可扩展的多端口存储器的数据处理方法及数据处理系统与流程

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种可扩展的多端口存储器的数据处理方法及数据处理系统。

背景技术：

在设计以太网交换芯片时，通常需要使用大容量的多端口存储器，例如2读1写(同时支持2个读端口和1个写端口)存储器、1读2写存储器、2读2写存储器或者更多端口的存储器。

通常情况下，供应商一般只提供1个读或者写存储器、1读1写存储器和2个读或者写存储器，如此，设计者仅能基于上述基本存储器单元构建多个端口的存储器。

报文缓存是一类特殊的多端口存储器，其写入是可控的，亦即，顺序写入，但是读出却是随机的。用户的其中一种需求中，单向交换容量为2.4Tbps的以太网交换芯片，为了做到线速写入和读出，每个最小报文(64字节)花费的时间只有280ps，需要核心频率高达3.571GHz，该种需求目前在现有的半导体工艺上无法实现。为了实现上述目标，通常的做法是，把整个芯片分割成多个独立的报文转发和处理单元并行进行处理，报文转发和处理单元的英文名称为Slice，例如分割成4个Slice并行处理，每个Slice需要处理的数据带宽就降低，对核心频率的要求也会降低到原核心频率的1/4。相应的，实现该方案过程中，对于报文缓存需要同时提供8个端口供4个Slice访问，其中4个是读端口，4个是写端口。

另外，多端口存储器不仅要考虑到设计的移植性，还需要考虑到设计的可扩展性，设计的存储架构能够很方便的从4个slice扩展到6个，8个或者更多slice的架构。

一般的，在SRAM的端口类型为1个读或者写，2个读或者写，以及1写或者2读的基础上，通过定制设计，例如：修改存储单元的办法，以及算法设计来增加SRAM的端口数量。

定制设计的周期一般比较长，需要做spice仿真，还要提供存储器编译器，以生成不同大小和类型的SRAM，对于供应商来说，一般需要6~9个月的时间，才能提供一个新型的SRAM的类型，而且这样的定制设计是与具体的工艺(例如GlobalFoundries 14nm， 28nm还是TSMC的28nm，16nm)强相关的，工艺一旦改变，定制设计的SRAM库需要重新设计。

算法设计是基于厂家提供的现成的SRAM类型，通过算法来实现多端口存储器，最大的好处是避免定制设计，缩短时间，同时设计与厂家库无关，可以很容易的在不同的厂家库之间移植。

如图1所示，一种通过算法设计的方式，设计一个支持4个slice访问的4读4写的存储架构，该实施方式中，采用1R1W的SRAM2D设计大容量的2R2W的SRAM，逻辑上总共需要4块65536深度2304宽度大小的SRAM2D，由于单个物理SRAM2D的容量无法满足上述需求，需要把1块65536深度2304宽度的逻辑SRAM切割成多块物理SRAM，例如：可以切割成32块16384深度288宽度的物理块，这样总共需要32x4=128块物理块；以上述2R2W SRAM为基本单元，搭建18M字节大小的4R4W SRAM。

结合图2所示，逻辑上总共需要4块65536深度2304宽度大小的2R2W的SRAM，即：需要SRAM2D(16384深度288宽度)的物理块的个数为512块；根据现有数据可知： 14nm工艺条件下，一块16384深度288宽度大小SRAM2D物理块的大小是0.4165平方厘米，功耗是0.108Watts(核心电压=0.9V，结温=125摄氏度，工艺条件是最快)；上述采用厂家库提供的基本单元SRAM复制多份拷贝，构建更多端口SRAM的方法，虽然设计原理上显而易见，但是面积开销非常大，以上述方案为例，单单18M字节4读4写SRAM的面积就占用了213.248平方厘米，总的功耗为55.296Watts，这里还没有考虑到插入Decap和DFT以及布局布线的开销，通过此种算法设计方式设计出的多端口SRAM，其占用面积以及总功耗均十分庞大；

同时这样的设计扩展性很差，如果要支持例如8个slice的架构，需要有16个端口，其中8个读端口和8个写端口，SRAM需要做成8读8写，SRAM所占用的面积和功耗是成倍的增长。

如图3A所示，现有技术中，另外一种算法设计方式，以2R2W的SRAM为基本单元，通过空间上的分割实现多个端口的报文缓存，以4个slices的报文缓存架构为例，每个X？Y?是一个CCE，其英文全称为Criss-Cross Element，中文译文为：纵横内存单元；横向的2个CCE构成一个CCHG，所述CCHG的英文全称为：Criss-Cross Horizontal Group，中文译文为：纵横内存水平分组；纵向的2个CCE构成一个CCVG，所述CCVG的英文全称为：Criss-Cross Vertical Group，中文译文为：纵横内存垂直分组。

现有算法设计中，每个CCE均为2R2W的SRAM逻辑块，大小是4.5M字节，总共有4块这样的SRAM逻辑块，构成4R4W SRAM，大小是18M字节(4.5Mx4=18M)。

其中，S0、S1、S2、S3代表4个slice，每个slice举例来说包含有6个100GE端口，从slice0或者slice1输入去往slice0或者slice1的报文存入X0Y0， 从slice0或者slice1输入去往slice2或者slice3的报文存入X1Y0，从slice2或者slice3输入去往slice0或者slice1的报文存入X0Y1， 从slice2或者slice3输入去往slice2或者slice3的报文存入X1Y1；对于组播报文，从Slice0或者Slice1来的组播报文同时存入X0Y0和X1Y0中；进一步的，读取报文的时候，slice0或者slice1将从X0Y0或者X0Y1中读取报文，slice2或者slice3将从X1Y0或者X1Y1中读取报文。

