专利名称：一种基于Hash查找CAM的方法
技术领域：
本发明涉及通信、高速网络下的数据查找匹配或芯片设计技术领域，具体地说是一种基于Hash查找CAM的方法。
背景技术：
随着通信技术的快速发展，一方面，在网络中传输的数据带宽越来越大。另一方面，网络中各种各样的应用不断变化和发展，现在的IP网络需要为用户提供更多服务类型和更好的服务质量，要求路由器提供额外的处理机制来实现区分服务，报文分类，安全入侵监测， 防火墙访问控制，虚拟专用网，快速路由查找，网络地址转化，等一些网络关键技术。为了适应网络的数据流量越来越大的发展趋势，保证网络链路的通畅性，对路由器性能提出了新的挑战——如何快速路由。网络技术的发展，这些关键网络技术都涉及查找匹配问题，而基于软件的查找匹配效率低下，传统的软件实现的方法对于高速网络的发展显的力不从心。CAM芯片的快速查找匹配特性，使得CAM在网络中得到广泛的应用。CAM芯片的快速查找匹配的特点，为网络中很多关键的应用提供了新的解决方案。可以用CAM来实现快速路由查找，报文分类，区分服务，入侵监测等需要快速查找匹配的关键技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于Hash查找CAM的方法。本发明的目的是按以下方式实现的，本发明的通过Hash查找匹配原理，将其逻辑用硬件电路描述，待查数据写入存储体，两结构组合成为内容可寻址存储体(Content Addressable Memory)。设计分为以下几个功能模块
1)总线；2) Hash函数查找表；3) Hash入口表；4)数据存储体；5)匹配电路；6) RAM控制电路，其中
总线1)是CAM与外部通信的通道。在CAM中总线分为请求总线和响应总线。请求总线是一条双向多路复用总线，请求总线由命令总线和请求数据总线组成。命令总线处理输入命令，请求总线是主要数据通道。所有对CAM的操作命令信号，还有输入到CAM中的数据信号都通过请求总线进行传输。Hash函数查找表2)通过查找表的方式对Hash查找函数逻辑进行实现，哈希查找步骤为设哈希表为HST^Tm-I]，哈希函数取H (key)，解决冲突的方法为R (x);第一步对给定k值，计算哈希地址Di=H (k);若HST为空，则查找失败；若HST=k，则查找成功；否则， 执行第二步(处理冲突)。第二步重复计算处理冲突的下一个存储地址Dk=R (Dk-Ι)，直到 HST[Dk]为空，或HST [Dk] =k为止。若HST[Dk]=K，则查找成功，否则查找失败。根据选择的冲突处理方法，计算关键字key的下一个存储地址。若下一个存储地址仍被占用，则继续执行第二步，直到找到能用的存储地址为止。Hash入口表3)中存放Key值经过Hash函数计算后的HashJfey以及与之对应的数据表项入口值。数据存储体4)作为待查找的数据存放区，根据系统的数据格式确定该存储体的数据宽度和数据深度，通过HashJfey查找到对应于数据存储体的地址后，系统通过RAM控制电路6)对该存储体进行访存，读取数据表项中的数据。读取出表项中的数据后，通过匹配电路5)将待寻址的内容与表项数据进行比对， 若匹配，则输出匹配地址，拉高数据匹配标志。查找程序流程如下
1.根据输入的查找数据进行hash计算得到Hashkey，用Hash key去访问Hash入口表。如果Hash入口表的内容为0，则跳到3 ；如果Hash入口表的内容不为0，则跳到2 ；
2.根据Hash入口表的内容，去访问CAM数据项链表，并把查找数据同CAM数据项链表的数据一个一个比较(从链表头到链表尾)。从链表头开始比较，查找不成功，接着查找链表的下一项，直到链表尾为止，跳到3 ；查找成功(查找数据的值同CAM数据项链表中一项的值相同)则记录下此项CAM地址，接着查找链表的下一项，如果也成功则比较CAM地址与此前记录的CAM地址的大小，最终取CAM地址最小者，这样查找一直到链表尾为止，跳到3 ；
3.查找成功，返回CAM地址和CAM命中的信息，跳到4；查找不成功，返回查找结束，返回CAM没有命中的信息，跳到4;
