CN109344222A - 一种高带宽tcam的查找与存储方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种高带宽TCAM的查找与存储方法及装置，方法包括接收报文并根据报文携带的信息生成分组关键字和查找关键字；根据查找关键字查找预设的TCAM查找条目，获得匹配线；根据分组关键字判断是否对匹配线进行分组，若是，则将匹配线分成多个组，并对分组后的匹配线分别进行译码，获得多个查找结果，根据查找结果查找预设于SRAM中的关联数据表，获得多个关联数据，将多个关联数据组合成目标关联数据，否则，对匹配线直接进行译码，获得查找结果，并根据查找结果查找预设于SRAM中的关联数据表，获得目标关联数据。本发明可以在一个时钟周期必须处理完一个报文的高带宽场景限制下使用。

Description

一种高带宽TCAM的查找与存储方法及装置

技术领域

本发明涉及一种计算机网络技术，尤其是涉及一种高带宽TCAM的查找与存储方法及装置。

背景技术

在网络交换芯片中，通常使用TCAM(Ternary Content Addressable Memory，三态内容寻址存储器)快速查找ACL(Access Control List，访问控制列表)表、路由表等，获得报文的转发或策略行为，指导报文的处理。

TCAM的查找结果用于索引AD(Associated Data，关联数据)表。受制于ASIC设计，关联数据表的宽度并不可以无限制的宽。如大多数应用场景下(如访问控制、策略路由等)，对关联数据表的宽度可能要求170bit即可，如配置包含1024条目数的TCAM，使用深度为1024，宽度为170bit的SRAM；但是少数应用场景下，可能需要TCAM中条目数量少，但与之相关联的关联数据表的宽度可能很宽，如配置包含512个条目数的TCAM，使用深度为512，宽度为340bit的SRAM。虽然可以应付高带宽需求，但是对万变的应用场景，无法灵活应对条目数，即普通TCAM&AD组的数量和特殊TCAM&AD组的数量是固定的。

又如所有的TCAM都按照1024配置，所有的AD表也都按照1024*170bit配置，当1024的TCAM&AD组需要用于340bit AD需求的时候，将同一个Key份两次查询TCAM，第一次的得到Index1，读取AD RAM，得到AD1；第二次得到Index2，读取AD RAM，得到AD2。将AD1和AD2组合后，得到最终340bit的AD，用于报文处理。这种方案的缺点在于，1024的TCAM&AD组合需要被一个报文访问两次，在一个时钟周期必须处理完一个报文的高带宽场景限制下，无法使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种高带宽TCAM的查找与存储方法及装置。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种高带宽的TCAM查找与存储方法，包括步骤：

S100，接收报文并根据所述报文携带的信息生成分组关键字和查找关键字；

S200，将所述查找关键字与TCAM中预设的条目进行匹配，获得匹配线；

S300，根据所述分组关键字判断是否对所述匹配线进行分组，若是，则执行步骤S400，否则，直接对所述匹配线进行译码，获得查找结果，并根据所述查找结果查找SRAM中预设的关联数据表，获得目标关联数据；

S400，将所述匹配线分为M组，并对每组匹配线进行译码，获得M个查找结果，根据M个查找结果查找SRAM中预设的关联数据表，获得M个关联数据，将所述M个关联数据组合成目标关联数据，其中，M为大于1的整数。

优选地，在步骤S100之前还通过如下步骤配置所述SRAM中预设的关联数据表：

根据SRAM的宽度及目标关联数据表的宽度计算所需SRAM的数量，并将目标关联数据表配置在所选择的SRAM中。

优选地，在步骤S300中，所述分组关键字为0时，无需对所述匹配线分组，所述分组关键字为1时，需要对所述匹配线进行分组。

优选地，在步骤S300中，所述查找结果中还设有用于选择查询SRAM的标志位。

优选地，在步骤S400中，根据所述SRAM的数量对匹配线进行分组。

本发明还揭示了一种高带宽TCAM查找与存储装置，包括

提取模块，用于接收报文并根据所述报文携带的信息生成分组关键字和查找关键字；

匹配模块，用于将所述查找关键字与TCAM中预设的条目进行匹配，获得匹配线；

判断模块，用于根据所述分组关键字判断是否对所述匹配线进行分组；

第一目标关联数据获取模块，用于在所述判断模块判断无需对匹配线进行分组时，直接对所述匹配线进行译码，获得查找结果，并根据所述查找结果查找SRAM中预设的关联数据表，获得目标关联数据；

