專利名稱：一種基于Hash查找CAM的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信、高速網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)查找匹配或芯片設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于Hash查找CAM的方法。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，一方面，在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)帶寬越來越大。另一方面，網(wǎng)絡(luò)中各種各樣的應(yīng)用不斷變化和發(fā)展，現(xiàn)在的IP網(wǎng)絡(luò)需要為用戶提供更多服務(wù)類型和更好的服務(wù)質(zhì)量，要求路由器提供額外的處理機(jī)制來實現(xiàn)區(qū)分服務(wù)，報文分類，安全入侵監(jiān)測， 防火墻訪問控制，虛擬專用網(wǎng)，快速路由查找，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)化，等一些網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)。為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量越來越大的發(fā)展趨勢，保證網(wǎng)絡(luò)鏈路的通暢性，對路由器性能提出了新的挑戰(zhàn)——如何快速路由。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，這些關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都涉及查找匹配問題，而基于軟件的查找匹配效率低下，傳統(tǒng)的軟件實現(xiàn)的方法對于高速網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展顯的力不從心。CAM芯片的快速查找匹配特性，使得CAM在網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛的應(yīng)用。CAM芯片的快速查找匹配的特點，為網(wǎng)絡(luò)中很多關(guān)鍵的應(yīng)用提供了新的解決方案?？梢杂肅AM來實現(xiàn)快速路由查找，報文分類，區(qū)分服務(wù)，入侵監(jiān)測等需要快速查找匹配的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于Hash查找CAM的方法。本發(fā)明的目的是按以下方式實現(xiàn)的，本發(fā)明的通過Hash查找匹配原理，將其邏輯用硬件電路描述，待查數(shù)據(jù)寫入存儲體，兩結(jié)構(gòu)組合成為內(nèi)容可尋址存儲體(Content Addressable Memory)。設(shè)計分為以下幾個功能模塊
1)總線；2) Hash函數(shù)查找表；3) Hash入口表；4)數(shù)據(jù)存儲體；5)匹配電路；6) RAM控制電路，其中
總線1)是CAM與外部通信的通道。在CAM中總線分為請求總線和響應(yīng)總線。請求總線是一條雙向多路復(fù)用總線，請求總線由命令總線和請求數(shù)據(jù)總線組成。命令總線處理輸入命令，請求總線是主要數(shù)據(jù)通道。所有對CAM的操作命令信號，還有輸入到CAM中的數(shù)據(jù)信號都通過請求總線進(jìn)行傳輸。Hash函數(shù)查找表2)通過查找表的方式對Hash查找函數(shù)邏輯進(jìn)行實現(xiàn)，哈希查找步驟為設(shè)哈希表為HST^Tm-I]，哈希函數(shù)取H (key)，解決沖突的方法為R (x);第一步對給定k值，計算哈希地址Di=H (k);若HST為空，則查找失??；若HST=k，則查找成功；否則， 執(zhí)行第二步(處理沖突)。第二步重復(fù)計算處理沖突的下一個存儲地址Dk=R (Dk-Ι)，直到 HST[Dk]為空，或HST [Dk] =k為止。若HST[Dk]=K，則查找成功，否則查找失敗。根據(jù)選擇的沖突處理方法，計算關(guān)鍵字key的下一個存儲地址。若下一個存儲地址仍被占用，則繼續(xù)執(zhí)行第二步，直到找到能用的存儲地址為止。