[发明专利]一种快速搜索CAM的方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域, 具体地说是一种快速搜索CAM的方法。

背景技术

CAM（Content Addressable Memory），是一种特殊类型的计算机存储器，被广泛运用于计算机和通信领域。标准的存储器RAM的功能为根据用户提供的读地址返回存储在该地址上的数据字。不同于RAM，CAM的功能为根据用户提供的一个数据字，搜索全部的存储以判断该数据字是否存储在其中。如果找到这个数据字，则返回匹配地址，即该数据字在存储器中的位置，因此CAM就是软件术语associative array的硬件具体化。

通常的CAM设计原理为在一个操作中搜索整个存储，即读出存储器中每一组数据，并将外部接收的数据与之逐一进行比较，然后根据比较结果对其进行优先译码，优先译码器产生一个二进制的匹配位置定位和一个匹配命中信号。常规的CAM实现方法有两种，一种为将数据存储在SRAM中，搜索时逐一读出SRAM中的内容与查找字进行比较。另一种为将数据存储在Register搭建存储器组中，搜索时将查找字广播到每一组Register中进行比较，再由优先译码器根据各组的比较结果产生匹配位置和匹配命中信号。

但上述两种实现方法均存在不同程度的弊端，第一种方法受到RAM读端口数量的限制，且完成一个CAM搜索过程需要的延时很大，L = （存储器深度/RAM读端口个数）* Tclk ，需要多个时钟周期。在RAM器件规格确定，端口不变的前提下，存储器深度越大，CAM搜索延迟也就越大。以一个1读1写两端口SRAM实现的CAM为例，若存储深度为64，则需要64个时钟周期才能完成一次搜索。第二种方法则受到资源和面积的约束，使用Register搭建的存储器组虽然能并行对查找字进行比较，但占用的芯片面积比同等容量的SRAM大。查找字数据宽度越大，这种面积差距就越明显，为芯片的资源分配和布局布线带来很大的挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速搜索CAM的方法。

本发明的目的是按以下方式实现的，快速搜索CAM是基于SRAM存储器和逻辑控制模块来实现，以搜索内容作为读地址，同时进行多块SRAM存储器访问，SRAM存储器中存储的内容均为宽度等同于CAM搜索深度的位向量，位向量中的有效位即指示搜索匹配结果和匹配项地址，经过逻辑控制模块合并多块SRAM存储器输出的结果，得到完整搜索内容在CAM中的匹配结果和匹配项的地址；具体步骤如下：

1）SRAM存储器存放宽度等同于CAM搜索深度的位向量，每次进行CAM搜索时以被检索的数据作为读地址，发起相应的SRAM存储器读操作，SRAM存储器返回对应地址上的位向量；

2）SRAM存储器的读使能由CAM搜索使能驱动，读地址由CAM搜索内容驱动，将CAM的查找字以存储器深度为基数划分为若干个搜索子区间，每个子区间各对应一片SRAM存储器，所有SRAM存储器之间互不相干；

3）并行读出每个子区间所对应的SRAM存储器中的位向量，每个位向量都代表了它所在查找字子区间的匹配信息，由CAM控制逻辑模块完成对每个位向量的合并操作，即每次输入的相同数据宽度的二进制操作数逐位与&操作，计算出一个完整宽度的查找字在CAM中的匹配信息；

4）SRAM存储器中每个地址上均存放着数据宽度等同于CAM搜索深度的位向量，位向量每一位指代一个CAM的有效入口，1表示该入口有效，0表示无效，指示CAM有效入口的位向量，位向量中值为1的位所在位向量中的位置即为该有效入口在CAM中的匹配地址；位向量某一位值等于1，说明CAM中同等位置上存在与查找字相同的数据，搜索完成，匹配成功，位向量所有位都等于0，说明CAM中不存在与查找字相同的数据，搜索完成，匹配失败；

5）CAM控制逻辑模块在接收到SRAM存储器控制单元发出的每个位向量后对其进行合并，缩减和优先译码，计算出最终的搜索匹配结果和匹配地址,并在端口上输出对应内容，完成对多个SRAM存储器读出数据的合并操作和各子区间对应的位向量的与操作，得到完整搜索数据所对应的位向量；

6）CAM控制逻辑模块合并操作完成后，对合并结果进行缩减运算或（|）操作和优先译码pri-encoder操作，合并位向量的缩减运算或操作的结果即为CAM的搜索匹配结果，1表示匹配成功，0表示匹配失败，合并位运算的优先译码操作的结果即为CAM的匹配项在CAM中的地址；