4.操作结束，返回。本发明的有益效果是基于Hash查找算法的高效性，可快速查找出匹配数据，减小了数据查找时的比较次数，只需要一次即能找出数据，提高了查找效率，节约了系统时间，提高了数据通信的吞吐率。
附图1是Hash查找CAM结构图。
具体实施例方式参照说明书附图对本发明的基于Hash查找CAM的方法作以下详细地说明。本发明的一种基于Hash查找CAM的方法，其结构是由正如发明内容中所描述的， 本发明体系结构主要包括
1)总线；2)Hash函数查找表；3)Hash入口表；4)数据存储体；5)匹配电路；6)RAM控制电路。CAM具有数据存储功能和高速数据内容查找功能，同时支持读、写、查找等多条指令，但CAM最主要的功能是高速内容查找功能，而其它的功能都是为查找功能做基础的，因此CAM功能模型的设计的核心是高速查找引擎的设计。查找引擎本身维护一张表，并能接收外部输入数据。它内部通过某种查找算法将输入数据与表中各项进行全部比较(准确) 或部分(Don’ t care功能)比较，然后输出比较结果。用hash函数的方法来进行快速CAM内容查找。当进行CAM查找请求时，先把查找的数据进行hash计算得出一个hash key,接着根据此hash key (作为hash入口表地址) 去访问hash入口表得到CAM表项数据链表首地址，然后去访问CAM数据表项链表，最后把要查找的数据同CAM数据链表中的项逐个的比较，最后返回CAM查找结果。其中CAM查找引擎采用了 Hash查找算法来实现的。基于Hash查找引擎的CAM模型总体结构即用Hash查找引擎作为CAM查找引擎，查找引擎接收到从逻辑控制模块请求时，接收查找数据并把存储到数据寄存器中，然后读取数据存储器中的CAM表项，通过数据比较器进行比较，直到比较成功或数据存储器中的CAM表项都比较了一遍时，返回比较成功的CAM表项在数据存储器中地址。查找程序流程如下
1.根据输入的查找数据进行hash计算得到Hashkey，用Hash key去访问Hash入口表。如果Hash入口表的内容为0，则跳到3 ；如果Hash入口表的内容不为0，则跳到2 ；
2.根据Hash入口表的内容，去访问CAM数据项链表，并把查找数据同CAM数据项链表的数据一个一个比较(从链表头到链表尾)。从链表头开始比较，查找不成功，接着查找链表的下一项，直到链表尾为止，跳到3 ；查找成功(查找数据的值同CAM数据项链表中一项的值相同)则记录下此项CAM地址，接着查找链表的下一项，如果也成功则比较CAM地址与此前记录的CAM地址的大小，最终取CAM地址最小者，这样查找一直到链表尾为止，跳到3 ；
3.查找成功，返回CAM地址和CAM命中的信息，跳到4；查找不成功，返回查找结束，返回CAM没有命中的信息，跳到4;
4.操作结束，返回。
实施例1)利用Hash查找函数存在的形式，包括直接法、减去法、余数法、数值抽出法、中间平均法、折迭法、旋转法、伪随机数法，设计建模采用自顶向下的分析设计方法，把整个系统分成多个模块，每个模块再继续细化，直到最低一级拿来编码的程度，进行逐个底层模块的开发，调试，然后进行模块联调，最后整个系统联调；
2)对于Hash查找中的Hash碰撞问题，解决方法包括(1)线性开放寻址法；(2)差值解决法；(3)链表解决法；(4)分桶Hash法；
3)基于CAM的存储体不仅具有数据存储能力，还具有数据比较能力，存储体接收比较数据，并把它广播到对应的每一个相关联存储器中，相关联存储器把数据同自己存储的数据进行比较，最后相关联存储器把比较结果送给优先编码器；
4)对于CAM的各功能，详细进行描述和分析，对应到具体设计方案及硬件实现，具有对应的时序关系；
5)基于Hash查找函数逻辑实现方法；
6)由Hash查找入口表地址访问数据表，对比数据表项内容和查找内容，输出匹配结
果；
7)对存储体进行选型，选择最优方案。除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。
权利要求