第二目标关联数据获取模块，用于在所述判断模块判断需对匹配线进行分组时，将所述匹配线分为M组，并对每组的匹配线进行译码，获得M个查找结果，根据M个查找结果查找SRAM中预设的关联数据表，获得M个关联数据，将所述M个关联数据组合成目标关联数据，其中，M为大于1的整数。

优选地，所述第一目标关联数据获取模块包括第一译码模块和第一查找模块，所述第一译码器用于对直接对所述匹配线进行译码，获得查找结果，所述第一查找模块根据所述查找结果查找SRAM中预设的关联数据表，获得目标关联数据。

优选地，所述第二目标关联数据获取模块包括分组模块、第二译码模块、第二查找模块和组合模块，所述分组模块用于将所述匹配线分为M组，第二译码模块用于对每组的匹配线进行译码，获得M个查找结果，所述第二查找模块用于根据所述M个查找结果查找SRAM中预设的关联数据表，获得M个关联数据，所述组合模块用于将所述M个关联数据组合成目标关联数据，其中，M为大于1的整数。

优选地，还包括关联数据表配置模块，所述关联数据表配置模块根据SRAM的宽度及目标关联数据表的宽度计算所需SRAM的数量，并将目标关联数据表配置在所选择的SRAM中。

优选地，所述分组模块根据所述SRAM的数量将匹配线进行分组。

本发明的有益效果是：

本发明所述的一种高带宽TCAM的查找与存储方法及装置，不但适合高带宽场景，而且还可以做到条目级别控制AD的宽度，提供了规格上的灵活性，并且还可以在一个时钟周期必须处理完一个报文的高带宽场景限制下使用；同时，由于模块化的电路设计，使得ASIC后端布线工作变得更加规整、更容易。

附图说明

图1是本发明的应用场景图示意图；

图2是本发明的方法流程图示意图；

图3是本发明的结构框图示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明所述的一种高带宽TCAM的查找与存储方法所应用的一种场景图，但不限于图1所示的场景图。实施时，NP(Network Processor，网络处理器)或ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路)从报文头部中获取需要查找的信息(如转发地址等信息)，并根据所述需要查找的信息生成查找关键字(Key)；查找关键字作为TCAM(Ternary Content Addressable Memory，三态内容寻址存储器)的数据输入，与TCAM中存储的条目进行匹配，若存在匹配的条目，则输出一组匹配线(Match line)；匹配线经优先权译码器译码后获得索引值(Index)，即为TCAM的查找结果；索引值作为SRAM的地址输入，最终获得关联数据。关联数据存储了数据报文应当进行的转发或策略行为，通过对数据报文应用预设的转发或策略行为，实现了对数据报文的转发或监管。

每个TCAM中均相应的配置了预设数量的条目，与之相关联的SRAM(StaticRandom-Access Memory，静态随机存取存储器)中同样配置了预设数量的关联数据表项，SRAM中的存储的关联数据表项组成关联数据表(AD表)，由于SRAM的宽度为固定值，则AD表的宽度为固定值，如：TCAM中配置了1024个条目，而与之相关联的SRAM配置了1024个关联数据表项，每个关联数据的宽度为170bit(受到每个SRAM宽度的限制)，最终组成的关联数据表的宽度为170bit。

实施时，当关联数据表的宽度大于SRAM的宽度时，可通过如下步骤配置关联数据表：

首先，根据所选择的SRAM的宽度，及关联数据表的宽度计算所需SRAM的数量；

最后，将关联数据表配置在所需的SRAM中。

具体地，每个SRAM的宽度为固定值，如85bit、170bit等等，而关联数据表的宽度根据实际需求而变动。当关联数据表的宽度小于或等于SRAM的宽度时，只需选择一块SRAM即可满足配置需求，然而当关联数据表的宽度大于SRAM的宽度时，则需要选择多个SRAM存储关联数据表。此时，可根据所选择SRAM的宽度，及关联数据表的宽度计算所需SRAM的数量，如所选择SRAM的宽度为85bit，而关联数据表的宽度为170bit，则只需选择两块宽度为85bit的SRAM；又如所选择SRAM的宽度为170bit，而关联数据表的宽度大于340bit且小于510bit，此时，可选择三块宽度为170bit的SRAM。

通过上述配置后，每个TCAM可关联N个SRAM，N为大于1的整数。当需要查找的关联数据表项的宽度大于SRAM的宽度时，可通过本发明所揭示的一种TCAM的查找方法获得所需宽度的关联数据表项，如对于配置了1024个条目的TCAM，同时使用两块深度为512，宽度为170bit的SRAM作为存储与之相关联的AD表，通过本发明所揭示的TCAM查找方法，在一个时钟周内，可获得170bit的AD表或340bit的AD表。

如图2所示，本发明所揭示的一种高带宽TCAM查找方法，包括如下步骤:

步骤S100，接收报文并根据所述报文携带的信息生成分组关键字和查找关键字；

具体地，数据报文中包含了多种信息，如报文类型、报文版本、报文长度等等，如图1所示的场景中，当NP或ASIC接收到报文时，NP或ASIC根据报文携带的信息生成分组关键字(adType)和查找关键字(Key)。

其中，查找关键字(Key)用于与TCAM中预设的条目进行匹配，若匹配，则输出一组匹配线(Match Line)，匹配线经优先权译码器译码后获得索引值(Index)。查找关键字(Key)的生成包括：NP或ASIC从报文中将需要查找的信息提取出来，将需要查找的信息整理成与TCAM所存表项的格式相一致，即可获得查找关键字(Key)。

分组关键字(adType)用于标识是否对匹配线(Match Line)进行字段分组，实施时，分组关键字可通过置0或置1来标识是否对匹配线进行字段分组，如当分组关键字置0时，则无需对匹配线进行字段分组，匹配线直接进入优先权译码器进行译码，分组关键字置1时，则需要对匹配线进行字段分组，将分组后的匹配线分别送入优先权译码器中进行译码。分组关键字的生成包括：NP或ASIC从报文中获得端口信息，根据端口信息生成分组关键字，如对于编号为0～128的端口中接收到的报文，生成的分组关键字(adType)置为0，对于编号为129～255的端口接收到的报文，生成的分组关键字(adType)置为1，当然，也可以根据预设的报文处理逻辑，获得该报文所对应的分组关键字。

步骤200，将所述查找关键字与TCAM中预设的条目进行匹配，获得匹配线；

具体地，查找关键字作为TCAM的数据输入，与TCAM中预设的条目进行匹配，若存在匹配，则输出匹配线。

步骤300，根据所述分组关键字判断是否对所述匹配线进行分组，若是，则执行步骤S400，否则，直接对所述匹配线进行译码，获得查找结果，并根据所述查找结果查找SRAM中预设的关联数据表，获得目标关联数据；

步骤S400，将匹配线分为M个匹配线字段组，并对所述M个匹配线字段组分别进行译码，获得M个查找结果，根据所述M个查找结果，获得M个关联数据，将所述M个目标关联数据组合后获得目标关联数据。

具体地，分组关键字用于标识是否对匹配线进行分组，本实施例中，分组关键字为0时，无需对匹配线进行分组，分组关键字为1时，需对匹配线进行分组，当然，也可以根据实际需求设置分组关键字为0时，需对匹配线进行分组，分组关键字为1时，无需对匹配线进行分组。

当分组关键字为0时，则表示无需对获得的匹配线进行分组，直接将匹配线输入至优先权译码器中，获得索引值(Index)，即查找结果，根据索引值在SRAM中进行查找，即可获得目标关联数据。

