 大小。 |
| AQA.ASQS／ACQS → ASQ.ASQB／ACQ.ACQB | AQA 設定兩個 Admin 佇列的大小；ASQ、ACQ 給它們在主機記憶體的位置。 | 大小編碼與基底位址分別設定，不能只配置 buffer 就認為控制器已知道位置。 |
| CC.EN／CSS／AMS → CSTS.RDY／CFS | 主機選命令集、仲裁方式並要求啟用，控制器回報就緒或致命狀態。 | CC.EN=1 是要求，仍需等待符合規則的 RDY，才能進入下一階段。 |
| CRMS／CRIME／CRTO；SHN／SHST | 前一組連接就緒模式與逾時；後一組連接關機要求與進度。 | 寫入關機要求後依 SHST 確認處理，不能把要求值当作完成結果。 |
| CAP.BPS／DSTRD／CMBS／PMRS；NSSR／NSSD | 分別用於 Boot 支援、doorbell 間距、記憶體能力與 subsystem 層級控制。 | Doorbell 間距由 DSTRD 推算；不使用 doorbell 的教學步驟無須把它當成前提。 |
- CRTO
- Controller Ready Timeouts，回報特定 ready mode 所需等待時間的 property。
- NSSD
- NVM Subsystem Shutdown，控制較大範圍 subsystem shutdown 的 property。
- NSSR
- NVM Subsystem Reset，觸發 NVM subsystem reset 的 property。
- SHST
- Shutdown Status，CSTS 中由 controller 回報 shutdown 進度的欄位。
- ACQ
- Admin Completion Queue Base Address，Admin CQ 在可定址記憶體中的基底位址。
- AQA
- Admin Queue Attributes，描述 Admin SQ 與 Admin CQ 大小的 property。
- ASQ
- Admin Submission Queue Base Address，Admin SQ 在可定址記憶體中的基底位址。
- RDY
- Ready，CSTS 中表示 controller 是否已準備正常處理 command 的 bit。
- SHN
- Shutdown Notification，CC 中由 host 宣告 shutdown 類型的欄位。
- EN
- Enable，CC 中控制 controller enable state 的 bit。
來源：Base 2.4 §3.1.4.1
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §3.1.4.1, Figure 36, 文件頁 55-58, PDF 頁 81-84
Base Figure 36 · Offset 0h: CAP - Controller Capabilities
一句話重點
Base36-1CAP 描述控制器能力，主機設定必須落在其支援範圍。
來源：Base 2.4 §3.1.4.1
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §3.1.4.1, Figure 36, 文件頁 55-58, PDF 頁 81-84
用例子讀懂
Base36-2設定記憶體頁大小前，先比對 MPSMIN 與 MPSMAX；主機偏好的頁大小不一定就是控制器接受的大小。
同一筆命令的身分、對象與資料方向
05.09.CDW0 先選操作與資料指標格式；NSID 選操作對象；DPTR／MPTR 再指向資料。命令專屬 Dwords 的含義由 OPC 與命令集決定。
- MPTR
- Metadata Pointer，SQE 中指出獨立 metadata buffer 的欄位。
| 一起判讀的欄位或標示 | 如何共同決定操作或結果 | 帶入情境後怎麼讀 |
|---|---|---|
| OPC／FUSE／CID | OPC 選操作，FUSE 說明融合操作角色，CID 讓完成項目找回原命令。 | 相同的 CDW10 數值放在 Read 與 Set Features 中，可能完全不是同一種意思。 |
| PSDT → DPTR／MPTR | PSDT 決定指標依 PRP 或 SGL 等格式解讀；指標內的數值不可在未選格式時直接當成長度。 | 主機先選指標格式，再按該格式準備 buffer 描述，最後由命令語意判斷資料方向。 |
| NSID／CDW2–CDW15 | NSID 與命令專屬欄位共同決定對象、範圍及選項。 | Create 的 DPTR 指向建立參數；它不是新 namespace 的實體儲存位址。 |
| NDT／NDM／MDPTR | 廠商命令使用共同格式時，資料與 metadata 長度各有自己的欄位及指標。 | 先看廠商命令格式支援宣告，再依長度定義換算，不能把欄位上限直接加 1 後存回同寬整數。 |
- PSDT
- PRP or SGL for Data Transfer，CDW0 中決定 DPTR 應按 PRP 或 SGL 解讀的欄位。
- CID
- Command Identifier，與 SQ identifier 合用以辨識 outstanding command。
- PRP
- Physical Region Page，以 memory page 為單位描述 host-addressable data buffer 的 pointer 格式。
- SGL
- Scatter Gather List，以 descriptor 與 segment 描述一段或多段 data buffer 的格式。
來源：Base 2.4 §4.1.1
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §4.1.1, Figure 93, 文件頁 140-142, PDF 頁 166-168
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §4.1.1, Figure 94, 文件頁 143, PDF 頁 169
Base Figure 93 · Common Command Format
一句話重點
Base93-1共通 SQE 固定各命令共用欄位的位置。
- SQE
- Submission Queue Entry，SQ 中的一筆命令資料結構。
來源：Base 2.4 §4.1.1
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §4.1.1, Figure 93, 文件頁 140-142, PDF 頁 166-168
用例子讀懂
Base93-2同樣在 CDW10，Read 與管理命令可以有完全不同含義；先依 OPC 選命令，再查專屬欄位表。
Base Figure 94 · Common Command Format - Vendor Specific Commands (Optional)
一句話重點
Base94-1廠商命令格式另以 NDT、NDM 表達傳輸長度資訊。
來源：Base 2.4 §4.1.1
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §4.1.1, Figure 94, 文件頁 143, PDF 頁 169
用例子讀懂
Base94-2若依欄位定義 NDT＝16 個 Dwords，資料長度為 64 bytes；此值不能套用別的命令從零起算的加 1 規則。
學完後想一想
1. HMB 記憶體原本由 host 配置，host 是否能在 controller 使用時直接重用？
06.01.不能。提供給 controller 的期間必須維持記憶體與描述資訊有效；應完成規定的停用及交還程序後才回收。實體配置者與目前可使用者是不同概念。
來源
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, 8.2.4, 文件頁 515-516, 744, PDF 頁 541-542, 770
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, 文件頁 515-516, PDF 頁 541-542
2. 知道 HMB descriptor 有 4 筆，就知道總容量了嗎？
06.02.還需要每筆 buffer size 和 page size。Descriptor 數只計算分段數；總容量是各段 page 數乘 page size 後加總，並需符合 HSIZE 與能力限制。
來源
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, 文件頁 517-518, PDF 頁 543-544
來源：NVME-BASE-2.4, Rev. 2.4, §5.2.30.2.3, 文件頁 516-518, PDF 頁 542-544