【技术】NVMe-MI协议解读——完整的NVMe SSD管理方式

时间： 2021-05-24 来源：大普微电子

技术问答

众所周知，在一个存储系统中，将设备管理与业务分离是一个良好的设计理念，比如在Nvme协议中就有一个Admin命令集，与IO命令分开。为了能够更规范合理得对NVMe SSD进行管理，NVMe-MI协议应运而生。

Nvme-MI(Management Interface)，定义了一套完整的NVMe SSD管理方式，独立于NVMe协议且为NVMe SSD服务。在2015年10月，NVMe-MI 1.0版本正式发布，当前最新的为2019年4月发布的1.1版本，本文基于1.0版本对NVMe-MI协议进行阐述。

知道NVMe-MI的作用后，我们先从宏观角度看一下它是怎么实现的。与NVMe协议不同，NVMe-MI协议是通过MCTP协议进行传输，同时底层物理层支持PCIe或者SMBus/I2C，本文后续默认物理层都是SMBus/I2C。物理层使用I2C的好处就是和NVMe协议完全隔离，即使SSD在NVMe看来是故障的，还能有另外一条路径查看SSD状态。

从整个协议栈我们可以看出一次完整的MI命令执行过程：

1.host将想要发送的命令按照MI的协议规范组成MI报文；

2.将MI报文当作MCTP的数据封装为MCTP报文；

3.完整的MCTP报文通过I2C链路发给SSD；

4.SSD收到MCTP报文后，解封MCTP报文得到MI报文；

5.解析MI报文后获取发送消息，然后将要回复的数据按照MI协议规范组成MI报文；

6.再将回复MI报文当作MCTP的数据封装为MCTP报文；

7.再将MCTP报文通过I2C链路发送给host；

8.host解封MCTP报文，再解析MI报文获取回复消息。

在整个过程中，我们具体来看一下MI报文，这是属于MI协议范畴，过程中涉及的MCTP协议，I2C协议可自行查看相关协议文档。

一个完整MI报文分为3部分，Header，Data和IC（Integrity Check）

Header：总共4个字节，主要指明该MI消息的类型；

Data：MI消息的具体数据，数据格式和大小因Header里面指明的类型不同而不同；

IC：总4个字节，Header和Data的CRC校验值，使用的是CRC-32C算法。

MI报文分类如下图所示，分类和简单明了，直接看到最下面的叶子节点，总共有6个，这也意味这MI报文有6种格式，这6种格式具体体现在MI报文的Data里面。

再来看一下这6种MI报文格式，具体命令可参考协议。

1）NVMe-MI Command：定义了获取NVMe SSD设备状态命令。

2）NVMe Admin Command：用MI协议规范模拟封装NVMe命令

3）PCIe Command：用MI协议规范模拟封装PCIe报文

4）Control Primitive：控制MI命令执行

5）Success Response：成功返回MI消息，通常带数据返回，每个命令的返回都不一样，详细见具体命令。

6）Error Response：失败返回MI消息，无数据，只有错误类型。

NVMe-MI协议整体就是这么一回事，并没有想象中的那么复杂。顺便值得一提的是，在协议的附录A这一章节，提到了NVMe Basic Management Command，这一方式是早期没有NVMe-MI协议时，通过I2C对SSD进行管理的方式，但该方式已经无法满足如今快速发展的NVMe SSD，因此协议强烈建议各SSD厂商转向使用NVMe-MI协议来对盘进行带外管理。目前市面上支持NVMe-MI协议的SSD很少，DapuStor的Haishen SSD已经支持基于I2C总线的NVMe-MI。

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