结合图3B所示，基于2R2W构建8R8W存储器时，每个CCE同样均为2R2W的SRAM逻辑块，大小是4.5M字节，总共有(8/2)²，共16块这样的SRAM逻辑块，构成8R8W SRAM，其写入及读出数据与上述4R4W存储器相类似，在此不做详细赘述。

结合图4所示，现有技术中算法设计的每一个CCE的架构图，一个X?Y?逻辑上需要4块16384深度2304宽度的SRAM，每一个逻辑上16384深度和2304宽度的SRAM可以切割成8块16384深度和288宽度的物理SRAM2D；这样一个18M字节的报文缓存总共需要4x4x8=128块16384深度和288宽度的物理SRAM2D，总的面积为51.312平方厘米，总的功耗是13.824Watts(核心电压=0.9V，结温=125摄氏度，工艺条件是最快)

上述第二种算法设计的面积和功耗开销只有上述第一种算法设计的1/4，然而，其扩展性却仍然得不到很好的满足。

结合图5所示，基于2R2W SRAM设计多端口的报文缓存存在可扩展性问题，基于2R2W存储器实现的CCE个数= (Slice个数/2) ^2，即CCE的个数是slice个数除以2再做2的平方得到，随着slice的个数增加，CCE的个数将多到无法实现，对于6个slice、8个slice以及更多的端口扩展，CCE的个数逐级增长，导致系统难以负荷。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可扩展的多端口存储器的数据处理方法及处理系统。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供的可扩展的多端口存储器的数据处理方法，所述多端口存储器为2读n写的多端口存储器单元，n为偶数；

所述方法包括：

将2个2R1W存储器并行拼装为一个Bank存储单元；

将n/2个Bank存储单元在深度上拼装为一个2读n写的多端口存储器单元的硬件框架；

一个时钟周期下，当数据通过n个写端口写入到2读n写的多端口存储器单元时，

若数据的大小小于等于所述2R1W存储器的位宽，则将数据分别写入不同的2R1W存储器中；

若数据的大小大于所述2R1W存储器的位宽，则等待第二个时钟周期，当第二个时钟周期到来时，将写入数据的高低位分别写入到一个Bank存储单元的2个2R1W存储器中。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述方法还包括：

一个时钟周期下，当数据从2读n写的多端口存储器单元的其中2个读端口读出时，

若数据的大小小于等于所述2R1W存储器的位宽，则选择2读n写的多端口存储器单元中匹配的读端口直接读出数据；

若数据的大小大于所述2R1W存储器的位宽，则等待第二个时钟周期，当第二个时钟周期到来时，选择2读n写的多端口存储器单元中匹配的读端口直接读出数据。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述方法还包括：

基于n/2个所述2读n写的多端口存储器单元直接形成n读n写存储器的硬件框架;

一个时钟周期下，当数据通过n个写端口写入到n读n写的多端口存储器时，

若数据的大小小于等于所述2R1W存储器的位宽，则根据数据的目的端口将数据分别写入不同的2R1W存储器中；

若数据的大小大于所述2R1W存储器的位宽，则等待第二个时钟周期，当第二个时钟周期到来时，根据数据的目的端口将写入数据的高低位分别写入到一个Bank存储单元的2个2R1W存储器中。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述方法还包括：

一个时钟周期下，当数据从n读n写的多端口存储器的其中2个读端口读出时，

若数据的大小小于等于所述2R1W存储器的位宽，则选择n读n写的多端口存储器中匹配的读端口直接读出数据；

若数据的大小大于所述2R1W存储器的位宽，则等待第二个时钟周期，当第二个时钟周期到来时，选择n读n写的多端口存储器中匹配的读端口直接读出数据。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述方法还包括：

根据2R1W存储器的深度和宽度选择2m+1块具有相同深度及宽度的SRAM2P存储器构建2R1W存储器的硬件框架，m为正整数；

每个SRAM2P存储器均具有M个指针地址，其中，多个所述SRAM2P存储器中的一个为辅助存储器，其余均为主存储器；

当数据写入2R1W存储器和/或从所述2R1W存储器读出时，根据数据的当前指针位置，关联主存储器以及辅助存储器中的数据，对其做异或运算，完成数据的写入和读出。

为了实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种可扩展的多端口存储器的数据处理系统，所述多端口存储器为2读n写的多端口存储器单元，n为偶数；所述系统包括：数据构建模块，数据处理模块；

所述数据构建模块具体用于：将2个2R1W存储器并行拼装为一个Bank存储单元；

将n/2个Bank存储单元在深度上拼装为一个2读n写的多端口存储器单元的硬件框架；

所述数据处理模块具体用于：当确定一个时钟周期下，数据通过n个写端口写入到2读n写的多端口存储器单元时；

若数据的大小小于等于所述2R1W存储器的位宽，则将数据分别写入不同的2R1W存储器中；

若数据的大小大于所述2R1W存储器的位宽，则等待第二个时钟周期，当第二个时钟周期到来时，将写入数据的高低位分别写入到一个Bank存储单元的2个2R1W存储器中。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述数据处理模块还用于：

当确定一个时钟周期下，数据从2读n写的多端口存储器单元的其中2个读端口读出时，

若数据的大小小于等于所述2R1W存储器的位宽，则选择2读n写的多端口存储器单元中匹配的读端口直接读出数据；

若数据的大小大于所述2R1W存储器的位宽，则等待第二个时钟周期，当第二个时钟周期到来时，选择2读n写的多端口存储器单元中匹配的读端口直接读出数据。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述数据构建模块还用于：基于n/2个所述2读n写的多端口存储器单元直接形成n读n写存储器的硬件框架;

所述数据处理模块还用于：当确定一个时钟周期下，数据通过n个写端口写入到n读n写的多端口存储器时，

若数据的大小小于等于所述2R1W存储器的位宽，则根据数据的目的端口将数据分别写入不同的2R1W存储器中；

若数据的大小大于所述2R1W存储器的位宽，则等待第二个时钟周期，当第二个时钟周期到来时，根据数据的目的端口将写入数据的高低位分别写入到一个Bank存储单元的2个2R1W存储器中。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述数据处理模块还用于：

