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在主机和SSD之间进行数据交互，数据从主机生成到写入SSD闪存中，以及数据从SSD闪存中读出到写回主机，这个过程中会经过多个部件、多种传输和复杂的软件处理，任何一个环节发生错误都可能导致数据错误。

但是这种错误一般无法被立即检测出来，而是后续通过应用在访问数据过程中，才发现数据已经出错，在应用层体现出现数据不一致，这类错误我们称为静默数据破坏，即Silent Data Corruption。

为确保主机和SSD之间的数据完整性，NVMe提供了端到端数据保护机制，它可以有效降低静默错误的发生，保护主机写入闪存和从闪存读出到写入主机的全部流程，使数据的一致性得到保证。

NVMe端到端数据保护的关键在于PI（Protection Information）的使用。完整的端到端数据保护支持由Host端生成PI，提供从Host直至SSD内部的完整端到端数据路径保护。在数据生成时，通过对数据添加PI，并将其作为元数据始终伴随用户数据一同传输和校验，借此降低静默错误的发生；同时，借助ECC（如BCH、LDPC）、Die间RAID5等手段，对检测到的错误数据加以修正，提升整个端到端数据传输过程中的可靠性。PI也可以通过SSD Controller生成，提供SSD盘内的数据保护，通常，我们将后者称为“数据路径保护”技术。

NVMe协议规定（后续介绍均参照NVMe2.0协议），Host与SSD之间的数据交互，除了逻辑块(用户数据)，还可以携带一些额外的元数据(MetaData)，大小为0~N Bytes。Metadata一个最重要的角色就是传递端对端(E2E, End to End)数据保护信息(PI, Protection Information)。

PI相当于逻辑块数据的保镖，有DIF(Data Integrity Field）和DIX(Data Integrity Extension）两种数据保护机制，两者的主要区别是PI信息的位置不同。 

(1)DIF: 是data buffer和Metadata buffer连接在一起传输的模式。如下图所示：

(2)DIX: 是data buffer和Metadata buffer分离的一种模式，最后会在SSD端把它们拼接在一起。如下图所示:

PI内容主要由Guard、Application Tag、Reference Tag和Storage Tag组成。

• Guard Tag: 用户数据的 CRC 校验信息,支持CRC16/CRC32/CRC64

• Application Tag: 应用指定Tag，固定为16bit

• Reference Tag: Reference Tag 把逻辑块数据与一个地址关联起来，防止被误用或者乱序逻辑块传输，用来检测数据是否写入错误的 LBA 地址;

• Storage Tag: 应用指定Tag

根据配置不同，PI 主要有四种组成格式：

1）16bit Guard Tag（Storage Tag size is zero）

2) 16bit Guard Tag（Storage Tag size is non-zero）

3) 32bit Guard Tag 

4) 64bit Guard Tag

按照NVMe协议，根据对SSD命名空间的格式化（512B or 4KB Sector），PI可以放置在元数据的前8或后8字节。

如果Metadata元数据超过8字节（如支持64B元数据），则CRC处理原则如下：

• PI在Metadata前8字节，PI中CRC tag的生成不包括Metadata字节。

• PI在Metadata后8字节，PI中CRC tag的生成包含Metadata字节，但不包括后8字节PI。

Host通过NVMe format命令DWord10中的PIL字段指定PI在Metadata中的位置：为1则是Metadata的首8B，为0则是Metadata 的尾8B。

根据不同的Tag设置和PI 检查方式，PI 可分为Type0、Type1、Type2、Type3四种类型。

Host通过NVMe format命令DWord10中的PI字段指定了PI的类型。

NVMe IO命令主要通过PRINFO (Protection Information Field) 和ILBRT/EILBRT命令字来控制PI的生成机制和Check范围。

PRINFO控制PI主要包括PRACT（Protection Information Action）和PRCHK（Protection Information Check）。

PRACT指明了PI信息生成的机制。

• PRACT=0

当WRITE命令时：

(1)如果namespace在format的时候没有启动PI 使能，针对Host过来的Logical User Data和Meta，NVMe模块不会做任何处理，直接交给后端的Flash Controller模块处理。

(2)如果namespace在format的时候启动了PI 使能且PRACT=0，SSD接收到Host传来的数据后根据PRCHK检查PI，如果检查失败，SSD会向Host返回命令失败，并置上相应的错误位（Guard check, App Tag Check 和 Ref Tag Check）。

当READ命令时：

(1)如果namespace在format的时候启动了PI使能且PRACT=0，SSD读取到FLASH的数据以后会根据PRCHK检查PI，如果检查失败，SSD会向Host返回命令失败，并置上相应的错误位（Guard check, App Tag Check 和 Ref Tag Check）。

• PRACT=1

当WRITE命令时：

(1)如果namespace在format的时候启动了PI 使能且PRACT=1，并且Metadata size= 8Byte，SSD会生成PI信息并跟User Data一起写入Flash。

(2)如果namespace在format的时候启动了PI 使能且PRACT=1，并且Metadata size > 8Byte (比如16 Byte)，SSD会生成并覆盖原有的PI信息，跟User Data一起写入Flash。

当READ命令时：

(1)如果namespace在format的时候启动了PI使能且PRACT=1，并且Metadata size= 8Byte，SSD从Flash读出数据以后会检查PI信息，如果失败，向Host返回命令失败，如果通过，去掉PI（也就是Meta data）仅将User Data返回给Host。

(2)如果namespace在format的时候启动了PI使能且PRACT=1，并且Metadata size > 8Byte (比如16 Byte)，SSD从Flash读出数据以后会检查PI信息，如果失败，向Host返回命令失败，如果通过，将包含PI的Meta data连同User Data一起返回给Host。

PRCHK控制PI具体检查的内容。

• 如果PRCHK bit2=1，检查Guard Tag。SSD比较PI中的Guard与User Data的CRC

  
  

• 如果 PRCHK bit1=1，检查Application Tag。SSD比较PI中的App Tag与读写命令里的LBAT （Logical Block Application Tag）位的内容

  
  

• 如果PRCHK bit0=1，检查Reference Tag
  

ILBRT/EILBRT命令字主要用于SSD计算Ref Tag，计算方法前文介绍中已有描述。具体内容在NVMe CMD的DWord3和DWord14中。