[发明专利]应用于网络处理器中的Trie搜索方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及网络处理器，具体地，涉及一种应用于网络处理器中的Trie搜索方法。 

背景技术

网络处理器由于其速度快、可编程性能好而成为下一代网络产品的核心器件，随着网络需求不断提高，网络处理器的线速要求越来越高，要求的数据包转发速率也越来越高，这使得路由查找速度成为制约网络处理器性能的主要瓶颈。 

网络核心期间中采用的路由查找算法众多，其中，基于Trie树的算法不仅具有较好的查找速度、空间复杂度和时间复杂度，而且能不断提高路由器性能，因此新颖的现代快速路由查找算法均是在Trie树的基础上通过优化算法实现的，例如Trie树路径压缩算法、多分支Trie树算法等。路径压缩Trie树算法与二进制树算法一样，其查找过程中需要大量的存储器访问操作；而多分支Trie树算法采用大于1的查找步宽，提高了访存速度，但是存储器带宽利用率不高。 

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种快速查找、高存储带宽利用率的方法来实现Trie查找的搜索结构。本发明所要解决的技术问题： 

1、根据网络处理器线速的要求对关键字进行搜索，数据帧能够及时查找到结果，然后根据查找结果正确进行数据包处理； 

2、在搜索过程中，提供层次化的存储设备，包括寄存器堆、内部RAM、外部SRAM和外部DDR SDRAM四种存储层次，使得该Trie搜索结构用低代价的存储资源实现快速的搜索速度，即每一次查找的时间代价约为一次外部DDR SDRAM访问时间； 

3、在建树的时候，使得每一个分支都相对平衡可以减少访存次数，即通过平衡的二叉树减少最坏情况的访存时间； 

4、将第3点的平衡二叉树结构中的多个节点组织成一棵子树结构，存放到一个存储块中，使每一次访存操作可以进行多位查找，充分利用当前存储器高带宽的特点，减少访存次数，提高查找效率。 

根据本发明的一个方面提供的一种应用于网络处理器中的Trie搜索方法，包括如下步骤： 

步骤1：建立多层次存储结构，所述存储结构包括优先级逐渐变小的寄存器堆、内部RAM、外部SRAM和外部SDRAM； 

步骤2：建立平衡树，具体为，遍历所有路由表的每一位，找出其中值0和值1的个数最接近的位，将该位设置为目前的根节点，并将该位标记为已使用，以此循环来实现相对平衡树的建立； 

步骤3：进行数据存储，其中，对每一次数据存储，都将邻近的几位数据组织成的子树结构进行数据存储。 

优选地，所述存储结构的存储方式划分为：将Trie的根节点放在寄存器堆中；将Trie结构的第2至4层放到内部RAM中；将Trie结构大于第4层的数据根据资源的大小放置在外部SRAM或者SDRAM中。 

优选地，所述步骤2包括如下步骤： 

步骤2.1：根据所有的数据条目的数据位，若第n位数据的值0和值1的个数相等，则将第n位设置成树的根节点； 

步骤2.2：根据第m位中的值0和值1的数目相差较少，故而将第m位设置成根节点的左分支或右分支。 

优选地，所述平衡树包括若干个子树结构，子树在存储器中的组织方式为：第0～4位代表该子树的拓扑结构，其能够根据存储器带宽需求进行结构调整；第5～13位指明子树拓扑结构中第一个节点所查找的位数；第59～67位用以指明子树拓扑结构中最后一个节点所代表的位数；第68～75位用以指明所查找的下一级是否为叶子节点；第76～91位用以指明所在的存储器；第95～255位用以指明下一级节点的地址，依次的，每20位表明一个节点链接地址。 

根据本发明的另一个方面提供的一种应用于网络处理器中的Trie搜索装置，包括如下装置： 

存储结构建立装置，用于建立多层次存储结构，所述存储结构包括优先级逐渐变小的寄存器堆、内部RAM、外部SRAM和外部SDRAM； 

平衡树建立装置，用于建立平衡树，具体为，遍历所有路由表的每一位，找出其中值0和值1的个数最接近的位，将该位设置为目前的根节点，并将该位标记为已使用，以此循环来实现相对平衡树的建立； 

数据存储装置，用于进行数据存储，其中，对每一次数据存储，都将邻近的几位数据组织成的子树结构进行数据存储。 

优选地，所述存储结构的存储方式划分为：将Trie的根节点放在寄存器堆中；将Trie结构的第2至4层放到内部RAM中；将Trie结构大于第4层的数据根据资源的大小放置在外部SRAM或者SDRAM中。