Hash入口表3)中存放Key值經(jīng)過Hash函數(shù)計算后的HashJfey以及與之對應(yīng)的數(shù)據(jù)表項入口值。數(shù)據(jù)存儲體4)作為待查找的數(shù)據(jù)存放區(qū)，根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式確定該存儲體的數(shù)據(jù)寬度和數(shù)據(jù)深度，通過HashJfey查找到對應(yīng)于數(shù)據(jù)存儲體的地址后，系統(tǒng)通過RAM控制電路6)對該存儲體進(jìn)行訪存，讀取數(shù)據(jù)表項中的數(shù)據(jù)。讀取出表項中的數(shù)據(jù)后，通過匹配電路5)將待尋址的內(nèi)容與表項數(shù)據(jù)進(jìn)行比對， 若匹配，則輸出匹配地址，拉高數(shù)據(jù)匹配標(biāo)志。查找程序流程如下
1.根據(jù)輸入的查找數(shù)據(jù)進(jìn)行hash計算得到Hashkey，用Hash key去訪問Hash入口表。如果Hash入口表的內(nèi)容為0，則跳到3 ；如果Hash入口表的內(nèi)容不為0，則跳到2 ；
2.根據(jù)Hash入口表的內(nèi)容，去訪問CAM數(shù)據(jù)項鏈表，并把查找數(shù)據(jù)同CAM數(shù)據(jù)項鏈表的數(shù)據(jù)一個一個比較(從鏈表頭到鏈表尾)。從鏈表頭開始比較，查找不成功，接著查找鏈表的下一項，直到鏈表尾為止，跳到3 ；查找成功(查找數(shù)據(jù)的值同CAM數(shù)據(jù)項鏈表中一項的值相同)則記錄下此項CAM地址，接著查找鏈表的下一項，如果也成功則比較CAM地址與此前記錄的CAM地址的大小，最終取CAM地址最小者，這樣查找一直到鏈表尾為止，跳到3 ；
3.查找成功，返回CAM地址和CAM命中的信息，跳到4；查找不成功，返回查找結(jié)束，返回CAM沒有命中的信息，跳到4;
4.操作結(jié)束，返回。本發(fā)明的有益效果是基于Hash查找算法的高效性，可快速查找出匹配數(shù)據(jù)，減小了數(shù)據(jù)查找時的比較次數(shù)，只需要一次即能找出數(shù)據(jù)，提高了查找效率，節(jié)約了系統(tǒng)時間，提高了數(shù)據(jù)通信的吞吐率。


附圖1是Hash查找CAM結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式參照說明書附圖對本發(fā)明的基于Hash查找CAM的方法作以下詳細(xì)地說明。本發(fā)明的一種基于Hash查找CAM的方法，其結(jié)構(gòu)是由正如發(fā)明內(nèi)容中所描述的， 本發(fā)明體系結(jié)構(gòu)主要包括
1)總線；2)Hash函數(shù)查找表；3)Hash入口表；4)數(shù)據(jù)存儲體；5)匹配電路；6)RAM控制電路。CAM具有數(shù)據(jù)存儲功能和高速數(shù)據(jù)內(nèi)容查找功能，同時支持讀、寫、查找等多條指令，但CAM最主要的功能是高速內(nèi)容查找功能，而其它的功能都是為查找功能做基礎(chǔ)的，因此CAM功能模型的設(shè)計的核心是高速查找引擎的設(shè)計。查找引擎本身維護(hù)一張表，并能接收外部輸入數(shù)據(jù)。它內(nèi)部通過某種查找算法將輸入數(shù)據(jù)與表中各項進(jìn)行全部比較(準(zhǔn)確) 或部分(Don’ t care功能)比較，然后輸出比較結(jié)果。用hash函數(shù)的方法來進(jìn)行快速CAM內(nèi)容查找。當(dāng)進(jìn)行CAM查找請求時，先把查找的數(shù)據(jù)進(jìn)行hash計算得出一個hash key,接著根據(jù)此hash key (作為hash入口表地址) 去訪問hash入口表得到CAM表項數(shù)據(jù)鏈表首地址，然后去訪問CAM數(shù)據(jù)表項鏈表，最后把要查找的數(shù)據(jù)同CAM數(shù)據(jù)鏈表中的項逐個的比較，最后返回CAM查找結(jié)果。其中CAM查找引擎采用了 Hash查找算法來實現(xiàn)的?；贖ash查找引擎的CAM模型總體結(jié)構(gòu)即用Hash查找引擎作為CAM查找引擎，查找引擎接收到從邏輯控制模塊請求時，接收查找數(shù)據(jù)并把存儲到數(shù)據(jù)寄存器中，然后讀取數(shù)據(jù)存儲器中的CAM表項，通過數(shù)據(jù)比較器進(jìn)行比較，直到比較成功或數(shù)據(jù)存儲器中的CAM表項都比較了一遍時，返回比較成功的CAM表項在數(shù)據(jù)存儲器中地址。查找程序流程如下
