CN1798088A - 基于fpga的路由查找和刷新的调度方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种基于FPGA的路由查找和刷新的调度方法及其装置，所述装置包括一CPU接口和一查表控制器，其都分别与一TCAM访问调度与控制单元以及一SSRAM访问调度与控制单元通讯连接，用以调度访问TCAM或者SSRAM；所述调度装置控制在所述查表控制器利用TCAM查表的同时，所述CPU接口刷新SSRAM中的表项内容，在CPU接口刷新TCAM中的表项时，查表控制器读取SSRAM中的查表结果。本发明从FPGA实现角度提出的路由查找和刷新的调度方法及装置，并且查表控制器和CPU对TCAM和SSRAM的访问是单独进行调度的，提高了路由查找和刷新的效率，保证了系统及时响应CPU的刷新请求。
Description
技术领域
本发明涉及一种数据通信领域中基于可编程大型门列阵芯片FPGA(Field programmable gate array，以下简称FPGA)的路由查找和刷新的调度方法及其装置，尤其涉及一种在FPGA中实现的，并且查表控制器和CPU对TCAM和SSRAM的访问是单独进行调度的路由查找和刷新的调度方法及其装置。
背景技术
现有技术在基于三重内容可编址存储器(Ternary Content AddressableMemory，以下简称TCAM)的路由查找系统中，TCAM和串行静态随机存储器(Serial Static Random Access Memory，以下简称SSRAM)一起组成硬件路由表，查表控制器将要查找的IP地址作为搜索关键字输入到TCAM，TCAM将此关键字与其存储的所有的表项同时进行比较，并返回匹配表项在TCAM中所对应的地址，而相应的路由表项内容则存储在与TCAM对应的SSRAM中。路由查找系统一般都有CPU接口用来刷新所述路由表，路由刷新与路由查表不能同时进行，二者必须进行必要的调度才能满足既能快速查表，又能及时刷新的要求。
现有技术的一般调度方法是在TCAM和SSRAM的控制接口之前采用一个调度器对路由查找和刷新进行统一调度，这样在某一个时刻，如果CPU接口和查表控制器中的某一个设备同时获得对TCAM和SSRAM的访问权，这种调度的结果是，即使在该时刻TCAM和SSRAM中的某一个处于空闲状态，另一个设备也无权访问，查找和刷新的效率大幅度降低。在中国专利号为02100458.7的“基于内容可寻址存储器的高速路由查找系统”专利文献中公开了一种利用TCAM来查表的方法，其对路由查找和刷新的调度是在TCAM和SSRAM的统一的接口“发射模块”之前统一进行调度的，因此，在某一个时刻只有其中一个设备同时获得TCAM和SSRAM的访问权，查找和刷新的效率依然很低，并且该文献也没有揭示描述具体的调度实现方法。
因此，现有技术还存在缺陷，而有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于FPGA的路由查找和刷新的调度方法及其装置，为了提高路由查找和刷新的效率，从FPGA实现的角度提出一种路由查找和刷新的调度方法及装置，利用该方法和装置可以实现实时刷新和快速路由查找。
本发明的技术方案为：
一种基于FPGA的路由查找和刷新的调度装置，其中，所述装置包括一CPU接口和一查表控制器，其都分别与一TCAM访问调度与控制单元以及一SSRAM访问调度与控制单元通讯连接，用以调度访问TCAM或者SSRAM；所述调度装置控制在所述查表控制器利用TCAM查表的同时，所述CPU接口刷新SSRAM中的表项内容，在CPU接口刷新TCAM中的表项时，查表控制器读取SSRAM中的查表结果。
所述的调度装置，其中，所述TCAM访问调度与控制单元中设置有一优先级仲裁器，并且所述CPU接口的优先级高于所述查表控制器。
所述的调度装置，其中，所述SSRAM访问调度与控制单元中设置有一优先级仲裁器，并且所述CPU接口的优先级高于所述查表控制器。
所述的调度装置，其中，所述TCAM访问调度与控制单元与所述SSRAM访问调度与控制单元分别设置有寄存器，所述CPU接口通过寄存器方式间接访问外部TCAM或SSRAM。
一种基于FPGA的路由查找和刷新的调度方法，其中：所述调度方法通过一CPU接口和一查表控制器对TCAM和SSRAM的访问是单独进行调度的，其在所述查表控制器利用TCAM查表的同时，所述CPU接口刷新SSRAM中的表项内容；以及在所述CPU接口刷新TCAM中的表项时，所述查表控制器读取SSRAM中的查表结果。
所述的调度方法，其中，所述调度方法基于优先级调度，所述CPU接口的优先级高于所述查表控制器。
所述的调度方法，其中，所述CPU接口通过寄存器读写的方式间接访问外部TCAM和SSRAM。
所述的调度方法，其中，所述CPU接口和所述查表控制器通过以下步骤访问TCAM：
所述CPU接口在访问TCAM时，如果是写操作，则首先将要发送的数据写入一数据寄存器，如果是读操作则不对所述数据寄存器进行操作，然后将发送的设备ID号、地址和命令写入一地址命令寄存器后，将一读写请求寄存器中读/写请求位进行置位，发出读写请求；所述查表控制器访问TCAM时也将查表请求寄存器的请求位进行置位，发出查表请求；
一优先级仲裁器根据所述CPU接口的读写请求、TCAM的查表请求以及TCAM的当前空闲状态确定哪个设备访问TCAM；一TCAM控制接口根据优先级仲裁器的仲裁结果决定将访问权交给所述CPU接口或者查表控制器，完成查表和刷新工作。
所述的调度方法，其中，所述CPU接口和所述查表控制器通过以下步骤访问SSRAM：
所述CPU接口在访问SSRAM时，如果是写操作，则首先将要发送的数据写入一数据寄存器中，如果是读操作则不对所述数据寄存器进行操作，然后将要访问的地址写入一地址寄存器后，将读写请求寄存器中的读/写请求位进行置位，发出读写请求；所述查表控制器只对外部SSRAM执行读操作，其要访问外部SSRAM时先将读请求寄存器的请求位进行置位，发出读请求；
一优先级仲裁器根据CPU的读写请求、查表控制器的读请求以及SSRAM当前状态确定哪个设备访问SSRAM；一SSRAM控制接口根据优先级仲裁器的仲裁结果决定将访问权交给所述CPU接口或者所述查表控制器，以完成查表和刷新工作。
所述的调度方法，其中，所述优先级仲裁器对所述CPU读写的优先级高于TCAM查表请求或所述查表控制器的读操作。
本发明所提供的一种基于FPGA的路由查找和刷新的调度方法及其装置，通过对查表控制器和CPU对TCAM和SSRAM的访问单独进行调度，提高了路由查找和刷新的效率；并基于优先级的调度方法，保证了系统可以实时响应CPU的刷新请求；所述CPU基于寄存器间接访问外部器件的方法，提高了路由刷新速度；通过单独调度、基于优先级以及寄存器间接访问的方法，本发明所述装置实现了一种高效的路由查找和刷新的调度系统。
附图说明
图1为本发明的所述基于FPGA路由查找和刷新的调度方法及其装置的系统框图；
图2为本发明的所述基于FPGA的路由查找和刷新的调度方法及其装置的查表控制器和CPU访问TCAM的方法示意图；
图3为本发明的方法及其装置的查表控制器和CPU访问TCAM的优先级仲裁结果示意图；
图4为本发明方法及其装置的查表控制器和CPU访问SSRAM的方法示意图；
图5为本发明方法及其装置的查表控制器和CPU访问SSRAM的优先级仲裁结果示意图。
具体实施方式
以下结合附图，将对本发明的具体实施方式进行详细描述，以使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。
本发明所提出的基于FPGA的路由查找和刷新的调度方法及装置，其CPU接口和查表控制器对TCAM和SSRAM的访问是单独进行调度的，如图1所示，这种调度的特征在于，在查表控制器利用TCAM查表的同时，CPU接口可以刷新SSRAM中的表项内容；反之，在CPU接口刷新TCAM中的表项时，查表控制器可以读取SSRAM中的查表结果，从而提高了路由查找和刷新的效率。