当确定一个时钟周期下，数据从n读n写的多端口存储器的其中2个读端口读出时，

若数据的大小小于等于所述2R1W存储器的位宽，则选择n读n写的多端口存储器中匹配的读端口直接读出数据；

若数据的大小大于所述2R1W存储器的位宽，则等待第二个时钟周期，当第二个时钟周期到来时，选择n读n写的多端口存储器中匹配的读端口直接读出数据。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述数据构建模块还用于：根据2R1W存储器的深度和宽度选择2m+1块具有相同深度及宽度的SRAM2P存储器构建2R1W存储器的硬件框架，m为正整数；

每个SRAM2P存储器均具有M个指针地址，其中，多个所述SRAM2P存储器中的一个为辅助存储器，其余均为主存储器；

当数据写入2R1W存储器和/或从所述2R1W存储器读出时，所述数据处理模块还用于：根据数据的当前指针位置，关联主存储器以及辅助存储器中的数据，对其做异或运算，完成数据的写入和读出。

与现有技术相比，本发明的可扩展的多端口存储器的数据处理方法及处理系统，基于现有的SRAM类型，通过算法的方式搭建更多端口的SRAM，仅仅用最小的代价便可以最大限度的支持多端口SRAM；其实现过程中，避免采用复杂的控制逻辑和额外的多端口SRAM或者寄存器阵列资源，利用报文缓存的特殊性，通过空间分割和时间分割，仅需要简单的异或运算就可实现多个端口的报文缓存，同时，通过本发明实现的多端口存储器，其所有缓存资源可以在任意输入端口之间实现完全共享，逻辑上采用更少的CCE即可以构建多端口存储器，容易实现端口的扩展，本发明具有更低的功耗，更快的处理速度，以及节省更多的资源或面积，其报文缓存架构具有更好的扩展性，实现简单，节约人力及物质成本。

附图说明

图1是现有技术中，基于1R1W存储器采用算法设计实现的2R2W存储器的报文缓存逻辑单元示意图；

图2是现有技术中，基于2R2W存储器采用算法设计实现的4R4W存储器的报文缓存逻辑单元示意图；

图3A是现有技术中，基于2R2W存储器采用另一种算法设计实现的4R4W存储器的报文缓存架构示意图；

图3B是现有技术中，基于2R2W存储器采用另一种算法设计实现的8R8W存储器的报文缓存架构示意图；

图4是图3中其中一个CCE的报文缓存逻辑单元示意图；

图5是现有技术中，基于2R2W存储器采用算法设计扩展存储器端口时，2R2W存储器与CCE数量对比关系示意图；

图6是本发明一实施方式中2读n写的可扩展的多端口存储器的数据处理方法的流程示意图；

图7是本发明第一实施方式中，通过定制设计形成的2R1W存储器的数字电路结构示意图；

图8是本发明第二实施方式的，通过定制设计形成的2R1W存储器读写分时操作示意图；

图9是本发明第三实施方式中，采用算法设计形成的2R1W存储器的报文缓存逻辑单元示意图；

图10a是本发明第四实施方式中，采用算法设计形成的2R1W存储器的报文缓存逻辑单元示意图；

图10b是对应图10a存储器块编号映射表的结构示意图；

图11是本发明第五实施方式中，提供的2R1W存储器的数据处理方法的流程示意图；

图12是本发明第五实施方式中，提供的2R1W存储器的的报文缓存逻辑单元示意图；

图13是本发明是一具体实施方式中，2个Bank的报文缓存架构示意图；

图14是本发明一实施方式中n读n写的可扩展的多端口存储器的数据处理方法的流程示意图；

图15A是本发明是一具体实施方式中，4R4W存储器的报文缓存架构示意图；

图15B是本发明是一具体实施方式中，8R8W存储器的报文缓存架构示意图；

图16是本发明是具体实施方式中，基于2读n写的存储器扩展存储器端口时，2读n写存储器与CCE数量对比关系示意图；

图17是本发明一实施方式中提供的可扩展的多端口存储器的数据处理系统的模块示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

结合图6所示，本发明一实施方式提供的可扩展的多端口存储器的数据处理方法，该实施方式中，所述多端口存储器为2读n写的多端口存储器单元，n为偶数。

所述方法包括：

将2个2R1W存储器并行拼装为一个Bank存储单元；

将n/2个Bank存储单元在深度上拼装为一个2读n写的多端口存储器单元的硬件框架；

一个时钟周期下，当数据通过n个写端口写入到2读n写的多端口存储器单元时，

若数据的大小小于等于所述2R1W存储器的位宽，则将数据分别写入不同的2R1W存储器中；

若数据的大小大于所述2R1W存储器的位宽，则等待第二个时钟周期，当第二个时钟周期到来时，将写入数据的高低位分别写入到一个Bank存储单元的2个2R1W存储器中。

一个时钟周期下，当数据从2读n写的多端口存储器单元的其中2个读端口读出时，

若数据的大小小于等于所述2R1W存储器的位宽，则选择2读n写的多端口存储器单元中匹配的读端口直接读出数据；

若数据的大小大于所述2R1W存储器的位宽，则等待第二个时钟周期，当第二个时钟周期到来时，选择2读n写的多端口存储器单元中匹配的读端口直接读出数据。

本发明优选实施方式中，建立所述2R1W存储器有五种方法。

如图7所示，第一种实施方式中，在6T SRAM的基础，把一根字线分割成左右两个，这样可以做成2个读端口同时操作或者1个写端口，这样从左边MOS管读出的数据和右边MOS管读出的数据可以同时进行，需要注意的是，右边MOS管读出的数据需要反相之后才可以用，同时为了不影响数据读取的速度，读出的感应放大器需要用伪差分放大器。这样，6T SRAM面积不变，唯一的代价是增加一倍的字线，从而保证总体的存储密度基本不变。

