NVMe Base 2.4：HMB、Doorbell Emulation 與 Vendor Commands

01 HMB 記憶體的提供、使用與收回

01.01.HMB 的 value 不在『給 controller 一塊 cache』這句話，而在 ownership protocol。Host 配置 pages 與 descriptor list，enable 成功後停止寫入；controller 使用並初始化；host 要回收時先 disable，直到 CQE posted 才重新取得修改權。

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。

CQE

Completion Queue Entry，CQ 中的一筆完成結果資料結構。

01.02.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。

02 HMB 的描述子、大小與位址

02.01.HSIZE、BSIZE 與 BADD 都依 CC.MPS；HMPRE／HMMIN／HMMINDS 則依 4 KiB units。兩套 unit 不能混用。HMDL 本身要 16-byte aligned，entries 固定 16 bytes；HMDLEC 是 entry count，不是 0's-based，也不是 byte length。

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。

HMDLEC

Host Memory Descriptor List Entry Count，HMDL 中有效 entries 的數量。

BSIZE

Buffer Size，HMB descriptor 中以 CC.MPS pages 表示的連續範圍長度。

HSIZE

Host Memory Buffer Size，以 CC.MPS memory-page units 表示的 HMB 總大小。

BADD

Buffer Address，HMB descriptor 中依 CC.MPS 對齊的 memory-page address。

HMDL

Host Memory Descriptor List，連續存放 16-byte HMB descriptors 的 host-memory array。

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。

02.02.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。

HMNARE

Host Memory Non-operational Access Restriction Enable，配置 non-operational HMB access policy 的 bit。

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。

03 HMB 在電源轉換與 Reset 後的狀態

03.01.HMNARE 是 access policy，HMNAR 是此刻 state；MR 則描述 reset／RTD3 後是否歸還完全相同的舊內容。這三者不能互換。Controller Level Reset 會讓 controller 丟失 HMB assignment，RTD3 前應先 release，而 non-operational restriction 只限制特定 state 下的 access。

HMNAR

Host Memory Non-operational Access Restricted，回報 restriction 此刻是否實際生效的 state bit。

03.02.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。

04 DSTRD、NDT 與 NDM 的單位

04.01.software emulator 與 vendor command passthrough 都在處理 untrusted encoded values。DSTRD 要套 2^(2+x) 才是 bytes；NDT／NDM 已是實際 dword count，要乘 4、不能再加 1。正確公式不同，但目的相同：在 MMIO 或 DMA 前先證明 address 與 length。

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。

MMIO

Memory-Mapped I/O，以 CPU memory access 形式讀寫裝置 register。

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.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。

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。

SNVSCF

Same NVM Vendor Specific Command Format，ICSVSCC 中表示 I/O commands 是否使用 Figure 94 的 bit。

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。