本发明所述的这种调度方法是一种基于优先级的调度方法，CPU接口的优先级高于所述查表控制器，这样系统可以实时响应CPU的刷新请求。由于CPU接口的速度通常比较低，因此，CPU接口是通过寄存器读写的方式间接访问外部TCAM和SSRAM的，这种通过寄存器间接访问的方式，使系统可以以外部硬件的速度实现高速的路由刷新。
所述CPU接口和查表控制器通过以下步骤访问所述TCAM，如图2和图3所示，CPU接口在访问TCAM时，如果是写操作，则首先将要发送的数据写入数据寄存器，如果是读操作则不对数据寄存器进行操作，然后将发送的设备ID号、地址和命令写入地址命令寄存器后，将读写请求寄存器中读/写请求位进行置位，发出读/写请求。所述查表控制器访问TCAM时也要将查表请求寄存器的请求位进行置位，发出查表请求。
一优先级仲裁器根据CPU的读写请求、TCAM查表请求以及TCAM当前空闲状态进行优先级仲裁确定是哪个设备访问TCAM，其中CPU读写的优先级高于TCAM的查表请求。TCAM控制接口根据优先级仲裁器的仲裁结果决定将访问权交给CPU或者查表控制器，从而完成查表和刷新工作。
所述CPU接口和查表控制器通过以下步骤访问所述SSRAM，如图4和图5所示的，所述CPU接口在访问SSRAM时，如果是写操作，则首先将要发送的数据写入数据寄存器中，如果是读操作则不对数据寄存器进行操作，然后将要访问的地址写入地址寄存器后，将读写请求寄存器中读/写请求位进行置位，发出读/写请求。所述查表控制器只对外部SSRAM执行读操作，其要访问外部SSRAM时先将读请求寄存器的请求位进行置位，发出读请求。
一优先级仲裁器根据CPU的读写请求、查表控制器的读请求以及SSRAM当前状态进行优先级仲裁确定哪个设备访问SSRAM，其中CPU读写的优先级高于查表控制器的读请求。所述SSRAM控制接口根据优先级仲裁器的仲裁结果决定将访问权交给CPU或者查表控制器，从而完成查表和刷新工作。
图1是本发明的基于FPGA的路由查找和刷新的调度装置的系统结构框图，所述查表控制器1-2和CPU接口1-1对TCAM1-5和SSRAM1-6的访问是单独进行调度的，这种调度的特征在于，在查表控制器1-2利用TCAM1-5查表的同时，CPU接口1-1可以刷新SSRAM1-6中得表项内容，反之，在CPU接口1-1刷新TCAM1-5中的表项时，查表控制器1-2可以读取SSRAM1-6中的查表结果，从而提高路由查找和刷新的效率。本发明的这种调度方法中，所述TCAM访问调度和控制1-3以及SSRAM访问调度和控制1-4是一种基于优先级的调度方法，其中CPU接口1-1的优先级高于查表控制器1-2，从而系统可以实时响应CPU的刷新请求。所述CPU接口1-1是通过寄存器读写的方式间接访问外部TCAM1-5和SSRAM1-6的，从而系统可以以外部硬件的速度实现高速的路由刷新。
图2是本发明方法及其装置的查表控制器和CPU访问外部TCAM的示意图，由于查表和刷新都要访问TCAM1-10，查表和刷新不能同时进行，本发明提出了一种基于优先级的调度方法，并且CPU是通过寄存器读写的方式间接访问外部TCAM1-10。所述CPU在访问外部TCAM1-10时，如果对外部TCAM1-10进行写操作，则首先将要发送的数据写入所述数据寄存器2-2中，将要发送的设备ID号、地址和命令等写入地址命令寄存器2-3后，将读写请求寄存器2-4中写请求位进行置位为1，发出写请求；如果CPU对外部TCAM1-10进行读操作，则将要进行读操作的设备ID号、地址和命令写入地址命令寄存器2-3后，再将读写请求寄存器2-4中读请求位置为1，发出读请求。
所述查表控制器1-2访问TCAM1-10芯片时也要将查表请求寄存器2-6的请求位进行置位为1，发出查表请求。由于查表和路由刷新不可能在一个时钟周期完成，因此，TCAM状态指示寄存器2-8指示TCAM1-10当前空闲状态，所述优先级仲裁器2-7根据CPU的读写请求、TCAM查表请求以及TCAM当前空闲状态确定哪个设备访问TCAM1-10，其中CPU读写的优先级高于TCAM查表请求。查表控制器和CPU访问TCAM的优先级仲裁结果如图3所示，其中“*”表示有请求或者没有请求都可以。
