| 華中科技大學(xué) 楊黎明 內(nèi)容可尋址存儲器CAM（Content-Addressable Memory）是以內(nèi)容進(jìn)行尋址的存儲器,是一種特殊的存儲陣列RAM,它的主要工作機(jī)制就是將一個(gè)輸入數(shù)據(jù)項(xiàng)與存儲在CAM中的所有數(shù)據(jù)項(xiàng)自動同時(shí)進(jìn)行比較,判別該輸入數(shù)據(jù)項(xiàng)與CAM中存儲的數(shù)據(jù)項(xiàng)是否相匹配,并輸出該數(shù)據(jù)項(xiàng)對應(yīng)的匹配信息,美國Motorola公司的CAM芯片MCM69C232在市場上是性價(jià)比較高的產(chǎn)品,因而被廣泛地應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信,模式識別等領(lǐng)域,其用于數(shù)據(jù)檢索的優(yōu)勢是軟件無法比擬的,可以極大的提高系統(tǒng)性能。 1 MCM69C32芯片介紹 內(nèi)容可尋址存儲器（CAM）從本質(zhì)上講是一種基于RAM技術(shù)的特殊存儲器,數(shù)據(jù)項(xiàng)存儲在CAM內(nèi)部的陣列單元中,每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)中的位數(shù)稱為"字寬",陣列內(nèi)所有數(shù)據(jù)項(xiàng)的條數(shù)稱為"深度",CAM的容量通過字寬和深度來表征,MCM69C232設(shè)計(jì)可存儲4096條寬度為64位的數(shù)據(jù)項(xiàng)。 MCM69C232有兩組數(shù)據(jù)端口：控制端口（control port）和匹配端口（match port）�？刂贫丝谟糜谔幚砥鳎–PU）對CAM表的操作,包括插入、刪除數(shù)據(jù)表項(xiàng)、模式設(shè)置和模擬匹配,以及讀取芯片內(nèi)部狀態(tài)寄存器的信息等,數(shù)據(jù)項(xiàng)的檢索通過匹配端口完成。 盡管基于RAM技術(shù),但CAM的存儲機(jī)制卻與RAM大相徑庭,圖1為MCM69C232的結(jié)構(gòu)框圖,圖中MCM69C232沒有用于確定內(nèi)容存儲單元的地址總線,其地址線A0-A2用于對片內(nèi)控制寄存器的尋址。處理器通過操作MCM69C232的控制端口（數(shù)據(jù)線DQ0-DQ15）可以讀/寫CAM表中的數(shù)據(jù)項(xiàng),數(shù)據(jù)項(xiàng)的存儲地址由芯片內(nèi)部邏輯控制。MCM69C232有兩種工作模式：ATM模式和基本模式。ATM模式主要用于ATM交換機(jī)對ATM信元進(jìn)行虛擬通路標(biāo)識號/虛擬通道標(biāo)識號（VPI/VCI）的轉(zhuǎn)換處理,基本模式主要用于以太網(wǎng)上的IP/MAC地址匹配等數(shù)據(jù)檢索。  MCM69C232芯片的主要特性如下： 160ns的匹配時(shí)間; 沒有屏蔽寄存器; 通過芯片級聯(lián)擴(kuò)展深度; 時(shí)鐘頻率最高為50MHz; 匹配字寬和輸出結(jié)果位寬可自定義; 在ATM模式下可進(jìn)行VPC（Virtual Path Circuits）和VCC（Virtual Connection Circuits）的同時(shí)匹配; 端口主要分為控制和匹配端口; 200ns的插入時(shí)間（在12個(gè)端口數(shù)據(jù)項(xiàng)隊(duì)列未滿的情況下）; 12ms的初始化時(shí)間（在設(shè)置了快速寫入模式后）; 具有符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)1149.1的測試端口（JTAG）。 2 MCM69C232芯片的使用 在基本操作模式下,MCM69C232的讀取輸入數(shù)據(jù)并與CAM表中的所有表項(xiàng)相比較,無論匹配項(xiàng)找到與否,當(dāng)比較完成后,MC（Match Complete）引腳均有效,如果找到了匹配項(xiàng),則MS（Match Successful）引腳有效,同時(shí)在MQ總線上輸出與匹配數(shù)據(jù)項(xiàng)相關(guān)的數(shù)據(jù),如果沒有找到,則MQ總線保持高阻態(tài),以便級聯(lián)CAM芯片來擴(kuò)展存儲深度。 MCM69C232上電后,默認(rèn)工作模式為基本模式,在進(jìn)入數(shù)據(jù)檢索操作之前,芯片必須先完成幾個(gè)啟動操作過程：首先,要設(shè)置全局屏蔽寄存器,定義匹配字寬和輸出結(jié)果位寬;其次,要選擇數(shù)據(jù)表項(xiàng)的寫入模式,即快速寫入模式還是動態(tài)寫入模式;再次,要把用戶需要的數(shù)據(jù)項(xiàng)（共64位,包括匹配字節(jié)和與其對應(yīng)的輸出結(jié)果字節(jié)）逐次裝入CAM表中。 