1.根據(jù)輸入的查找數(shù)據(jù)進(jìn)行hash計算得到Hashkey，用Hash key去訪問Hash入口表。如果Hash入口表的內(nèi)容為0，則跳到3 ；如果Hash入口表的內(nèi)容不為0，則跳到2 ；
2.根據(jù)Hash入口表的內(nèi)容，去訪問CAM數(shù)據(jù)項鏈表，并把查找數(shù)據(jù)同CAM數(shù)據(jù)項鏈表的數(shù)據(jù)一個一個比較(從鏈表頭到鏈表尾)。從鏈表頭開始比較，查找不成功，接著查找鏈表的下一項，直到鏈表尾為止，跳到3 ；查找成功(查找數(shù)據(jù)的值同CAM數(shù)據(jù)項鏈表中一項的值相同)則記錄下此項CAM地址，接著查找鏈表的下一項，如果也成功則比較CAM地址與此前記錄的CAM地址的大小，最終取CAM地址最小者，這樣查找一直到鏈表尾為止，跳到3 ；
3.查找成功，返回CAM地址和CAM命中的信息，跳到4；查找不成功，返回查找結(jié)束，返回CAM沒有命中的信息，跳到4;
4.操作結(jié)束，返回。
實施例1)利用Hash查找函數(shù)存在的形式，包括直接法、減去法、余數(shù)法、數(shù)值抽出法、中間平均法、折迭法、旋轉(zhuǎn)法、偽隨機(jī)數(shù)法，設(shè)計建模采用自頂向下的分析設(shè)計方法，把整個系統(tǒng)分成多個模塊，每個模塊再繼續(xù)細(xì)化，直到最低一級拿來編碼的程度，進(jìn)行逐個底層模塊的開發(fā)，調(diào)試，然后進(jìn)行模塊聯(lián)調(diào)，最后整個系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；
2)對于Hash查找中的Hash碰撞問題，解決方法包括(1)線性開放尋址法；(2)差值解決法；(3)鏈表解決法；(4)分桶Hash法；
3)基于CAM的存儲體不僅具有數(shù)據(jù)存儲能力，還具有數(shù)據(jù)比較能力，存儲體接收比較數(shù)據(jù)，并把它廣播到對應(yīng)的每一個相關(guān)聯(lián)存儲器中，相關(guān)聯(lián)存儲器把數(shù)據(jù)同自己存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，最后相關(guān)聯(lián)存儲器把比較結(jié)果送給優(yōu)先編碼器；
4)對于CAM的各功能，詳細(xì)進(jìn)行描述和分析，對應(yīng)到具體設(shè)計方案及硬件實現(xiàn)，具有對應(yīng)的時序關(guān)系；
5)基于Hash查找函數(shù)邏輯實現(xiàn)方法；
6)由Hash查找入口表地址訪問數(shù)據(jù)表，對比數(shù)據(jù)表項內(nèi)容和查找內(nèi)容，輸出匹配結(jié)
果；
7)對存儲體進(jìn)行選型，選擇最優(yōu)方案。除說明書所述的技術(shù)特征外，均為本專業(yè)技術(shù)人員的已知技術(shù)。
權(quán)利要求
1. 一種基于Hash查找CAM的方法，其特征在于CAM給用戶提供讀、寫、查找、移動、檢驗的功能，通過特定的Hash函數(shù)的運算與Hash表中的表項相匹配求得數(shù)據(jù)的位置，再進(jìn)行數(shù)據(jù)比較后即得到欲查找的地址，具體步驟如下通過Hash查找匹配原理，將其邏輯用硬件電路描述，待查數(shù)據(jù)寫入存儲體，兩結(jié)構(gòu)組合成為內(nèi)容可尋址存儲體，設(shè)計分為以下幾個功能模塊1)總線；2) Hash函數(shù)查找表；3) Hash入口表；4)數(shù)據(jù)存儲體；5)匹配電路；6) RAM控制電路；其中總線1)是CAM與外部通信的通道，在CAM中總線分為請求總線和響應(yīng)總線；請求總線是一條雙向多路復(fù)用總線，請求總線由命令總線和請求數(shù)據(jù)總線組成，命令總線處理輸入命令，請求總線是主要數(shù)據(jù)通道，所有對CAM的操作命令信號，還有輸入到CAM中的數(shù)據(jù)信號都通過請求總線進(jìn)行傳輸；Hash函數(shù)查找表2)通過查找表的方式對Hash查找函數(shù)邏輯進(jìn)行，哈希查找步驟為 設(shè)哈希表為HST^TM-I]，哈希函數(shù)取H (key)，解決沖突的方法為R (χ)；第一步對給定k 值，計算哈希地址Di=H (k);若HST為空，則查找失?。