如果TCAM当前处于空闲状态，且所述CPU请求访问TCAM1-10，此时不论有没有查表请求，都是CPU获得TCAM1-10访问权，TCAM控制接口2-9将总线控制权交给CPU。如果是CPU写TCAM1-10请求，则TCAM控制接口2-9从CPU的数据寄存器2-2和地址命令寄存器2-3中取出相应数据，并按照TCAM接口时序发送到TCAM1-10相应的数据总线和命令总线上，完成对TCAM1-10写操作。如果是CPU读TCAM1-10请求，则从CPU的地址命令寄存器2-3中读出相应的数据按照TCAM1-10接口时序发送到TCAM1-10的数据总线和命令总线，完成对TCAM1-10的读操作，读回的数据存放在数据寄存器2-2中供CPU读取。
如果TCAM1-10当前处于空闲状态，且CPU没有请求访问TCAM1-10，而查表控制器1-2请求访问TCAM1-10，则查表控制器1-2获得TCAM1-10访问权，TCAM控制接口2-9将总线控制权交给查表控制器1-2，所述查表控制器1-2直接对TCAM数据总线和命令总线进行控制，向总线发出查表命令和相应数据，查表结果通过TCAM的结果总线返回到查表控制器1-2。
如果TCAM当前状态是正忙，则保持现有设备的TCAM访问权。
当相应的请求被响应以后，请求位被清零，以便接受下一次请求。
图4是本发明所述方法及其装置的查表控制器和CPU访问外部SSRAM的示意图，由于查表和刷新都要访问外部SSRAM1-10，查表和刷新不能同时进行，本发明提出了一种基于优先级的调度方法，并且CPU是通过寄存器读写的方式间接访问外部SSRAM1-10。在CPU准备访问外部SSRAM1-10时，如果对外部SSRAM1-10进行写操作，则首先将要发送的数据写入数据寄存器2-2，然后将要访问的地址写入地址寄存器2-3，再将读写请求寄存器2-4中写请求位置为1，发出写请求。如果是CPU对外部SSRAM1-10进行读操作，则首先将要访问的地址写入地址寄存器2-3，再将读写请求寄存器2-4中读请求位置为1，发出读写请求。
所述查表控制器1-2只对外部SSRAM1-10执行读操作，其要访问外部SSRAM1-10时将读请求寄存器2-6的请求位置为1，发出读请求。由于查表和刷新不可能在一个时钟周期完成，因此，SSRAM状态指示寄存器4-8指示SSRAM1-10当前空闲状态，优先级仲裁器2-6根据CPU的读写请求、查表控制器的读请求以及SSRAM当前状态确定哪个设备访问SSRAM1-10，其中CPU读写的优先级高于查表控制器2-6的读请求。查表控制器2-6和CPU访问外部SSRAM1-10的优先级仲裁结果如图5所示。
如果SSRAM1-10当前是空闲状态，且CPU请求访问SSRAM1-10，此时不论查表控制器1-2有没有读请求，都是CPU获得SSRAM1-10访问权，SSRAM控制接口4-9将总线控制权交给CPU。如果是CPU写请求，则SSRAM控制接口4-9从CPU的数据寄存器2-2和地址寄存器2-3中读取数据和地址，并按照SSRAM的接口时序发送到SSRAM1-10相应的数据总线和地址总线上，完成对SSRAM1-10的写操作。如果是CPU读请求，则从CPU的地址寄存器2-3中读出相应的地址并按照SSRAM接口时序发送到SSRAM1-10的地址总线上，完成SSRAM1-10的读操作，读回的数据存放在数据寄存器2-2中供CPU读取。
如果SSRAM1-10当前是空闲状态，且CPU没有请求访问SSRAM1-10，而查表控制器2-6请求访问外部SSRAM1-10，则查表控制器1-10获得SSRAM1-10访问权，SSRAM控制接口4-9将总线控制权交给查表控制器1-2，查表控制器1-2直接对SSRAM1-10数据总线和地址总线进行控制，完成对SSRAM1-10的读操作，从SSRAM1-10读回的查表结果返回到查表控制器1-2，并被写入到结果FIFO中。
如果SSRAM当前状态是正忙，则保持现有设备的对SSRAM1-10访问权。
当相应的请求被响应以后，请求位会被清零，以便接受下一次请求。
