低功耗与非型TCAM的原理介绍与时序研究

     1.引 言

　　随着路由器接口速率的不断提高，软件路由查找机制已经不能满足纳秒级的转发要求。而TCAM由于其速度快．且解决了CIDR带来的长前缀匹配问题．成为当前常用的硬件解决方案。

　　TCAM即三元内容寻址存储器是带有按位屏蔽能力的基于硬件并行查表的存储器，以硬件化的路由表查找和分组转发技术实现对各类数据包的快速分类和路由，同时支持ACL和MPLS查找。高速的TCAM允许对位域进行‘0’、‘1’或‘x’(忽略)三种方式的查找，因此可以用来确定长前缀匹配。这种存储器可以实现具有屏蔽功能的查找，使‘x’查找成为可能。除可快速查找关键字外，还能够实现许多逻辑运算，大大加速路由查找速度。

　　“与非”型因其可以对匹配线进行有选择性预充从而避免了大量不必要的求值功耗的产生，功耗要远远低于“或非”型。由于实际的TCAM单元阵列十分复杂，时序控制成为其能否正常运行的重点，如何设计时序电路也成为TCAM设计中的难点。本文将重点介绍“与非”型TCAM及其组成电路，并讨论时序控制问题。

　　2 TCAM工作原理：

　　TCAM是在二元内容寻址存储器(cAM)的基础之上改进发展而来的，CAM是一种专用存储器件，可进行快速大量并行搜索。在执行搜索操作的时候，存储器中所有的数据同时与搜索关键字相比较，而搜索结果就是匹配项的物理地址。为了保证快速搜索，CAM通常采用管线结构，每个时钟周期都能启动搜索，运行速度可以维持在每时钟周期搜索。

　　TCAM单元与cAM单元结构上的不同在于一个TCAM单元包含两个SRAM单元，可以理解为用两位二进制数值来表示三个不同的状态。图l为经典的“与非”型TCAM单元，其中sLl和s 为搜索线，为一列单元共有，ML．IN和ML一0uT为匹配线输入和输出，sTAM则采用常用的6管型sTAM。

　　在搜索操作中，一个两位二进制数以互补形式输人，分别存储在TcAM单元的两个SRAM中，当输人数据与s*中已存数据相同时，匹配线导通，反之截止，即“匹配导通，失配截止”。

　图1 “与非”型TcAM单元。

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