内容可寻址存储器CAM在交换机中的应用

　　摘要：介绍了内容可寻址存储器ＣＡＭＭＣＭ６９Ｃ２３３的特点及使用。通过某交换机应用表明，可大幅度提高数据检索速度，增强系统可靠性。
　　
　　关键词：CAM数据检索嵌入式实时控制系统MACRTOS
　　
　　内容可寻址存储器ＣＡＭ（ＣｏｎｔｅｎｔＡｄｄｒｅｓｓａｂｌｅＭｅｍｏｒｙ?是一种特殊的存储阵列。它具有将输入数据与ＣＡＭ中存储的所有数据项同时进行比较，迅速判断输入数据是否与ＣＡＭ中存储的数据项相匹配，并给出数据项对应地址和匹配信息的特点，因而被广泛地应用于通信、模式识别等领域。在某型号交换机的设计中，笔者应用ＭＯＴＯＲＯＬＡ公司的ＣＡＭ芯片——ＭＣＭ６９Ｃ２３３实现数据检索功能，既提高了系统资源的利用率，又保障了系统性能，大大缩短开发周期。
　　
　　１ＭＣＭ６９Ｃ２３３功能简述
　　
　　ＣＡＭ是一种基于ＲＡＭ技术的存储器，数据项存储在ＣＡＭ内部的阵列中。每个数据项的位数叫字宽，阵列内所有数据项的条数叫做ＣＡＭ的深度，ＣＡＭ的容量通过字宽和深度来表征。ＭＣＭ６９Ｃ２３３可存储４０９６条宽度为６４位的数据项。图１所示为ＭＣＭ６９Ｃ２３３的结构框图。
　　
　　ＭＣＭ６９Ｃ２３３有两个数据端口：控制端口（ＣｏｎｔｒｏｌＰｏｒｔ）和匹配端口（ＭａｔｃｈＰｏｒｔ）。控制端口用于ＣＡＭ表（ＣＡＭＴａｂｌｅ）的操作，除用于数据项的增加／删除、校验、统计外，还可以读取芯片内部状态寄存器的信息。数据的检索通过匹配端口完成。尽管基于ＲＡＭ技术，ＣＡＭ的存储机制却与ＲＡＭ大相径庭。如图１所示，ＭＣＭ６９Ｃ２３３没有用于确定内容存储地址的地址总线，地址线Ａ０～Ａ２用于对片内控制寄存器的寻址。在写ＣＡＭ模式下，ＭＣＭ６９Ｃ２３３从控制端口数据线ＤＱ０～ＤＱ１５读取需要写入的数据项，数据项的存储地址由芯片内部逻辑控制。
　　
　　用户可对ＭＣＭ６９Ｃ２３３的匹配规则进行编程，在读ＣＡＭ模式（查找匹配）时，ＭＣＭ６９Ｃ２３３直接从匹配口数据线ＭＱ０～ＭＱ３１读入数据，并按照预先定义的匹配规则将输入数据项与阵列中的所有数据项进行并行比较。如果数据项存在，匹配口输出该数据项的索引值，且ＭＳ为０；如果数据项不存在，ＭＳ为１。由于比较过程只需一个时钟周期，所以速度极快。ＭＣＭ６９Ｃ２３３的最长匹配时间为２１０ｎｓ。
　　
　　ＭＣＭ６９Ｃ２３３有两种工作模式：ＡＴＭ模式和基本模式。ＡＴＭ模式主要用于ＡＴＭ交换机中对ＡＴＭ信元的处理。基本模式的应用十分灵活，由于匹配规则可编程，用户可根据不同的应用场合实现检索功能。
　　
　　２应用实例
　　
　　２．１设计要求
　　
　　某型号交换机根据产品定义用于ＡＴＭ网络和基于以态网的城域网Ｅ－ＭＡＮ（ＥｔｈｅｒｎｅｔＭｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）的连接。其ＡＴＭ端口工作速率为１５５Ｍｂｐｓ，以太网端口工作速率为１００Ｍｂｐｓ。系统数据流如图２所示。
　　
　　图2交换机系统数据流图
　　
　　上行方向，交换机首先在系统内嵌的ＶＰ／ＶＣ通道表内检查每一个ＡＴＭ信元内的虚通路值／虚链接值ＶＰＩ／ＶＣＩ（ＶｉｒｔｕａｌＰａｔｈＩｎｄｅｘ／ＶｉｒｔｕａｌＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎＩｎｄｅｘ，标识一条虚通道／虚链接ＶＰ／ＶＣ）是否存在。如果存在，ＣＰＵ获得该ＶＰ／ＶＣ的配置信息，准备下一步的协议处理。如果输入信元的ＶＰＩ／ＶＣＩ不存在，则丢弃该信元。
　　
　　输入的ＡＴＭ

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