如图8所示，第二种实施方式中，通过定制设计形成的2R1W存储器读写操作流程示意图；

通过定制设计可以增加SRAM的端口，把一个字线切割成2个字线，将读端口增加到2个；还可以通过分时操作的技术，即读操作在时钟的上升沿进行，而写操作在时钟的下降沿完成，这样也可以把一个基本的1读或者1写的SRAM扩展成1读和1写的SRAM类型，即1个读和1个写操作可以同时进行，存储密度基本不变。

如图9所示，第三种实施方式中本发明一实施方式中采用算法设计形成的2R1W存储器读写操作流程示意图；

本实施方式中，以SRAM2P为基础构建2R1W的SRAM为例，所述SRAM2P是一种能够支持1读和1读/写的SRAM类型，即可以对SRAM2P同时进行2个读操作，或者1个读和1个写操作。

本实施方式中，通过复制一份SRAM以SRAM2P为基础构建2R1W的SRAM；该示例中，右边的SRAM2P_1是左边SRAM2P_0的拷贝，具体操作的时候，把两块SRAM2P作为1读和1写存储器来使用；其中，写入数据时，同时往左右两个SRAM2P写入数据，读出数据时，A固定从SRAM2P_0读取，数据B固定从SRAM2P_1读取，这样就可以实现1个写操作和2个读操作并发进行。

如图10a、10b所示，第四种实施方式中，为另一实施方式中采用算法设计形成的2R1W存储器读写操作流程示意图；

该实施方式中，把逻辑上一整块的16384深度的SRAM分割成逻辑上4块4096深度的SRAM2P，编号依次为为0、1、2、3，再额外增加一块4096深度的SRAM，编号为4，作为解决读写冲突用，对于读数据A和读数据B，永远保证这2个读操作可以并发进行，当2个读操作的地址是处于不同的SRAM2P中时，因为任何一个SRAM2P都可以配置成1R1W类型，所以读写不会有冲突；当2个读操作的地址处于同一块SRAM2P中时，例如：均处于SRAM2P_0中，由于同一个SRAM2P最多只能提供2个端口同时操作，此时，其端口被2个读操作占用，如果恰好有一个写操作要写入SRAM2P_0，那么这时就把这个数据写入存储器第4块SRAM2P_4中。

该种实施方式中，需要有一个存储器块映射表记录哪一个存储器块存放有效数据，如图10b所示，存储器块映射表的深度和一个存储器块的深度相同，即都是4096个深度，每一个条目中在初始化后依次存放每个存储器块的编号，从0到4，图10a示例中，由于SRAM2P_0在写入数据的时候发生读写冲突，数据实际上是写入到SRAM2P_4中，此时，读操作同时会读取存储器映射表中对应的内容，原始内容为{0， 1， 2， 3， 4}，修改之后变成{4， 1， 2， 3， 0}，第一个块编号和第4个块编号对调，表示数据实际写入到SRAM2P_4中，同时SRAM2P_0变成了备份条目。

当读取数据的时候，需要首先读对应地址的存储器块编号映射表，查看有效数据存放在哪一个存储器块中，例如当要读取地址5123的数据，那么首先读取存储块编号映射表地址1027(5123-4096=1027)存放的内容，根据第二列的数字编号去读取对应存储块的地址1027的内容。

对于写数据操作，需要存储器块编号映射表提供1读和1写端口，对于2个读数据操作，需要存储器块编号映射表提供2个读端口，这样总共需要存储器块编号映射表提供3个读端口和1个写端口，而且这4个访问操作必须是同时进行。

如图11所示，第五种实施方式，即本发明的优选实施方式中，2R1W存储器的构建方法包括：

根据所述2R1W存储器的深度和宽度选择2m+1块具有相同深度及宽度的SRAM2P存储器构建2R1W存储器的硬件框架，m为正整数；

多个所述SRAM2P存储器按照排列顺序依次为SRAM2P（0）、SRAM2P（1）……、SRAM2P（2m），每个SRAM2P存储器均具有M个指针地址，其中，多个所述SRAM2P存储器中的一个为辅助存储器，其余均为主存储器；

该发明的优选实施方式中，每块SRAM2P存储器的深度与宽度的乘积=（2R1W存储器的深度与宽度乘积）/2m。

以下为了描述方便，对m取值为2、2R1W存储器为16384深度、128宽度的SRAM存储器进行详细描述。

则在该具体示例中，多个所述SRAM2P存储器按照排列顺序依次为SRAM2P（0）、SRAM2P（1）、SRAM2P（2）、SRAM2P（3）、SRAM2P（4），其中，SRAM2P（0）、SRAM2P（1）、SRAM2P（2）、SRAM2P（3）为主存储器，SRAM2P（4）为辅助存储器，每个SRAM2P存储器的深度和宽度分别为4096和128，相应的，每个SRAM2P存储器均具有4096个指针地址；如果对每个SRAM2P存储器的指针地址均独立标识，则每个SRAM2P存储器的指针地址均为0~4095，若将全部的主存储器的地址依次排列，则全部的指针地址范围为: 0 ~ 16383。该示例中，SRAM2P（4）用于解决端口冲突，且在该实施方式中，无需增加存储器块编号映射表即可以满足需求。

进一步的，在上述硬件框架基础上，所述方法还包括：

当数据写入2R1W存储器和/或从所述2R1W存储器读出时，根据数据的当前指针位置，关联主存储器以及辅助存储器中的数据，对其做异或运算，完成数据的写入和读出。

本发明优选实施方式中，其数据写入过程如下：

获取当前数据的写入地址为W(x，y)，x表示写入数据所处于的SRAM2P存储器的排列位置，0≤x＜2m，y表示写入数据所处于的SRAM2P存储器中的具体的指针地址，0≤y≤M；