当分组关键字为1时，则表示需要对获得的匹配线进行分组，即将匹配线分成M个匹配线字段组，其中，M为TCAM所对应的SRAM数量，M为大于1的整数。M个匹配线字段组分别送入优先权译码器中进行译码处理，获得M个查找结果，即获得M个索引值(Index)，根据M个索引值查找预设于SRAM中的关联数据表，获得M个关联数据，将所述M个关联数据组合后，可获得目标关联数据。

进一步地，由于每个TCAM均对应N个SRAM，N为大于1的整数。因此，在步骤300中，当无需对匹配线进行分组时，对于匹配线译码后获得的索引值(Index)，还需要判断在哪一SRAM进行查找。

具体地，索引值通常表示为Index[9:0]，用于表示SRAM中的索引地址，其最高位为Index[9]，最低位为Index[0]。实施时，可通过在Index设置标志位来确定选择哪一SRAM。

本实施例中，以配置1024个条目的TCAM，使用两个深度为512，宽度为170bit的SRAM(SRAM的编号分别为0和1)为例，详细说明如何通过Index来确定选择哪一SRAM。实施时，可配置Index[9]为0时，选择编号为0的SRAM，否则，选择编号为1的SRAM，对于Index[8:0]可用于索引SRAM。

进一步地，在步骤400中，可根据TCAM所关联的SRAM数量对匹配线进行分组。同样以配置1024个条目的TCAM，使用两个深度为512，宽度为170bit的SRAM(SRAM的编号分别为0和1)为例，当分组关键字为1时，将获得的匹配线分为两组，低512bit为一组，高512bit为一组，低512bit和高512bit分别送入优先权译码器中获得Index0[8:0]和Index1[8:0]，其中，Index0[8:0]用于索引编号为0的SRAM，获得一宽度为170bit的关联数据片段，Index1[8:0]用于索引编号为1的SRARM，同样可获得一宽度为170bit的关联数据片段，将两个关联数据组合后，获得目标关联数据。

本实施例中，对于匹配线分组时，根据SRAM的数量进行分组，但并不限于将其均等分。

如图3所示，本发明还揭示了一种高带宽TCAM查找与存储装置，包括提取模块、匹配模块、判断模块、第一目标关联数据获取模块和第二目标关联数据获取模块，其中，提取模块用于接收报文并根据所述报文携带的信息生成分组关键字和查找关键字；匹配模块用于将所述查找关键字与TCAM中预设的条目进行匹配，获得匹配线；判断模块用于根据所述分组关键字判断是否对所述匹配线进行分组；第一目标关联数据获取模块用于在所述判断模块判断无需对匹配线进行分组时，直接对所述匹配线进行译码，获得查找结果，并根据所述查找结果查找SRAM中预设的关联数据表，获得目标关联数据；第二目标关联数据获取模块用于在所述判断模块判断需对匹配线进行分组时，将所述匹配线分为M组，并对每组的匹配线进行译码，获得M个查找结果，根据M个查找结果查找SRAM中预设的关联数据表，获得M个关联数据，将所述M个关联数据组合成目标关联数据，其中，M为大于1的整数。

具体地，第一目标关联数据获取模块包括第一译码模块和第一查找模块，其中，第一译码器用于对直接对所述匹配线进行译码，获得查找结果，第一查找模块根据所述查找结果查找SRAM中预设的关联数据表，获得目标关联数据；

第二目标关联数据获取模块包括分组模块、第二译码模块、第二查找模块和组合模块，其中，分组模块用于将匹配线分成M组；第二译码器用于对每组匹配线进行译码，获得M个查找结果；第二查找模块用于根据所述M个查找结果查找SRAM中预设的关联数据表，获得M个关联数据；组合模块用于将所述M个关联数据组合成目标关联数据。

实施时，判断模块根据分组关键字的值判断是否对匹配线进行分组，本实施例中，分组关键字为0时，无需对匹配线进行分组，分组关键字为1时，需对匹配线进行分组，当然，也可以根据实际需求设置分组关键字为0时，需对匹配线进行分组，分组关键字为1时，无需对匹配线进行分组。