以上详细描述了本发明的具体较佳实施例，然而应当理解的是，本发明的上述描述不应理解为对本发明请求保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1、一种基于FPGA的路由查找和刷新的调度装置，其特征在于，所述装置包括一CPU接口和一查表控制器，其都分别与一TCAM访问调度与控制单元以及一SSRAM访问调度与控制单元通讯连接，用以调度访问TCAM或者SSRAM；所述调度装置控制在所述查表控制器利用TCAM查表的同时，所述CPU接口刷新SSRAM中的表项内容，在CPU接口刷新TCAM中的表项时，查表控制器读取SSRAM中的查表结果。
2、根据权利要求1所述的调度装置，其特征在于，所述TCAM访问调度与控制单元中设置有一优先级仲裁器，并且所述CPU接口的优先级高于所述查表控制器。
3、根据权利要求1或2所述的调度装置，其特征在于，所述SSRAM访问调度与控制单元中设置有一优先级仲裁器，并且所述CPU接口的优先级高于所述查表控制器。
4、根据权利要求3所述的调度装置，其特征在于，所述TCAM访问调度与控制单元与所述SSRAM访问调度与控制单元分别设置有寄存器，所述CPU接口通过寄存器方式间接访问外部TCAM或SSRAM。
5、一种基于FPGA的路由查找和刷新的调度方法，其特征在于：所述调度方法通过一CPU接口和一查表控制器对TCAM和SSRAM的访问是单独进行调度的，其在所述查表控制器利用TCAM查表的同时，所述CPU接口刷新SSRAM中的表项内容；以及在所述CPU接口刷新TCAM中的表项时，所述查表控制器读取SSRAM中的查表结果。
6、根据权利要求5所述的调度方法，其特征在于，所述调度方法基于优先级调度，所述CPU接口的优先级高于所述查表控制器。
7、根据权利要求6所述的调度方法，其特征在于，所述CPU接口通过寄存器读写的方式间接访问外部TCAM和SSRAM。
8、根据权利要求7所述的调度方法，其特征在于，所述CPU接口和所述查表控制器通过以下步骤访问TCAM：
所述CPU接口在访问TCAM时，如果是写操作，则首先将要发送的数据写入一数据寄存器，如果是读操作则不对所述数据寄存器进行操作，然后将发送的设备ID号、地址和命令写入一地址命令寄存器后，将一读写请求寄存器中读/写请求位进行置位，发出读写请求；所述查表控制器访问TCAM时也将查表请求寄存器的请求位进行置位，发出查表请求；
一优先级仲裁器根据所述CPU接口的读写请求、TCAM的查表请求以及TCAM的当前空闲状态确定哪个设备访问TCAM；一TCAM控制接口根据优先级仲裁器的仲裁结果决定将访问权交给所述CPU接口或者查表控制器，完成查表和刷新工作。
9、根据权利要求7所述的调度方法，其特征在于，所述CPU接口和所述查表控制器通过以下步骤访问SSRAM：
所述CPU接口在访问SSRAM时，如果是写操作，则首先将要发送的数据写入一数据寄存器中，如果是读操作则不对所述数据寄存器进行操作，然后将要访问的地址写入一地址寄存器后，将读写请求寄存器中的读/写请求位进行置位，发出读写请求；所述查表控制器只对外部SSRAM执行读操作，其要访问外部SSRAM时先将读请求寄存器的请求位进行置位，发出读请求；
一优先级仲裁器根据CPU的读写请求、查表控制器的读请求以及SSRAM当前状态确定哪个设备访问SSRAM；一SSRAM控制接口根据优先级仲裁器的仲裁结果决定将访问权交给所述CPU接口或者所述查表控制器，以完成查表和刷新工作。
10、根据权利要求8或9所述的调度方法，其特征在于，所述优先级仲裁器对所述CPU读写的优先级高于TCAM查表请求或所述查表控制器的读操作。
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Granted publication date: 20080730 Termination date: 20141230 |
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