获取与写入地址具有相同指针地址的其余主存储器中的数据，将其同时与当前写入数据做异或运算，并将异或运算结果写入到辅助存储器的相同指针地址中。

结合图12所示，本发明一具体示例中，本发明一具体示例中，将数据128比特全“1”写入到SRAM2P（0）中的指针地址“5”，即当前数据的写入地址为W(0,5)，在写入数据过程中，除了直接将数据128比特全“1”写入到指定位置SRAM2P（0）中的指针地址“5”外，同时，需要读取其余主存储器在相同指针地址的数据，假设从SRAM2P（1）中的指针地址“5”读出的数据为128比特全“1”，从SRAM2P（2）中的指针地址“5”读出的数据为128比特全“0”，从SRAM2P（3）中的指针地址“5”读出的数据为128比特全“1”，则将数据128比特全“1”、128比特全“0”、 128比特全“1”、 128比特全“1”做异或运算，并将其异或运算的结果“1”同时写入到SRAM2P（4）中的指针地址“5”。如此，以保证2R1W存储器的2个读端口和1个写端口同时操作。

进一步的，本发明优选实施方式中，其数据读出过程如下：

若当前两个读出数据的读出地址处于相同的SRAM2P存储器中，则

分别获取两个读出数据的读出地址为R1(x1，y1)，R2(x2，y2)，x1、y1均表示读出数据所处于的SRAM2P存储器的排列位置，0≤x1＜2m，0≤x2＜2m，y1、y2均表示读出数据所处于的SRAM2P存储器中的具体的指针地址，0≤y1≤M，0≤y2≤M；

任选其中一个读出地址R1(x1，y1)中存储的读出数据，从当前的指定读出地址中直接读出当前存储的数据；

获取与另一个读出地址具有相同指针地址的其余主存储器、以及辅助存储器中存储的数据，并对其做异或运算，将异或运算结果作为另一个读出地址的存储数据进行输出。

接续图12所示，本发明一具体示例中，读出的数据为2个，其指针地址分别为SRAM2P（0）中的指针地址“2”，以及SRAM2P（0）中的指针地址“5”，即当前数据的读出地址为R(0，2)和R(0，5)；

在从2R1W存储器读出数据过程中，由于每一个SRAM2P只能保证1个读端口和1个写端口同时操作，读端口直接从SRAM2P（0）中的指针地址“2”中读取数据，但是另一读端口的请求无法满足。相应的，本发明采用异或运算的方式解决两个读端口同时读出数据的问题。

对于R(0，5)中的数据，分别读取其他三个主存储器以及辅助存储器的指针地址“5”的数据并对其做异或运算，接续上例，从SRAM2P（1）中的指针地址“5”读出的数据为“1”，从SRAM2P（2）中的指针地址“5”读出的数据为“0”， 从SRAM2P（3）中的指针地址“5”读出的数据为128比特全“1”，从SRAM2P（4）中的指针地址“5”读出的数据为128比特全“1”，将数据128比特全“1”、128比特全“1”、 128比特全“0”、 128比特全“1”做异或运算，得到128比特“1”，并将其异或运算的结果128比特全“1”作为SRAM2P（0）中的指针地址“5”的存储数据进行输出，通过上述过程得到的数据，其结果与SRAM2P（0）中的指针地址“5”中存储的数据完全一致，如此，根据数据的当前指针位置，关联主存储器以及辅助存储器中的数据，对其做异或运算，完成数据的写入和读出。

本发明一实施方式中，若当前两个读出数据的读出地址处于不同的SRAM2P存储器中，则直接获取不同SRAM2P存储器中对应指针地址的数据分别独立进行输出。

接续图12所示，本发明一具体示例中，读出的数据为2个，其指针地址分别为SRAM2P（0）中的指针地址“5”，以及SRAM2P（1）中的指针地址“10”，即当前数据的读出地址为R(0，5)和R(1，10)；

在从2R1W存储器读出数据过程中，由于每一个SRAM2P均能保证1个读端口和1个写端口同时操作，故，读出数据过程中，直接从SRAM2P（0）中的指针地址“5”读取数据，以及直接从SRAM2P（1）中的指针地址“10”读出数据，如此，以保证2R1W存储器的2个读端口和1个写端口同时操作，在此不做详细赘述。

需要说明的是，如果逻辑上把每一个SRAM2P进一步切分，比如切分成4m个具有相同深度的SRAM2P，那么只需要增加额外1/4m的存储器面积就可以构建上述2R1W类型的SRAM；相应的，物理上SRAM的块数也增加了近2倍，在实际的布局布线中会占用不少的面积开销；当然，本发明并不以上述具体实施方式为限，其它采用异或运算以扩展存储器端口的方案也包括在本发明的保护范围内，在此不做详细赘述。

结合图13所示，对于本发明的2读n写的多端口存储器单元，以下为了描述方便，接续上述示例，对n取值为4进行详细描述。该示例中，以2个16384深度和1152宽度的2R1W类型的SRAM并行拼装成一个Bank，一个Bank的容量大小是4.5M字节，总共有2个bank组成一个9M字节的2R4W多端口存储器单元。

该示例中，数据写入2读n写的多端口存储器单元过程中，需要同时支持4个slice的同时写入，假设，每个slice的数据总线位宽是1152bits，同时每个slice支持6个100GE端口线速转发；在数据通道上最差的情况，对于小于等于144字节长度的报文数据，需要核心时钟频率跑到892.9MHz，对于大于144字节长度的报文，需要核心时钟频率跑到909.1MHz。

一个时钟周期下，若写入数据的位宽小于等于144字节，同时，需要满足4个Slice同时写入，才能满足带宽需求；如此，通过2个Slice的写入数据分别写入到1个Bank的2个2R1W存储器中，另外2个Slice的写入数据分别写入到其余另一个Bank的2个2R1W存储器中，如此，写入数据不会发生冲突。

