NVMe

项目
2025-04-09

本部分详细介绍了Microsoft的内置 NVMe 驱动程序（StorNVMe）如何管理电源以及可用的配置选项。 NVMe 规范允许 NVMe 设备报告高达 32 个电源状态。每个电源状态都有以下参数：

最大能耗（MP）
可运行或不可运行
输入延迟（ENLAT）
退出延迟 (EXLAT)
相对性能值（相对于其他电源状态）

StorNVMe 将工作电源状态（在这些状态下设备可以处理 IO）映射到逻辑性能状态（也称为 P 状态）。同样，驱动程序会将非作电源状态（设备未处理这些状态中的 IO）映射到逻辑空闲电源状态（即 F 状态）。使用 StorNVMe 时，转换到这些状态在很大程度上取决于整个系统电源状态。 NVMe 规范定义了自治电源状态转换（APST）功能。对于新式待机支持，StorNVMe 不支持启用了 APST 的设备。

运行时设备电源管理

StorNVMe 可以选择在一定空闲时间过后将设备转换为 F 状态。根据 3 个因素选择 F 状态：

延迟容差，这是设备在需要时能够做出响应的速度。对于 F1，TransitionLatency （ENLAT + EXLAT）不应大于主要转换延迟容忍度。对于 F2 和其他更深层的 F 状态（如果有），其转换延迟不应大于二次转换延迟容忍度。否则，设备可能无法转换到这些 F 状态，新式待机转换可能会受到影响（例如，进入 DRIPS 的延迟很长）。
空闲超时。这是设备完成上一次 IO 操作的时间量。
系统电源状态。如果系统正在使用中，StorNVMe 将优先考虑响应能力。这意味着将使用不同的延迟容忍度和超时。

该表显示 StorNVMe 使用的默认空闲超时和延迟容差。有关如何更改这些设置，请参阅 “Power Configuration 设置” 部分。

ACPI 系统电源状态	主要空闲超时	主转换延迟容差	次要空闲超时	次级转换延迟容忍度
S0（工作）- 性能方案	200 毫秒	0 毫秒（AC） / 10 毫秒（DC）	2000毫秒	0 毫秒
S0（工作）- 均衡方案	200 毫秒（AC） / 100 毫秒（DC）	15 毫秒（AC） / 50 毫秒（DC）	2000ms （AC） / 1000ms （DC）	100 毫秒
S0（工作）- 功耗节省方案	100 毫秒	100 毫秒（AC） / 200 毫秒（DC）	1000ms	200 毫秒
S0 低功耗空闲（新式待机）	50 毫秒	500 毫秒	N/A	N/A

空闲超时过期后，驱动程序将遍历其内部电源状态表，并选择最深层电源状态，其中 ENLAT+EXLAT 小于或等于当前转换延迟容错。

例如，假设一个 NVMe 设备具有以下电源状态，并且已发生空闲超时：

电源状态	输入延迟（ENLAT）	退出延迟 (EXLAT)
PS0	5us	5us
PS1	10 毫秒	300us
PS2	50 毫秒	10 毫秒

系统处于直流电源而不处于新式待机状态时，StorNVMe 将选择 PS1，因为这是 (ENLAT+EXLAT) <= 50 毫秒的最深功率状态。同样，当系统进入新式待机状态时，StorNVMe 将选择 PS2，因为它是 (ENLAT+EXLAT) <= 500 毫秒的最深功率状态。

新式待机和 DRIPS

为了完全支持新式待机，StorNVMe 将根据硬件平台提供的提示将设备转换为适当的低功率状态。 “空闲”状态在 F 状态（深度低于 F0）到 D3 Cold 之间有所不同。在新式待机状态下，某些平台需要 D3 Cold。这取决于 SoC，因此请与硅供应商联系以了解详细信息。可以按此处所述启用对新式待机系统上存储设备的 D3 支持。

设备应支持具有短恢复延迟的 RTD3，以帮助现代待机系统满足 1 秒系统恢复延迟要求。 RTD3 恢复延迟 (RTD3R) 是指来自 D3cold 的恢复延迟，建议报告 ≤ 100 毫秒的非零值。 NVMe 规范的第 8.4.4 节介绍了 RTD3R。

