[發明專利]一種用于交換芯片地址存儲及查找的快速并行電路及方法

有效

• 申請號: 202011539273.5
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112637072B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 陶淑婷;陳雷;毛雅欣;張永波;張奇榮
• 申請（專利權）人: 北京時代民芯科技有限公司;北京微電子技術研究所
• 主分類號: H04L45/745
• 分類號: H04L45/745;H04L45/7453
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種用于交換芯片地址存儲及查找的快速并行電路及方法，該電路包括MAC地址獲取模塊、DPV獲取模塊、HASH模塊、SRAM存儲模塊和地址比較模塊。本發明將MAC地址分為多組進行并行處理，以盡量少的硬件資源實現了高效能的二層交換地址表存儲查找功能。本發明還設計了一種硬件電路由異或門和非門構成的11位并行快速Hash算法。該算法可以并行地將輸入信號幀的物理MAC地址轉換為11位的地址表查詢地址，為減少哈希沖突且提高地址存儲容量，本發明使用多個SRAM用于存儲MAC地址，從而可快速準確地查詢≥8192存儲深度的地址表。采用該地址表查詢算法的二層交換芯片可以實現線速交換，從而有效提高了所實現網絡設備的性能。

技術領域

本發明屬于有線通信技術領域，特別涉及一種用于交換芯片地址存儲及查找的快速并行電路。

背景技術

在計算機網絡中，數據鏈路層完成節點到節點的通信，二層以太網交換芯片屬于數據鏈路層設備。MAC(Media Access Control)地址是在網絡通信用來識別主機的標識。交換芯片的緩存中有一個MAC地址表，需要轉發數據時，交換芯片會在地址表查詢是否有與目的MAC地址對應的表項，如果有，交換芯片立即將數據報文往該表項中的轉發端口發送；如果沒有，交換芯片則會將數據報文以廣播的形式發送到除了接收端口外的所有端口，盡最大能力保證目的主機接收到數據報文，即泛洪。

因此，對于以太網交換芯片來說，主要工作是根據收到數據幀中的目的MAC(MediaAccess Control)地址，對MAC地址表進行查找，把數據幀轉發到相應的端口。交換芯片地址表的構建和維護決定了數據轉發的方向和效率，MAC地址表的查表效率直接影響交換芯片的性能。在MAC地址的學習和查找中，地址表的結構和實現方法是問題的關鍵，設計地址表需要考慮以下幾個基本因素:(1)查找速度。查找速度必須足夠快以保證線速的轉發，而線速轉發是二層交換設備必須做到的。(2)一定的容量。目前的交換芯片地址表從4K-64K不等。(3)學習速度。學習速度沒有強制的要求，但作為衡量設備性能的指標之一，能達到線速是最理想的。傳統的MAC地址表處理機制主要采用軟件的方式實現。隨著以太網鏈路接口的速率從1Gb/s發展到10Gb/s及以上，基于軟件的算法在速度上受到串行計算機系統的制約。

MAC地址表存儲查找多基于HASH算法。HASH算法已被廣泛應用于網絡設備的地址表存儲查找，但不同HASH算法在HASH沖突與實現復雜度方面存在差異，因此選擇一個合適的HASH算法可以有效地降低交換芯片的實現復雜度，并減少交換芯片工作過程中的Hash沖突。許多不同的Hash算法提出并得到應用，這些算法或者注重工作速度或者注重消耗的邏輯資源，但其中多數算法僅僅是理論上的研究，難以采用硬件來實現。

發明內容

本發明的目的在于克服上述缺陷，提供一種用于交換芯片地址存儲及查找的快速并行電路，將MAC地址分為多路進行并行處理，以盡量少的硬件資源實現高效能的二層交換地址表存儲查找功能；本發明還提供了一種用于交換芯片地址存儲及查找的方法，采用該地址表查詢算法的二層交換芯片實現了線速交換，從而有效提高了所實現網絡設備的性能。

為實現上述發明目的，本發明提供如下技術方案：

一種用于交換芯片地址存儲及查找的快速并行電路，包括MAC地址獲取模塊、DPV獲取模塊、HASH模塊、SRAM存儲模塊和地址比較模塊；

MAC地址獲取模塊：從數據幀中讀取源MAC地址或從全局寄存器中讀出通過CPU配置的MAC地址，并輸出至HASH模塊和SRAM存儲模塊；

從數據幀中讀取目的MAC地址，并輸出至HASH模塊和地址比較模塊；

所述MAC地址獲取模塊≥3個，將MAC地址分成多路數據并行處理；

DPV獲取模塊：將源MAC地址或CPU配置MAC的交換端口記錄為DPV向量，并輸出至SRAM存儲模塊；