内容可寻址存储器CAM在交换机中的应用

信元经协议处理后，包含在ＡＴＭ信元中的以太网帧被提取出来。交换机接着对以太网帧的源ＭＡＣ地址进行检索，判断该以太网帧是否来自已知的用户。如果在系统内嵌的ＭＡＣ－ＶＰ／ＶＣ表中检索到该ＭＡＣ地址，则表明该以太网帧来自已知的用户，系统随即刷新老化标记，将其转发至以太网接口；如果不存在，则系统将在ＭＡＣ－ＶＰ／ＶＣ表中添加该ＭＡＣ地址并设置老化标记，而后交换机将该以太网帧转发至以太网接口。
　　
　　下行方向，系统首先以输入以太网帧的目的ＭＡＣ地址为关键字在ＭＡＣ－ＶＰ／ＶＣ表中进行检索，该地址就是上文提到的源ＭＡＣ地址。如果目的ＭＡＣ地址不存在，则将输入的以太网帧转换为ＡＴＭ信元，向所有用户端口广播；如果匹配成功，交换机获得与该ＭＡＣ地址对应的ＶＰＩ／ＶＣＩ，将以太网帧转换为ＡＴＭ信元，并根据ＶＰＩ／ＶＣＩ通道表，从指定的用户端口转发至ＡＤＳＬ终端，最后送达用户主机。
　　
　　嵌入式实时控制系统的性能主要取决于两方面：硬件平台的运算性能和算法的优越性。其中硬件平台的运算性能最为关键，这一点在交换机中表现得由为突出。按照设计要求，ＡＴＭ信元的ＶＰＩ／ＶＣＩ检索必须在１／４～１／２的信元接收时间内完成，即６８４ｎｓ～１．３７μｓ，以太网帧的ＭＡＣ地址的检索时间不能超过５．１２
　　
　　
　　
　　μｓ。因此首先要保证数据检索任务的响应速度；其次，由于交换机数据流量大，对于本系统的ＡＴＭ端口，系统每秒必须处理约３６５，５６６帧ＡＴＭ信元，数据检索任务十分繁重；另外，除了业务数据的ＡＴＭ－Ｅｔｈｅｒｎｅｔ双向协议处理外，交换机还必须完成ＳＮＭＰ（ＳｉｍｐｌｅＮｅｔｗｏｒｋＭａｎａｇｅｍｅｎｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）协议处理、命令行处理等任务，所以还必须解决数据检索对系统资源的占用问题。
　　
　　提高性能的方法一般有两种，最直接的方法就是采用高性能的硬件平台，如采用分布式控制系统，一个ＣＰＵ用于协议处理，另一个ＣＰＵ用于网管等事务处理；或者协议处理部分由ＡＳＩＣ完成，事务处理部分由ＣＰＵ实现。但这些方案会带来硬件成本的大幅提高。另外一种方案就是采用更优化的算法。通过分析发现，尽管利用软件实现对ＡＴＭ信元的ＶＰＩ／ＶＣＩ和以太网帧的ＭＡＣ地址检索并不复杂，但由于检索次数频繁，大量的系统资源被占用，系统的响应速度大大降低，满足不了大流量数据通信的要求。因此纯软件算法解决不了数据检索部分对资源占用的问题。为提高系统的响应速度，必须将这两部分数据检索的任务分离出来由硬件实现，协议处理部分还由ＣＰＵ完成。数据检索模块和协议处理模块并行工作，两部分通过数据耦合，既可以提高模块的内聚度，又增强了算法的健壮性；并且利用硬件实现数据检索还可以提高检索速度，降低系统资源的占用率。
　　
　　利用硬件进行数据检索，通常采用两种策略?一种是利用ＦＰＧＡ或ＣＰＬＤ等可编程逻辑器件定制数据检索单元。本系统两种地址的数据结构并不复杂，定制简单数据结构的检索单元体现不了可编程逻辑器件功能强大、灵活性强等优越性，并且这类器件的开发难度相对较大，完成后还需要相当长一段时间进行测试。另一种策略是选择ＣＡＭ实现数据检索。两者比较，本系统采用ＣＡＭ。根据系统设计，本交换机采用两块ＣＡＭ实现数据检索功能，ＭＡＣ－ＣＡＭ用于以太网帧的ＭＡＣ地址检索，ＡＴＭ－ＣＡＭ用于ＡＴＭ信元的ＶＰＩ／ＶＣＩ检索，如图２所示。
　　
　　２．２检索算法设计
　　
　　下面根据系统设计方案，以ＭＡＣ－ＶＰ／ＶＣ表为例说明以太网侧

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