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XS-TCAM-104x320:基于FPGA的TCAM开源完成 (一)
宣布时间 :2018-03-06
     以后 FAST开源项目中通用婚配 引擎(GME)规则婚配 才干 有限,只支持64条规则长度为512比特的带掩码婚配 成效 ,对需求 少量 规则婚配 的情形 ,只能接纳片外的TCAM器件。
     为此,湖南五月天app官网无限观看科技有限公司基于FPGA外部 的搜索 表逻辑和RAM资源,设计完成 了具有TCAM成效 的IP核——XS-TCAM-104x320。如今 XS-TCAM-104x320 IP的源代码已经开源,对提升FAST流水线查表引擎的才干 具有主要 意旨 。
一、XS-TCAM-104x320的基本 目的
       如今 完成 的目的 :
       1.编译速率:125Mhz
       2.规则条数:320条
       3.LUT资源:16799
       4.RAM(M10K)资源:368
       5.盘诘 周期:初次 单条规则盘诘 12周期出效果 ,后续一连 盘诘 则1个时钟周期出效果 。
二、XS-TCAM-104x320的完成 原理
     针对FAST前期 版本支持流表项条目少的不及 ,如今 对搜索 算法举行 了刷新 ,完成 了XS-TCAM-104x320 IP,其低贱 如下:
      1.支持按优先级搜索 婚配 ;
      2.支持硬件举行 规则更新;
      3.支持规则条目的按需扩展;
      4.支持婚配 域关键 字的按需扩展;
      5.支持规则搜索 /更新按掩码婚配 ;
      6.接纳流水化并行的处置赏罚 方式可完成 高速搜索 婚配 。
1、设计头脑 :
     XS-TCAM-104x320 IP运用 二维数组的存储方式,并行的举行 规则更新及搜索 婚配 ,并接纳流水化的方式完成 多条规则婚配 搜索 ,从而完成 高效快速 的分类搜索 的目的。另外,此算法支持无邪 的婚配 域及流表表项的扩展才干 ,可知足 未来 婚配 域扩展及流表表项扩展的需求。
     XS-TCAM-104x320 IP是基于FPGA每个内嵌RAM块可设置 成512*20的双端口RAM举行 的完成 ,图1为XS-TCAM-104x320 IP基本 处置赏罚 结构 图,因为 RAM块为512*20是以 切分的婚配 域关键 字(Key)为9位,搜索 逻辑以9位Key为搜索 地址对表项举行 会晤 ,取得 20位的规则索引标志 位,优先级选择器则凭证 优先级输入 最高优先级的规则索引。此算法将索引0位的规则界说为最高优先级的索引位。

图1 XS-TCAM-104x320 IP基本 处置赏罚 结构 图
     参照图2,图2为流表婚配 域的存储结构 图,其为512*20的RAM存储块,在此可视为512*20的二维数组,其中行地址512个,为婚配 域关键 字(Key)字段;列地址为20个,为规则索引字段(Index)。图2将9位的Key作为地址搜索 RAM(Key=00111_1111),搜索 出的效果 为此关键 字段掷中 的20条规则的索引标志 位(Index_Bitmap)为0_0005,其中第0,2,位为1,表现 该key婚配 了上述2条规则。因为 0为高优先级位,是以 0号索引被输入 。

图2 流表婚配 域存储结构 图
2、规则长度扩展
     关于 104位的五元组信息,需12个9*20TCAM_CORE即可完成 ,输入 的bitmap举行 比特与即可取得 婚配 的bitmap,如图3所示;

图3 规则长度扩展到五元组处置赏罚 流程图
     最后 ,经过 优先级选择器选择优先级竞赛 高的索引输入 。
3、规则数目扩展
     经过 TCAM_Block模块可以完成 规则数目的扩展,如图4所示,经过 将分别 的规则对应到分别 TCAM_Block模块的Bitmap中,则可以并行的扩展规则的数目。经过 此方式在资源允许的情形 下可以有限 制的扩展。

图4 规则扩展结构 图
     如今 基于Altera A5 FPGA 的FAST架构只完成 的320条规则,若用户需求 更多表项即可按需扩展。
三、XS-TCAM-104x320的代码说明
     以下为XS-TCAM-104x320的顶层代码其主要 分为四局限 :时钟复位接口、规则设置 接口、婚配 关键 字Key输入 接口以及规则输入 索引号Index_ID详细 如下图5所示,其Quartus II 中代码结构 如图6所示,代码文件如表1所示。

图5 XS-TCAM-104x320 IP顶层接口图

图6 XS-TCAM-104x320的代码结构
     XS-TCAM-104x320的代码文件说明 如表1所示:
     如今 XS-TCAM-104x320已经完成调实验 ,在FAST未来 生长妄想 中,XS-TCAM-104x320将作为主要 的刷新 特征 参与 到FAST流水线的GME中。五月天app官网无限观看后续将对XS-TCAM-104x320的运用 要领举行 进一步先容 。
     如今 XS-TCAM-104x320 IP代码可会晤 www.fastswitch.org,选择“代码”选项卡,点击FAST UM,点击如下按钮最先 下载: