基于fpga实现cam功能的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于FPGA实现CAM功能的方法，属于数据通信技术领域。
【背景技术】
[0002] 在数据通信网和计算机互联网领域中，广泛使用各种交换机及路由器实现数据的 适配转换及转发，数据转换及转发一般可利用专用的内容可寻址的存储器（CAM:Content AddressableMemory)芯片通过查表实现。
[0003] 随着可编程逻辑器件技术的高速发展，现场可编程门阵列 FPGA(Field-ProgrammableGateArray)在各种信号处理电路中都得到了广泛的应用；目 前，基于FPGA实现CAM功能的方法主要有以下三种：
[0004] 第一种是直接外挂CAM芯片，由于CAM芯片价格较高导致整个系统成本上升，且 CAM芯片占用的电路板面积较大，CAM芯片本身容量较大，若仅使用部分CAM容量，降低了 CAM芯片的利用率，也降低了系统的性价比；
[0005] 第二种是利用FPGA的内部资源按照ASIC-CAM的逻辑结构（即寄存器加比较器结 构）设计FPGA-CAM，这种方法逻辑设计复杂，需要占用较多的FPGA资源，在FPGA资源紧张 的情况下难以接受；且由于结构较为复杂，一般需要借助第三方提供的IP核来实现，这种 IP核往往需要额外支付知识产权费用，额外增加了成本，不适用于中低端的FPGA系统；
[0006] 第三种是利用FPGA的内部资源通过状态机轮询方式逐项查找、比较来实现CAM功 能，这种方法与软件轮询类似，实现CAM功能较为耗时，特别是CAM容量上升时尤为明显，难 以满足实时线速CAM匹配处理的要求。
【发明内容】
[0007] 鉴于上述原因，本发明到目的在于提供一种基于FPGA实现CAM功能的方法，该方 法利用FPGA的内部资源，可以实现各种中小容量的CAM功能，不仅逻辑设计较为简单，占用 FPGA内部资源较少，能够满足线速实时处理要求，且可灵活定制，通用性强，无需额外增加 成本。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0009] 基于FPGA实现CAM功能的方法，其特征在于，包括步骤：
[0010] 1)根据已知条件构建原始CAM数据表，该CAM表至少包括第一地址项和第二地址 项；
[0011] 2)根据原始CAM数据表中的第一地址项，构建第一数据表，该第一数据表以第一 地址项为地址索引，以第二地址项为相应的数据内容；
[0012] 3)根据第一数据表的第二地址项，构建第二数据表，该第二数据表以第二地址项 为地址索引，以第一地址项为相应的数据内容。
[0013] 进一步的，
[0014] 所述第一数据表由CPU根据所述原始CAM数据表生成，所述第二数据表由FPGA逻 辑电路根据第一数据表生成。
[0015] 所述第一数据表及第二数据表保存于RAM中。
[0016] 所述用于存储第一数据表的RAM，其地址对应着第一地址项内的地址值，其数据空 间则存放着原始CAM数据表中，与第一地址项内地址值相对应的第二地址项及其它项；所 述用于存储第二数据表的RAM，其地址对应着第二地址项内的地址值，其数据空间则存放着 原始CAM数据表中，与第二地址项内地址值相对应的第一地址项及其它项。
[0017] 所述用于保存第一数据表的RAM为三口RAM，该三口RAM的三个数据接口分别用于 输入查找、输出结果以及将第一数据表的内容输入FPGA逻辑电路，以经过该FPGA逻辑电路 处理生成第二数据表。
[0018] 所述第一数据表和第二数据表中均包括表项是否有效的状态项。
[0019] 所述存储第一数据表的RAM，其深度取决于第一地址项的位宽；其字宽取决于第 二地址项及其它项所占的位数；所述存储第二数据表的RAM，其深度取决于第二地址项的 位宽；其字宽取决于第一地址项及其它项所占的位数。
[0020] 本发明的优点在于：
[0021] 本发明的基于FPGA实现CAM功能的方法，利用FPGA的内部资源，可以实现各种中 小容量的CAM功能，不仅逻辑设计较为简单，占用FPGA内部资源较少，能够满足线速实时处 理要求，且可灵活定制，通用性强，无需额外增加成本。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明的方法流程图。
[0023] 图2是本发明一具体实施例的整体系统框图。
[0024] 图3是图2所示系统中数据适配转换过程示意图。
[0025] 图4是本发明一具体实施例的用于存储数据表的RAM结构框图。
【具体实施方式】
[0026] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
[0027] 图1是本发明的方法流程图，如图所示，本发明公开的基于FPGA实现CAM功能的 方法，基本步骤是：
[0028] 1)构建原始CAM数据表，该原始CAM表中至少包括第一地址项、第二地址项，以及 与第一地址项对应的第一数据项、与第二地址项对应的第二数据项；
[0029]
【主权项】
1. 基于FPGA实现CAM功能的方法，其特征在于，包括步骤： 1) 根据已知条件构建原始CAM数据表，该CAM表至少包括第一地址项和第二地址项； 2) 根据原始CAM数据表中的第一地址项，构建第一数据表，该第一数据表以第一地址 项为地址索引，以第二地址项为相应的数据内容； 3) 根据第一数据表的第二地址项，构建第二数据表，该第二数据表以第二地址项为地 址索引，以第一地址项为相应的数据内容。
2. 如权利要求1所述的基于FPGA实现CAM功能的方法，其特征在于，所述第一数据表 由CPU根据所述原始CAM数据表生成，所述第二数据表由FPGA逻辑电路根据第一数据表生 成。
3. 如权利要求2所述的基于FPGA实现CAM功能的方法，其特征在于， 所述第一数据表及第二数据表保存于RAM中。
4. 如权利要求3所述的基于FPGA实现CAM功能的方法，其特征在于， 所述用于存储第一数据表的RAM，其地址对应着第一地址项内的地址值，其数据空间则 存放着原始CAM数据表中，与第一地址项内地址值相对应的第二地址项及其它项；所述用 于存储第二数据表的RAM，其地址对应着第二地址项内的地址值，其数据空间则存放着原始 CAM数据表中，与第二地址项内地址值相对应的第一地址项及其它项。
5. 如权利要求4所述的基于FPGA实现CAM功能的方法，其特征在于， 所述用于保存第一数据表的RAM为三口 RAM，该三口 RAM的三个数据接口分别用于输入 查找、输出结果以及将第一数据表的内容输入FPGA逻辑电路，以经过该FPGA逻辑电路处理 生成第二数据表。
6. 如权利要求5所述的基于FPGA实现CAM功能的方法，其特征在于，所述第一数据表 和第二数据表中均包括表项是否有效的状态项。
7. 如权利要求6所述的基于FPGA实现CAM功能的方法，其特征在于，所述存储第一数 据表的RAM，其深度取决于第一地址项的位宽；其字宽取决于第二地址项及其它项所占的 位数；所述存储第二数据表的RAM，其深度取决于第二地址项的位宽；其字宽取决于第一地 址项及其它项所占的位数。
【专利摘要】本发明公开了一种基于FPGA实现CAM功能的方法，包括步骤：根据已知条件构建原始CAM数据表，该CAM表至少包括第一地址项和第二地址项；根据原始CAM数据表中的第一地址项，构建第一数据表，并将第一数据表保存于FPGA的RAM中，该第一数据表以第一地址项为地址索引，以第二地址项为相应的数据内容；根据第一数据表的第二地址项，构建第二数据表，并将该第二数据表保存于FPGA的又一RAM中，该第二数据表以第二地址项为地址索引，以第一地址项为相应的数据内容。本发明利用FPGA的内部资源，可以实现各种中小容量的CAM功能，逻辑设计简单，能够满足线速实时处理要求，且可灵活定制，通用性强，无需额外增加成本。
【IPC分类】G11C15-00
【公开号】CN104751879
【申请号】CN201310751559
【发明人】丛远建
【申请人】北京大唐高鸿数据网络技术有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年12月31日