蝗鬑ST=k，則查找成功；否則，執(zhí)行第二步處理沖突；第二步重復(fù)計算處理沖突的下一個存儲地址Dk=R(Dk-I),直到HST[Dk]為空，或HST[Dk] =k為止；若HST[Dk]=K，則查找成功，否則查找失?。桓鶕?jù)選擇的沖突處理方法，計算關(guān)鍵字key的下一個存儲地址，若下一個存儲地址仍被占用，則繼續(xù)執(zhí)行第二步， 直到找到能用的存儲地址為止；Hash入口表3)中存放Key值經(jīng)過Hash函數(shù)計算后的HashJfey以及與之對應(yīng)的數(shù)據(jù)表項入口值；數(shù)據(jù)存儲體4)作為待查找的數(shù)據(jù)存放區(qū)，根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式確定該存儲體的數(shù)據(jù)寬度和數(shù)據(jù)深度，通過HashJfey查找到對應(yīng)于數(shù)據(jù)存儲體的地址后，系統(tǒng)通過RAM控制電路 6)對該存儲體進(jìn)行訪存，讀取數(shù)據(jù)表項中的數(shù)據(jù)；讀取出表項中的數(shù)據(jù)后，通過匹配電路5)將待尋址的內(nèi)容與表項數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，若匹配，則輸出匹配地址，拉高數(shù)據(jù)匹配標(biāo)志；查找程序流程如下1)根據(jù)輸入的查找數(shù)據(jù)進(jìn)行hash計算得到Hashkey,用Hash key去訪問Hash入口表，如果Hash入口表的內(nèi)容為0，則跳到3 ；如果Hash入口表的內(nèi)容不為0，則跳到2 ；2)根據(jù)Hash入口表的內(nèi)容，去訪問CAM數(shù)據(jù)項鏈表，并把查找數(shù)據(jù)同CAM數(shù)據(jù)項鏈表的數(shù)據(jù)一個一個比較，從鏈表頭到鏈表尾，從鏈表頭開始比較，查找不成功，接著查找鏈表的下一項，直到鏈表尾為止，跳到3 ；查找成功，查找數(shù)據(jù)的值同CAM數(shù)據(jù)項鏈表中一項的值相同，則記錄下此項CAM地址，接著查找鏈表的下一項，如果也成功則比較CAM地址與此前記錄的CAM地址的大小，最終取CAM地址最小者，這樣查找一直到鏈表尾為止，跳到3 ；3)查找成功，返回CAM地址和CAM命中的信息，跳到4；查找不成功，返回查找結(jié)束，返回CAM沒有命中的信息，跳到4;4)操作結(jié)束，返回。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于Hash查找CAM的方法，CAM具有數(shù)據(jù)存儲功能和高速數(shù)據(jù)內(nèi)容查找功能，同時支持讀、寫、查找等多條指令，但CAM最主要的功能是高速內(nèi)容查找功能，而其它的功能都是為查找功能做基礎(chǔ)的，因此CAM功能模型的設(shè)計的核心是高速查找引擎的設(shè)計。查找引擎本身維護(hù)一張表，并能接收外部輸入數(shù)據(jù)。它內(nèi)部通過某種查找算法將輸入數(shù)據(jù)與表中各項進(jìn)行全部比較(準(zhǔn)確)或部分(Don’tcare功能)比較，然后輸出比較結(jié)果。用hash函數(shù)的方法來進(jìn)行快速CAM內(nèi)容查找。當(dāng)進(jìn)行CAM查找請求時，先把查找的數(shù)據(jù)進(jìn)行hash計算得出一個hashkey，接著根據(jù)此hashkey(作為hash入口表地址)去訪問hash入口表得到CAM表項數(shù)據(jù)鏈表首地址，然后去訪問CAM數(shù)據(jù)表項鏈表，最后把要查找的數(shù)據(jù)同CAM數(shù)據(jù)鏈表中的項逐個的比較，最后返回CAM查找結(jié)果。
文檔編號G06F17/30GK102364463SQ20111027682
公開日2012年2月29日 申請日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者周恒釗 申請人:浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司