电源配置设置

Windows 10 支持以下 NVMe 电源设置来优化能效。

主要 NVMe 空闲超时

通过以下电源配置设置，可以更改 StorNVMe 使用的主设备空闲超时。

Power Setting GUID: d639518a-e56d-4345-8af2-b9f32fb26109  (Primary NVMe Idle Timeout)
      Minimum Possible Setting: 0x00000000
      Maximum Possible Setting: 0x0000ea60
      Possible Settings increment: 0x00000001
      Possible Settings units: milliseconds

以下电源配置设置允许更改 StorNVMe 在计算空闲状态时使用的主要转换延迟容差值。这是在空闲超时过期时，与 ENLAT 和 EXLAT 值的总和进行比较的值。 此值越高，选择更深层次的权力状态的可能性就越大。

Power Setting GUID: fc95af4d-40e7-4b6d-835a-56d131dbc80e  (Primary NVMe Power State Transition Latency Tolerance)
      Minimum Possible Setting: 0x00000000
      Maximum Possible Setting: 0x0000ea60
      Possible Settings increment: 0x00000001
      Possible Settings units: milliseconds

次要 NVMe 空闲超时

以下电源配置设置允许更改 StorNVMe 使用的辅助设备空闲超时。

Power Setting GUID: d3d55efd-c1ff-424e-9dc3-441be7833010  (Secondary NVMe Idle Timeout)
      Minimum Possible Setting: 0x00000000
      Maximum Possible Setting: 0x0000ea60
      Possible Settings increment: 0x00000001
      Possible Settings units: milliseconds

以下电源配置设置允许更改 StorNVMe 在计算空闲状态时使用的辅助转换延迟容差值。这是在空闲超时过期时，与 ENLAT 和 EXLAT 值的总和进行比较的值。 此值越高，选择更深层次的权力状态的可能性就越大。

Power Setting GUID: dbc9e238-6de9-49e3-92cd-8c2b4946b472  (Secondary NVMe Power State Transition Latency Tolerance)
      Minimum Possible Setting: 0x00000000
      Maximum Possible Setting: 0x0000ea60
      Possible Settings increment: 0x00000001
      Possible Settings units: milliseconds

若要更改给定电源方案的值，请使用：

powercfg [-setacvalueindex | -setdcvalueindex] <scheme> sub_disk <Power Setting GUID> <milliseconds>

别忘了通过以下方法应用这个值：powercfg –setactive <scheme>

PCIe ASPM 和 L1 子状态

根据你的平台，你可能会发现 NVMe 设备能够在 DC 电源而不是 AC 电源时进入 L1 子状态。在这种情况下，您可能需要更改 PCIe ASPM 电源配置设置，以便在使用交流电源（以及直流电源）时实现最大限度的省电。

Power Setting GUID: ee12f906-d277-404b-b6da-e5fa1a576df5  (Link State Power Management)
      GUID Alias: ASPM
      Possible Setting Index: 000
      Possible Setting Friendly Name: Off
      Possible Setting Index: 001
      Possible Setting Friendly Name: Moderate power savings
      Possible Setting Index: 002
      Possible Setting Friendly Name: Maximum power savings

若要更改值，请使用：

powercfg -setacvalueindex <scheme> sub_pciexpress aspm <value>

与上方的索引 002 配合使用以获得最佳节能效果。不要忘记使用以下方法来应用值：powercfg –setactive <scheme>

主动电源管理

主动功率管理涉及“P 状态”（也称为性能或“perf”状态），主要用于热控制。 StorNVMe 使用每个工作电源状态报告的最大功率值，将设备的工作电源状态映射到逻辑P状态。当设备处于活动状态（即有未完成的 IO 操作）时，StorNVMe 将通过 P 状态转换使设备进入其工作电源状态之一。

在 Windows 10开发期间，有一组有限的 NVMe 设备实现了多个可运行功率状态。根据我们的电源和性能度量，我们没有发现使用任何运行电源状态（除了最高运行电源状态）有显著的好处。因此，使用默认配置时，只会看到使用的最高作电源状态。

选择的运行电源状态取决于当前的“最大运行功率”提示。此提示可以有 3 个不同的源：

来自 Windows 热框架的被动冷却回调。
最大功率级别功率配置设置值的变化。（这可以通过系统电源方案或 AC/DC 电源的变化触发。
IOCTL_STORAGE_DEVICE_POWER_CAP 请求。这些源的最低最大值是有效的最大作功率值。下面讨论了其中每个源的机制。

一般情况下，StorNVMe 会选择不高于有效最大运行功率值的最高运行功率状态。

例如，假设 NVMe 设备具有以下电源状态：

电源状态	最大功率	运作正常吗？
PS0	9W	是的
PS1	6W	是的
PS2	4W	是的

这些源的最低最大值是有效的最大作功率值。下面讨论了其中每个源的机制。

通常，StorNVMe 将选择小于或等于最大有效工作功率值的最高工作电源状态。

默认情况下，没有最大功率级别，因此 StorNVMe 将始终选择 PS0。这等效于 100%。

如果 Windows 热框架调用值为 50% 的被动冷却回调，则会导致绝对功率值为 (50% * (9W – 4W)) + 4W = 6W。然后，StorNVMe 将确保当设备处于活动状态时，它将始终处于 PS1 中，因为该状态的最大电源值为 6W。

然后，某些用户模式进程会将IOCTL_STORAGE_DEVICE_POWER_CAP请求发送到值为 5W 的磁盘。 StorNVMe 现在将选择 PS2，因为它是最高作电源状态，其最大电源值（4W）小于 5W 的最大作功率要求。

如果给定的最大作电源要求小于最低作电源状态的最大电源值，则预期只是选择最低运行电源状态。在我们的示例中，如果给定的最大作电源要求为 3W，则 StorNVMe 会选择 PS2，因为它没有最大功率值为 3W 或更少的作电源状态。

如果以后最大作电源要求更改为 9W，则 StorNVMe 将在设备处于活动状态时返回选择 PS0。

例如，假设 NVMe 设备具有以下电源状态：

Windows 热框架被动冷却回调

StorNVMe（通过 Storport）向 Windows 热管理框架注册热管理接口，使系统能够通过该框架调节 NVMe 设备性能。这种方法的细节超出了本文档讨论的范围，但一般来说，平台通过 ACPI 指定热区和阈值，然后 Windows 热框架使用这些信息通过对设备的驱动程序进行回调来限制设备。

最大运行功率级别功率配置设置

以下电源配置设置可用于更改不同系统电源方案和 AC/DC 电源的最大作功率级别。

Power Setting GUID: 51dea550-bb38-4bc4-991b-eacf37be5ec8  (Maximum Power Level)
      GUID Alias: DISKMAXPOWER
      Minimum Possible Setting: 0x00000000
      Maximum Possible Setting: 0x00000064
      Possible Settings increment: 0x00000001
      Possible Settings units: %

若要更改给定电源方案的值，请使用：

powercfg [-setacvalueindex | -setdcvalueindex] <scheme> sub_disk 51dea550-bb38-4bc4-991b-eacf37be5ec8 <value>

不要忘记通过使用powercfg –setactive <scheme>来应用该值。

IOCTL_STORAGE_DEVICE_POWER_CAP

此 IOCTL 可被发送到存储设备，以更改最大操作功率级别。有关详细信息，请参阅输入/输出缓冲区的文档，STORAGE_DEVICE_POWER_CAP。

关闭/休眠

当系统关闭或休眠时，StorNVMe 会将设备的关闭通知（CC.SHN）字段设置为 1。然后，StorNVMe 将等待设备所报告的 RTD3 进入延迟，以确认设备已准备就绪（通过将关闭状态（CSTS.SHST）字段更新为 2）。如果未报告任何进入延迟值，则 StorNVMe 将使用默认值 5 秒。在这种情况下，如果设备花费的时间超过 5 秒，则系统将继续执行关闭或休眠过程，而无需进一步检查 NVMe 设备。 OEM 应仅使用报告新式待机系统的 RTD3 进入和退出值的设备。

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