為此，湖南新實網(wǎng)絡(luò)科技有限公司基于FPGA內(nèi)部的查找表邏輯和RAM資源，設(shè)計實現(xiàn)了具有TCAM功能的IP核——XS-TCAM-104x320。

一、XS-TCAM-104x320的基本指標(biāo)

目前實現(xiàn)的指標(biāo)：

• 1． 編譯速率：125Mhz
• 2． 規(guī)則條數(shù)：320條
• 3． LUT資源：16799
• 4． RAM(M10K)資源：368
• 5． 查詢周期：首次單條規(guī)則查詢12周期出結(jié)果，后續(xù)連續(xù)查詢則1個時鐘周期出結(jié)果。

二、XS-TCAM-104x320的實現(xiàn)原理

XS-TCAM-104x320 IP，優(yōu)勢如下：

• 1． 支持匹配域關(guān)鍵字的按需擴展；
• 2． 支持規(guī)則條目的按需擴展；
• 3． 支持硬件進行規(guī)則更新；
• 4． 采用流水化并行的處理方式可實現(xiàn)高速查找匹配；
• 5． 支持規(guī)則查找/更新按掩碼匹配；
• 6． 支持按優(yōu)先級查找匹配。

2.2 設(shè)計思想

    XS-TCAM-104x320 IP使用二維數(shù)組的存儲方式，并行的進行規(guī)則更新及查找匹配，并采用流水化的方式實現(xiàn)多條規(guī)則匹配查找，從而實現(xiàn)高效快速的分類查找的目的。另外，此算法支持靈活的匹配域及流表表項的擴展能力，可滿足將來匹配域擴展及流表表項擴展的需求。
    XS-TCAM-104x320 IP是基于FPGA每個內(nèi)嵌RAM塊可配置成512*20的雙端口RAM進行的實現(xiàn)， 圖1為XS-TCAM-104x320 IP基本處理結(jié)構(gòu)圖，由于RAM塊為512*20因此切分的匹配域關(guān)鍵字（Key）為9位，查找邏輯以9位Key為查找地址對表項進行訪問，得到20位的規(guī)則索引標(biāo)識位，優(yōu)先級選擇器則根據(jù)優(yōu)先級輸出最高優(yōu)先級的規(guī)則索引。此算法將索引0位的規(guī)則定義為最高優(yōu)先級的索引位。
    參照圖2，圖2為流表匹配域的存儲結(jié)構(gòu)圖，其為512*20的RAM存儲塊，在此可視為512*20的二維數(shù)組，其中行地址512個，為匹配域關(guān)鍵字（Key）字段；列地址為20個，為規(guī)則索引字段(Index)。圖2將9位的Key作為地址查找RAM（Key=00111_1111），查找出的結(jié)果為此關(guān)鍵字段命中的20條規(guī)則的索引標(biāo)識位（Index_Bitmap）為0_0005，其中第0，2，位為1，表示該key匹配了上述2條規(guī)則。由于0為高優(yōu)先級位，因此0號索引被輸出。

2.3 規(guī)則長度擴展

    對于104位的五元組信息，需12個9*20TCAM_CORE即可實現(xiàn)，輸出的bitmap進行比特與即可得到匹配的bitmap，如圖3所示；     最后，通過優(yōu)先級選擇器選擇優(yōu)先級比較高的索引輸出。

2.4 規(guī)則數(shù)目擴展

    通過擴展TCAM_Block模塊可以實現(xiàn)規(guī)則數(shù)目的擴展，如圖4所示，通過將不同的規(guī)則對應(yīng)到不同TCAM_Block模塊的Bitmap中，則可以并行的擴展規(guī)則的數(shù)目。通過此方式在資源允許的情況下可以無限制的擴展。     目前基于Altera A5 FPGA 的FAST架構(gòu)只實現(xiàn)的320條規(guī)則，若用戶需要更多表項即可按需擴展。