进一步地，装置还包括关联数据表配置模块，其可根据SRAM的宽度及目标关联数据表的宽度计算所需SRAM的数量，并将目标关联数据表配置在所选择的SRAM中，使得每个TCAM可关联N个SRAM，N为大于的整数。

进一步地，分组模块根据SRAM的数量对匹配线进行分组，分组时并不限于将其均等分。

进一步地，由于每个TCAM均对应N个SRAM，N为大于1的整数。因此，当无需对匹配线进行分组时，对于匹配线译码后获得的查找结果，即索引值(Index)，第一查找模块还需要判断在哪一SRAM进行查找。

具体地，索引值通常表示为Index[9:0]，用于表示SRAM中的索引地址，其最高位为Index[9]，最低位为Index[0]。实施时，可通过在Index设置标志位来确定选择哪一SRAM。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种高带宽TCAM的查找与存储方法，其特征在于，包括步骤：

S100，接收报文并根据所述报文携带的信息生成分组关键字和查找关键字；

S200，将所述查找关键字与TCAM中预设的条目进行匹配，获得匹配线；

S300，根据所述分组关键字判断是否对所述匹配线进行分组，若是，则执行步骤S400，否则，直接对所述匹配线进行译码，获得查找结果，并根据所述查找结果查找SRAM中预设的关联数据表，获得目标关联数据；

S400，将所述匹配线分为M组，并对每组匹配线进行译码，获得M个查找结果，根据M个查找结果查找SRAM中预设的关联数据表，获得M个关联数据，将所述M个关联数据组合成目标关联数据，其中，M为大于1的整数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S100之前还通过如下步骤配置所述SRAM中预设的关联数据表：

根据SRAM的宽度及目标关联数据表的宽度计算所需SRAM的数量，并将目标关联数据表配置在所选择的SRAM中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S300中，所述分组关键字为0时，无需对所述匹配线分组，所述分组关键字为1时，需要对所述匹配线进行分组。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S300中，所述查找结果中还设有用于选择查询SRAM的标志位。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤S400中，根据所述SRAM的数量对匹配线进行分组。

6.一种高带宽TCAM的查找与存储装置，其特征在于，包括

提取模块，用于接收报文并根据所述报文携带的信息生成分组关键字和查找关键字；

匹配模块，用于将所述查找关键字与TCAM中预设的条目进行匹配，获得匹配线；

判断模块，用于根据所述分组关键字判断是否对所述匹配线进行分组；

第一目标关联数据获取模块，用于在所述判断模块判断无需对匹配线进行分组时，直接对所述匹配线进行译码，获得查找结果，并根据所述查找结果查找SRAM中预设的关联数据表，获得目标关联数据；

第二目标关联数据获取模块，用于在所述判断模块判断需对匹配线进行分组时，将所述匹配线分为M组，并对每组匹配线进行译码，获得M个查找结果，根据M个查找结果查找SRAM中预设的关联数据表，获得M个关联数据，将所述M个关联数据组合成目标关联数据，其中，M为大于1的整数。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一目标关联数据获取模块包括第一译码模块和第一查找模块，所述第一译码器用于对直接对所述匹配线进行译码，获得查找结果，所述第一查找模块根据所述查找结果查找SRAM中预设的关联数据表，获得目标关联数据。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二目标关联数据获取模块包括分组模块、第二译码模块、第二查找模块和组合模块，所述分组模块用于将所述匹配线分为M组，第二译码模块用于对每组匹配线进行译码，获得M个查找结果，所述第二查找模块用于根据所述M个查找结果查找SRAM中预设的关联数据表，获得M个关联数据，所述组合模块用于将所述M个关联数据组合成目标关联数据，其中，M为大于1的整数。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括关联数据表配置模块，所述关联数据表配置模块用于根据SRAM的宽度及目标关联数据表的宽度计算所需SRAM的数量，并将目标关联数据表配置在所选择的SRAM中。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述分组模块根据所述SRAM的数量将匹配线进行分组。