一个时钟周期下，若写入数据的位宽大于144字节，同时，需要满足4个Slice同时写入，才能满足带宽需求；即：通过每个Slice的数据均需要占用整个Bank；如此，对于每个Slice而言，只需要在2个时钟周期下，采用乒乓操作即可以满足需求，例如：一个时钟周期下，将其中的两个数据分别写入到2个Bank中，第二个周期到来时，将另外两个数据分别写入到2个Bank中；其中，每个Bank中的两个2R1W存储器，分别对应存储任一个大于144字节的数据的高位和底位，在此不做详细赘述。如此，写入数据不会发生冲突。

其读取过程与写入过程相类似，该示例中，每个时钟周期下，仅支持两个数据的读出；

一个时钟周期下，若读出数据的位宽小于等于144字节，最坏情况下，读出数据存储于同一个Bank的同一个2R1W存储器中，由于本发明的每个2R1W存储器均可以同时支持两个读出请求，故无论在什么情况下，数据均可以从指定端口直接读出。

一个时钟周期下，若读出数据的位宽大于144字节，最坏情况下，读出数据存储于同一个Bank中，与写入过程相类似，仅需要在两个时钟周期下，采用乒乓操作，即可以满足读出请求，在此不做详细赘述。

进一步的，结合图14所示，本发明一优选实施方式中，基于上述2读n写的存储器单元构建n读n写的存储器的硬件架构。

本发明一具体实施方式中，所述方法包括：

基于n/2个所述2读n写的多端口存储器单元直接形成n读n写存储器的硬件框架;

一个时钟周期下，当数据通过n个写端口写入到n读n写的多端口存储器时，

若数据的大小小于等于所述2R1W存储器的位宽，则根据数据的目的端口将数据分别写入不同的2R1W存储器中；

若数据的大小大于所述2R1W存储器的位宽，则等待第二个时钟周期，当第二个时钟周期到来时，根据数据的目的端口将写入数据的高低位分别写入到一个Bank存储单元的2个2R1W存储器中。

一个时钟周期下，当数据从n读n写的多端口存储器的其中2个读端口读出时，

若数据的大小小于等于所述2R1W存储器的位宽，则选择n读n写的多端口存储器中匹配的读端口直接读出数据；

若数据的大小大于所述2R1W存储器的位宽，则等待第二个时钟周期，当第二个时钟周期到来时，选择n读n写的多端口存储器中匹配的读端口直接读出数据。

上述n读n写的多端口存储器的数据写入及读出过程均与2读n写的多端口存储器单元的写入及读出过程相类似，其区别仅在于，写入数据过程中，需根据写入数据的转发端口匹配其写入位置，其他不在详细赘述。

结合图15A所示，本发明一具体示例中，n的取值为4，该具体示例中，X0Y0以及X1Y1的结构均与图13所示相同，数据写入及读出过程中，需根据其对应的转发端口进行存储，例如：S0、S1的数据仅能写入到X0Y0中，而S2、S3的数据仅能写入到X1Y1中，其写入过程不在具体赘述。

结合图15B所示，本发明一具体示例中，n的取值为8，该具体示例中，X0Y0、X1Y1、X2Y2以及X3Y3的结构均与图13所示结构相类似相同，其区别在于，在图13所示结构基础上再增加2个Bank以构成2R8W存储器，数据写入及读出过程中，需根据其对应的转发端口进行存储，例如：S0、S1的数据仅能写入到X0Y0中，S2、S3的数据仅能写入到X1Y1中，S4、S5的数据仅能写入到X2Y2中，而S6、S7的数据仅能写入到X3Y3中，其写入过程不在具体赘述。

结合图16所示，本实施方式中，当需要对存储器的端口进行扩展时，仅基于n/2个2读n写的多端口存储器单元即可以实现n读n写的存储器的硬件框架，相较于传统的基于2R2W存储器对存储器的端口进行扩展的方法，便于实现更多Slice的扩展。

另外，以4R4W存储器和14nm集成电路工艺为例进行说明，采用本发明获得的4R4W存储器，其逻辑上总共个需要40个4096深度1152宽度的SRAM2P，总共占用面积22.115平方厘米，总的功耗为13.503Watts(核心电压=0.9V,结温=125摄氏度,工艺条件是最快)，同时，不需要复杂的控制逻辑，只需要简单的异或运算就可实现多个读端口的操作；另外，也不需要额外的存储器块映射表和控制逻辑。

结合图17所示，本发明一实施方式提供的可扩展的多端口存储器的数据处理系统，该实施方式中，所述多端口存储器为2读n写的多端口存储器单元，n为偶数。

所述系统包括：数据构建模块100，数据处理模块200；

所述数据构建模块100具体用于：将2个2R1W存储器并行拼装为一个Bank存储单元；

将n/2个Bank存储单元在深度上拼装为一个2读n写的多端口存储器单元的硬件框架；

所述数据处理模块200具体用于：当确定一个时钟周期下，数据通过n个写端口写入到2读n写的多端口存储器单元时；

若数据的大小小于等于所述2R1W存储器的位宽，则将数据分别写入不同的2R1W存储器中；

若数据的大小大于所述2R1W存储器的位宽，则等待第二个时钟周期，当第二个时钟周期到来时，将写入数据的高低位分别写入到一个Bank存储单元的2个2R1W存储器中。

所述数据处理模块200还用于：当确定一个时钟周期下，数据从2读n写的多端口存储器单元的其中2个读端口读出时，

若数据的大小小于等于所述2R1W存储器的位宽，则选择2读n写的多端口存储器单元中匹配的读端口直接读出数据；

若数据的大小大于所述2R1W存储器的位宽，则等待第二个时钟周期，当第二个时钟周期到来时，选择2读n写的多端口存储器单元中匹配的读端口直接读出数据。

本发明优选实施方式中，数据构建模块100采用5种方式建立所述2R1W存储器。

如图7所示，第一种实施方式中，在6T SRAM的基础，数据构建模块100把一根字线分割成左右两个，这样可以做成2个读端口同时操作或者1个写端口，这样从左边MOS管读出的数据和右边MOS管读出的数据可以同时进行，需要注意的是，右边MOS管读出的数据需要反相之后才可以用，同时为了不影响数据读取的速度，读出的感应放大器需要用伪差分放大器。这样，6T SRAM面积不变，唯一的代价是增加一倍的字线，从而保证总体的存储密度基本不变。