CAM表數(shù)據(jù)項(xiàng)寫入模式的選擇,往往是在寫入速度和啟動匹配操作花費(fèi)的時(shí)間中取個(gè)平衡,快速寫入模式,常用于將大量的數(shù)據(jù)項(xiàng)初始寫入CAM表中,而動態(tài)寫入模式,則常用于啟動匹配后往CAM表中插入少量的數(shù)據(jù)項(xiàng)。用戶通過操作控制口4個(gè)I/O寄存器來插入或刪除CAM表項(xiàng),當(dāng)有異常狀態(tài)出現(xiàn)時(shí),可以從標(biāo)志寄存器和錯(cuò)誤代碼寄存器反應(yīng)出來,MCM69C232內(nèi)部的寄存器如圖2所示。  MCM69C232芯片的主要特性如下： 160ns的匹配時(shí)間; 沒有屏蔽寄存器; 通過芯片級聯(lián)擴(kuò)展深度; 時(shí)鐘頻率最高為50MHz; 匹配字寬和輸出結(jié)果位寬可自定義; 在ATM模式下可進(jìn)行VPC（Virtual Path Circuits）和VCC（Virtual Connection Circuits）的同時(shí)匹配; 端口主要分為控制和匹配端口; 200ns的插入時(shí)間（在12個(gè)端口數(shù)據(jù)項(xiàng)隊(duì)列未滿的情況下）; 12ms的初始化時(shí)間（在設(shè)置了快速寫入模式后）; 具有符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)1149.1的測試端口（JTAG）。 2 MCM69C232芯片的使用 在基本操作模式下,MCM69C232的讀取輸入數(shù)據(jù)并與CAM表中的所有表項(xiàng)相比較,無論匹配項(xiàng)找到與否,當(dāng)比較完成后,MC（Match Complete）引腳均有效,如果找到了匹配項(xiàng),則MS（Match Successful）引腳有效,同時(shí)在MQ總線上輸出與匹配數(shù)據(jù)項(xiàng)相關(guān)的數(shù)據(jù),如果沒有找到,則MQ總線保持高阻態(tài),以便級聯(lián)CAM芯片來擴(kuò)展存儲深度。 MCM69C232上電后,默認(rèn)工作模式為基本模式,在進(jìn)入數(shù)據(jù)檢索操作之前,芯片必須先完成幾個(gè)啟動操作過程：首先,要設(shè)置全局屏蔽寄存器,定義匹配字寬和輸出結(jié)果位寬;其次,要選擇數(shù)據(jù)表項(xiàng)的寫入模式,即快速寫入模式還是動態(tài)寫入模式;再次,要把用戶需要的數(shù)據(jù)項(xiàng)（共64位,包括匹配字節(jié)和與其對應(yīng)的輸出結(jié)果字節(jié)）逐次裝入CAM表中。 CAM表數(shù)據(jù)項(xiàng)寫入模式的選擇,往往是在寫入速度和啟動匹配操作花費(fèi)的時(shí)間中取個(gè)平衡,快速寫入模式,常用于將大量的數(shù)據(jù)項(xiàng)初始寫入CAM表中,而動態(tài)寫入模式,則常用于啟動匹配后往CAM表中插入少量的數(shù)據(jù)項(xiàng)。用戶通過操作控制口4個(gè)I/O寄存器來插入或刪除CAM表項(xiàng),當(dāng)有異常狀態(tài)出現(xiàn)時(shí),可以從標(biāo)志寄存器和錯(cuò)誤代碼寄存器反應(yīng)出來,MCM69C232內(nèi)部的寄存器如圖2所示。 CAM表的匹配位取決于全局屏蔽寄存器的定義,屏蔽寄存器為0的位要求數(shù)據(jù)項(xiàng)的對應(yīng)位作匹配操作;為1,則對應(yīng)位無需匹配,典型的應(yīng)用中用戶總是把數(shù)據(jù)項(xiàng)的高位序位定義為"待匹配字節(jié)",低位序位定義為"結(jié)果輸出字節(jié)"。64位中的任何位都可以定義為"匹配操作",但實(shí)際上輸出到匹配口MQ0-MQ31總線上的總是最低32位數(shù)據(jù),并非可任意編程輸出的。如果設(shè)置的輸出結(jié)果字節(jié)超過32位,則是無意義的。 通常情況下,MCM69C232通過寫控制口數(shù)據(jù)和指令來準(zhǔn)備匹配操作,一般步驟是把數(shù)據(jù)項(xiàng)裝入4個(gè)I/O寄存器,然后往操作代碼寄存器寫入操作代碼,即可完成一種指令的操作,指令完成后CAM表的內(nèi)容可能會被修改,標(biāo)志寄存器的相應(yīng)位會被置位,錯(cuò)誤代碼寄存器會返回錯(cuò)誤碼,當(dāng)使能時(shí),還會觸發(fā)中斷。 芯片的操作指令如表1所列。 |
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