1. 一种基于Hash查找CAM的方法，其特征在于CAM给用户提供读、写、查找、移动、检验的功能，通过特定的Hash函数的运算与Hash表中的表项相匹配求得数据的位置，再进行数据比较后即得到欲查找的地址，具体步骤如下通过Hash查找匹配原理，将其逻辑用硬件电路描述，待查数据写入存储体，两结构组合成为内容可寻址存储体，设计分为以下几个功能模块1)总线；2) Hash函数查找表；3) Hash入口表；4)数据存储体；5)匹配电路；6) RAM控制电路；其中总线1)是CAM与外部通信的通道，在CAM中总线分为请求总线和响应总线；请求总线是一条双向多路复用总线，请求总线由命令总线和请求数据总线组成，命令总线处理输入命令，请求总线是主要数据通道，所有对CAM的操作命令信号，还有输入到CAM中的数据信号都通过请求总线进行传输；Hash函数查找表2)通过查找表的方式对Hash查找函数逻辑进行，哈希查找步骤为 设哈希表为HST^TM-I]，哈希函数取H (key)，解决冲突的方法为R (χ)；第一步对给定k 值，计算哈希地址Di=H (k);若HST为空，则查找失败；若HST=k，则查找成功；否则，执行第二步处理冲突；第二步重复计算处理冲突的下一个存储地址Dk=R(Dk-I),直到HST[Dk]为空，或HST[Dk] =k为止；若HST[Dk]=K，则查找成功，否则查找失败；根据选择的冲突处理方法，计算关键字key的下一个存储地址，若下一个存储地址仍被占用，则继续执行第二步， 直到找到能用的存储地址为止；Hash入口表3)中存放Key值经过Hash函数计算后的HashJfey以及与之对应的数据表项入口值；数据存储体4)作为待查找的数据存放区，根据系统的数据格式确定该存储体的数据宽度和数据深度，通过HashJfey查找到对应于数据存储体的地址后，系统通过RAM控制电路 6)对该存储体进行访存，读取数据表项中的数据；读取出表项中的数据后，通过匹配电路5)将待寻址的内容与表项数据进行比对，若匹配，则输出匹配地址，拉高数据匹配标志；查找程序流程如下1)根据输入的查找数据进行hash计算得到Hashkey,用Hash key去访问Hash入口表，如果Hash入口表的内容为0，则跳到3 ；如果Hash入口表的内容不为0，则跳到2 ；2)根据Hash入口表的内容，去访问CAM数据项链表，并把查找数据同CAM数据项链表的数据一个一个比较，从链表头到链表尾，从链表头开始比较，查找不成功，接着查找链表的下一项，直到链表尾为止，跳到3 ；查找成功，查找数据的值同CAM数据项链表中一项的值相同，则记录下此项CAM地址，接着查找链表的下一项，如果也成功则比较CAM地址与此前记录的CAM地址的大小，最终取CAM地址最小者，这样查找一直到链表尾为止，跳到3 ；3)查找成功，返回CAM地址和CAM命中的信息，跳到4；查找不成功，返回查找结束，返回CAM没有命中的信息，跳到4;4)操作结束，返回。
全文摘要
本发明提供一种基于Hash查找CAM的方法，CAM具有数据存储功能和高速数据内容查找功能，同时支持读、写、查找等多条指令，但CAM最主要的功能是高速内容查找功能，而其它的功能都是为查找功能做基础的，因此CAM功能模型的设计的核心是高速查找引擎的设计。查找引擎本身维护一张表，并能接收外部输入数据。它内部通过某种查找算法将输入数据与表中各项进行全部比较(准确)或部分(Don’tcare功能)比较，然后输出比较结果。用hash函数的方法来进行快速CAM内容查找。当进行CAM查找请求时，先把查找的数据进行hash计算得出一个hashkey，接着根据此hashkey(作为hash入口表地址)去访问hash入口表得到CAM表项数据链表首地址，然后去访问CAM数据表项链表，最后把要查找的数据同CAM数据链表中的项逐个的比较，最后返回CAM查找结果。
文档编号G06F17/30GK102364463SQ20111027682
公开日2012年2月29日 申请日期2011年9月19日 优先权日2011年9月19日
发明者周恒钊 申请人:浪潮电子信息产业股份有限公司