如图8所示，第二种实施方式中，数据构建模块100通过定制设计可以增加SRAM的端口，把一个字线切割成2个字线，将读端口增加到2个；还可以通过分时操作的技术，即读操作在时钟的上升沿进行，而写操作在时钟的下降沿完成，这样也可以把一个基本的1读或者1写的SRAM扩展成1读和1写的SRAM类型，即1个读和1个写操作可以同时进行，存储密度基本不变。

如图9所示，第三种实施方式中，以SRAM2P为基础构建2R1W的SRAM为例，所述SRAM2P是一种能够支持1读和1读/写的SRAM类型，即可以对SRAM2P同时进行2个读操作，或者1个读和1个写操作。

本实施方式中，数据构建模块100通过复制一份SRAM以SRAM2P为基础构建2R1W的SRAM；该示例中，右边的SRAM2P_1是左边SRAM2P_0的拷贝，具体操作的时候，把两块SRAM2P作为1读和1写存储器来使用；其中，写入数据时，同时往左右两个SRAM2P写入数据，读出数据时，A固定从SRAM2P_0读取，数据B固定从SRAM2P_1读取，这样就可以实现1个写操作和2个读操作并发进行。

如图10a、10b所示，第四种实施方式中，数据构建模块100把逻辑上一整块的16384深度的SRAM分割成逻辑上4块4096深度的SRAM2P，编号依次为为0、1、2、3，再额外增加一块4096深度的SRAM，编号为4，作为解决读写冲突用，对于读数据A和读数据B，永远保证这2个读操作可以并发进行，当2个读操作的地址是处于不同的SRAM2P中时，因为任何一个SRAM2P都可以配置成1R1W类型，所以读写不会有冲突；当2个读操作的地址处于同一块SRAM2P中时，例如：均处于SRAM2P_0中，由于同一个SRAM2P最多只能提供2个端口同时操作，此时，其端口被2个读操作占用，如果恰好有一个写操作要写入SRAM2P_0，那么这时就把这个数据写入存储器第4块SRAM2P_4中。

该种实施方式中，需要有一个存储器块映射表记录哪一个存储器块存放有效数据，如图10b所示，存储器块映射表的深度和一个存储器块的深度相同，即都是4096个深度，每一个条目中在初始化后依次存放每个存储器块的编号，从0到4，图10a示例中，由于SRAM2P_0在写入数据的时候发生读写冲突，数据实际上是写入到SRAM2P_4中，此时，读操作同时会读取存储器映射表中对应的内容，原始内容为{0， 1， 2， 3， 4}，修改之后变成{4， 1， 2， 3， 0}，第一个块编号和第4个块编号对调，表示数据实际写入到SRAM2P_4中，同时SRAM2P_0变成了备份条目。

当读取数据的时候，需要首先读对应地址的存储器块编号映射表，查看有效数据存放在哪一个存储器块中，例如当要读取地址5123的数据，那么首先读取存储块编号映射表地址1027(5123-4096=1027)存放的内容，根据第二列的数字编号去读取对应存储块的地址1027的内容。

对于写数据操作，需要存储器块编号映射表提供1读和1写端口，对于2个读数据操作，需要存储器块编号映射表提供2个读端口，这样总共需要存储器块编号映射表提供3个读端口和1个写端口，而且这4个访问操作必须是同时进行。

如图11所示，第五种实施方式，即本发明的优选实施方式中，数据构建模块100根据所述2R1W存储器的深度和宽度选择2m+1块具有相同深度及宽度的SRAM2P存储器构建2R1W存储器的硬件框架，m为正整数；

多个所述SRAM2P存储器按照排列顺序依次为SRAM2P（0）、SRAM2P（1）……、SRAM2P（2m），每个SRAM2P存储器均具有M个指针地址，其中，多个所述SRAM2P存储器中的一个为辅助存储器，其余均为主存储器；

每块SRAM2P存储器的深度与宽度的乘积=（2R1W存储器的深度与宽度乘积）/2m。

以下为了描述方便，对m取值为2、2R1W存储器为16384深度、128宽度的SRAM存储器进行详细描述。

则在该具体示例中，多个所述SRAM2P存储器按照排列顺序依次为SRAM2P（0）、SRAM2P（1）、SRAM2P（2）、SRAM2P（3）、SRAM2P（4），其中，SRAM2P（0）、SRAM2P（1）、SRAM2P（2）、SRAM2P（3）为主存储器，SRAM2P（4）为辅助存储器，每个SRAM2P存储器的深度和宽度分别为4096和128，相应的，每个SRAM2P存储器均具有4096个指针地址；如果对每个SRAM2P存储器的指针地址均独立标识，则每个SRAM2P存储器的指针地址均为0~4095，若将全部的主存储器的地址依次排列，则全部的指针地址范围为: 0 ~ 16383。该示例中，SRAM2P（4）用于解决端口冲突，且在该实施方式中，无需增加存储器块编号映射表即可以满足需求。

