華中科技大學(xué) 楊黎明

    內(nèi)容可尋址存儲(chǔ)器cam（content-addressable memory）是以內(nèi)容進(jìn)行尋址的存儲(chǔ)器，是一種特殊的存儲(chǔ)陣列ram，它的主要工作機(jī)制就是將一個(gè)輸入數(shù)據(jù)項(xiàng)與存儲(chǔ)在cam中的所有數(shù)據(jù)項(xiàng)自動(dòng)同時(shí)進(jìn)行比較，判別該輸入數(shù)據(jù)項(xiàng)與cam中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)項(xiàng)是否相匹配，并輸出該數(shù)據(jù)項(xiàng)對(duì)應(yīng)的匹配信息，美國(guó)motorola公司的cam芯片mcm69c232在市場(chǎng)上是性價(jià)比較高的產(chǎn)品，因而被廣泛地應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信，模式識(shí)別等領(lǐng)域，其用于數(shù)據(jù)檢索的優(yōu)勢(shì)是軟件無(wú)法比擬的，可以極大的提高系統(tǒng)性能。

    1 mcm69c32芯片介紹

    內(nèi)容可尋址存儲(chǔ)器（cam）從本質(zhì)上講是一種基于ram技術(shù)的特殊存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)項(xiàng)存儲(chǔ)在cam內(nèi)部的陣列單元中，每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)中的位數(shù)稱為"字寬"，陣列內(nèi)所有數(shù)據(jù)項(xiàng)的條數(shù)稱為"深度"，cam的容量通過(guò)字寬和深度來(lái)表征，mcm69c232設(shè)計(jì)可存儲(chǔ)4096條寬度為64位的數(shù)據(jù)項(xiàng)。

    mcm69c232有兩組數(shù)據(jù)端口：控制端口（control port）和匹配端口（match port）�？刂贫丝谟糜谔幚砥鳎╟pu）對(duì)cam表的操作，包括插入、刪除數(shù)據(jù)表項(xiàng)、模式設(shè)置和模擬匹配，以及讀取芯片內(nèi)部狀態(tài)寄存器的信息等，數(shù)據(jù)項(xiàng)的檢索通過(guò)匹配端口完成。

    盡管基于ram技術(shù)，但cam的存儲(chǔ)機(jī)制卻與ram大相徑庭，圖1為mcm69c232的結(jié)構(gòu)框圖，圖中mcm69c232沒(méi)有用于確定內(nèi)容存儲(chǔ)單元的地址總線，其地址線a0-a2用于對(duì)片內(nèi)控制寄存器的尋址。處理器通過(guò)操作mcm69c232的控制端口（數(shù)據(jù)線dq0-dq15）可以讀/寫cam表中的數(shù)據(jù)項(xiàng)，數(shù)據(jù)項(xiàng)的存儲(chǔ)地址由芯片內(nèi)部邏輯控制。mcm69c232有兩種工作模式：atm模式和基本模式。atm模式主要用于atm交換機(jī)對(duì)atm信元進(jìn)行虛擬通路標(biāo)識(shí)號(hào)/虛擬通道標(biāo)識(shí)號(hào)（vpi/vci）的轉(zhuǎn)換處理，基本模式主要用于以太網(wǎng)上的ip/mac地址匹配等數(shù)據(jù)檢索。

    mcm69c232芯片的主要特性如下：

    160ns的匹配時(shí)間；

    沒(méi)有屏蔽寄存器；

    通過(guò)芯片級(jí)聯(lián)擴(kuò)展深度；

    時(shí)鐘頻率最高為50mhz；

    匹配字寬和輸出結(jié)果位寬可自定義；

    在atm模式下可進(jìn)行vpc（virtual path circuits）和vcc（virtual connection circuits）的同時(shí)匹配；

    端口主要分為控制和匹配端口；

    200ns的插入時(shí)間（在12個(gè)端口數(shù)據(jù)項(xiàng)隊(duì)列未滿的情況下）；

    12ms的初始化時(shí)間（在設(shè)置了快速寫入模式后）；

    具有符合ieee標(biāo)準(zhǔn)1149.1的測(cè)試端口（jtag）。

    2 mcm69c232芯片的使用

    在基本操作模式下，mcm69c232的讀取輸入數(shù)據(jù)并與cam表中的所有表項(xiàng)相比較，無(wú)論匹配項(xiàng)找到與否，當(dāng)比較完成后，mc（match complete）引腳均有效，如果找到了匹配項(xiàng)，則ms（match successful）引腳有效，同時(shí)在mq總線上輸出與匹配數(shù)據(jù)項(xiàng)相關(guān)的數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有找到，則mq總線保持高阻態(tài)，以便級(jí)聯(lián)cam芯片來(lái)擴(kuò)展存儲(chǔ)深度。

    mcm69c232上電后，默認(rèn)工作模式為基本模式，在進(jìn)入數(shù)據(jù)檢索操作之前，芯片必須先完成幾個(gè)啟動(dòng)操作過(guò)程：首先，要設(shè)置全局屏蔽寄存器，定義匹配字寬和輸出結(jié)果位寬；其次，要選擇數(shù)據(jù)表項(xiàng)的寫入模式，即快速寫入模式還是動(dòng)態(tài)寫入模式；再次，要把用戶需要的數(shù)據(jù)項(xiàng)（共64位，包括匹配字節(jié)和與其對(duì)應(yīng)的輸出結(jié)果字節(jié)）逐次裝入cam表中。

    cam表數(shù)據(jù)項(xiàng)寫入模式的選擇，往往是在寫入速度和啟動(dòng)匹配操作花費(fèi)的時(shí)間中取個(gè)平衡，快速寫入模式，常用于將大量的數(shù)據(jù)項(xiàng)初始寫入cam表中，而動(dòng)態(tài)寫入模式，則常用于啟動(dòng)匹配后往cam表中插入少量