进一步的，在上述硬件框架基础上，当数据写入2R1W存储器和/或从所述2R1W存储器读出时，数据处理模块200具体用于：根据数据的当前指针位置，关联主存储器以及辅助存储器中的数据，对其做异或运算，完成数据的写入和读出。

本发明优选实施方式中，其数据写入过程如下：

获取当前数据的写入地址为W(x，y)，x表示写入数据所处于的SRAM2P存储器的排列位置，0≤x＜2m，y表示写入数据所处于的SRAM2P存储器中的具体的指针地址，0≤y≤M；

获取与写入地址具有相同指针地址的其余主存储器中的数据，将其同时与当前写入数据做异或运算，并将异或运算结果写入到辅助存储器的相同指针地址中。

进一步的，本发明优选实施方式中，数据处理模块200读出数据过程如下：

若当前两个读出数据的读出地址处于相同的SRAM2P存储器中，则

数据处理模块200具体用于：分别获取两个读出数据的读出地址为R1(x1，y1)，R2(x2，y2)，x1、y1均表示读出数据所处于的SRAM2P存储器的排列位置，0≤x1＜2m，0≤x2＜2m，y1、y2均表示读出数据所处于的SRAM2P存储器中的具体的指针地址，0≤y1≤M，0≤y2≤M；

数据处理模块200具体用于：任选其中一个读出地址R1(x1，y1)中存储的读出数据，从当前的指定读出地址中直接读出当前存储的数据；

数据处理模块200具体用于：获取与另一个读出地址具有相同指针地址的其余主存储器、以及辅助存储器中存储的数据，并对其做异或运算，将异或运算结果作为另一个读出地址的存储数据进行输出。

本发明一实施方式中，若当前两个读出数据的读出地址处于不同的SRAM2P存储器中，数据处理模块200则直接获取不同SRAM2P存储器中对应指针地址的数据分别独立进行输出。

需要说明的是，如果逻辑上把每一个SRAM2P进一步切分，比如切分成4m个具有相同深度的SRAM2P，那么只需要增加额外1/4m的存储器面积就可以构建上述2R1W类型的SRAM；相应的，物理上SRAM的块数也增加了近2倍，在实际的布局布线中会占用不少的面积开销；当然，本发明并不以上述具体实施方式为限，其它采用异或运算以扩展存储器端口的方案也包括在本发明的保护范围内，在此不做详细赘述。

进一步的，本发明一优选实施方式中，所述数据构建模块100基于上述2读n写的存储器单元构建n读n写的存储器的硬件架构。

本发明一具体实施方式中，所述数据构建模块100基于n/2个所述2读n写的多端口存储器单元直接形成n读n写存储器的硬件框架;

所述数据处理模块200还用于：当确定一个时钟周期下，数据通过n个写端口写入到n读n写的多端口存储器时，

若数据的大小小于等于所述2R1W存储器的位宽，则根据数据的目的端口将数据分别写入不同的2R1W存储器中；

若数据的大小大于所述2R1W存储器的位宽，则等待第二个时钟周期，当第二个时钟周期到来时，根据数据的目的端口将写入数据的高低位分别写入到一个Bank存储单元的2个2R1W存储器中。

所述数据处理模块200还用于：当确定一个时钟周期下，数据从n读n写的多端口存储器的其中2个读端口读出时，

若数据的大小小于等于所述2R1W存储器的位宽，则选择n读n写的多端口存储器中匹配的读端口直接读出数据；

若数据的大小大于所述2R1W存储器的位宽，则等待第二个时钟周期，当第二个时钟周期到来时，选择n读n写的多端口存储器中匹配的读端口直接读出数据。

上述n读n写的多端口存储器的数据写入及读出过程均与2读n写的多端口存储器单元的写入及读出过程相类似，其区别仅在于，写入数据过程中，需根据写入数据的转发端口匹配其写入位置，其他不在详细赘述。

结合图15A所示，本发明一具体示例中，n的取值为4，该具体示例中，X0Y0以及X1Y1的结构均与图13所示相同，数据写入及读出过程中，需根据其对应的转发端口进行存储，例如：S0、S1的数据仅能写入到X0Y0中，而S2、S3的数据仅能写入到X1Y1中，其写入过程不在具体赘述。

结合图15B所示，本发明一具体示例中，n的取值为8，该具体示例中，X0Y0、X1Y1、X2Y2以及X3Y3的结构均与图13所示结构相类似相同，其区别在于，在图13所示结构基础上再增加2个Bank以构成2R8W存储器，数据写入及读出过程中，需根据其对应的转发端口进行存储，例如：S0、S1的数据仅能写入到X0Y0中，S2、S3的数据仅能写入到X1Y1中，S4、S5的数据仅能写入到X2Y2中，而S6、S7的数据仅能写入到X3Y3中，其写入过程不在具体赘述。

结合图16所示，本实施方式中，当需要对存储器的端口进行扩展时，仅基于n/2个2读n写的多端口存储器单元即可以实现n读n写的存储器的硬件框架，相较于传统的基于2R2W存储器对存储器的端口进行扩展的方法，便于实现更多Slice的扩展。

综上所述，本发明的可扩展的多端口存储器的数据处理方法及处理系统，基于现有的SRAM类型，通过算法的方式搭建更多端口的SRAM，仅仅用最小的代价便可以最大限度的支持多端口SRAM；其实现过程中，避免采用复杂的控制逻辑和额外的多端口SRAM或者寄存器阵列资源，利用报文缓存的特殊性，通过空间分割和时间分割，仅需要简单的异或运算就可实现多个端口的报文缓存，同时，通过本发明实现的多端口存储器，其所有缓存资源可以在任意输入端口之间实现完全共享，逻辑上采用更少的CCE即可以构建多端口存储器，容易实现端口的扩展，本发明具有更低的功耗，更快的处理速度，以及节省更多的资源或面积，其报文缓存架构具有更好的扩展性，实现简单，节约人力及物质成本。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施方式方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。