内容可寻址存储器MCM69C232在交换机中的应用

复位。复位同步于主时钟的上升沿，一个时钟周期的复位就能清空CAM表和输入数据项队列，置标志寄存器为1C，错误代码寄存器为FFFF，几乎满寄存器为FFF，并清除中断屏蔽。控制口时序。访问控制口如同处理器访问RAM一样，时序较为简单。

匹配口时序。访问匹配口分两种情况：一种是匹配字节小于等于32位，只用LH/SM信号装载匹配数据，LL信号无用;另一种是匹配字节大于32位，先用LL信号装载匹配数据低位部分，再由LH/SM信号装载高位部分。匹配结果由MC信号和MS信号指示，使能G信号读取匹配结果数据。匹配口时序见参考文献。

两口同时匹配。控制口模拟匹配和匹配口匹配同时进行时，匹配口优先权较高。另外控制口模拟匹配操作之前要求输入队列为空，以便接收结果。深度扩展。芯片简单级联即可扩展深度，具体的扩展连线方法请参见参考文献。

3 MCM69C232芯片的应用

3.1 MCM69C232在交换机中的应用

在以太网上.交换机维护一张用于二层交换的地址表(通常称为"CAM表")，该表维护MAC地址与出接口的对应关系。样每当接收到一个以太网数据帧，交换机就会进行判断。如果该数据帧不是发送给自己的，则根据数据帧的目的MAC地址查询CAM表;如果能命中(所谓命中，就是在CAM表中找到与该MAC地址对应的转发项)，则根据查询的结果(通常是一个出接口列表)进行转发;如果不能命中，则向所有端口广播该数据帧。

交换机的这张CAM表可以通过多种方式获得，比如静态配置、动态学习。针对多播，还可以通过各种多播协议(如IGMP窥探、GMRP协议等方式)获得(多播转发表不能通过学习获得，而且多播转发项跟普通转发项不同，与其对应的出口可能不只一个，而是一个出口集合);但对于单播，最重要的一种建立方式是动态学习。

当交换机接收到一个数据帧时，提取出该数据帧的目的MAC地址，并以此为根据进行CAM表查询。如果能查找到结果，则根据结果进行数据帧的转发;如果不能命中，则对除接收端口外的所有端口进行复制。在进行数据转发的同时，交换机还进行一个学习的过程。它把数据帧的源MAC地址提取出来，查询CAM表，看CAM表中是否有针对该MAC地址的转发项。如果没有，则把该MAC地址和接收到该MAC地址的端口绑定起来，插入CAM表项。这样当接收到一个发送到该MAC地址的数据帧时，就不需要向所有端口广播，而仅向这个端口发送即可。需要注意的是，数据帧的转发是依据目的MAC地址查询CAM表，而CAM表的学习则是以源MAC地址为依据的。

之所以在交换机中使用CAM，是因为交换机对性能要求特别高。交换机中的嵌入式实时控制系统的性能主要取决于两方面：硬件平台的运算性能和算法的优越性。其中，硬件平台的运算性能最为关键，这一点在交换机中表现得尤为突出。按照设计要求，以太网帧的MAC地址的检索时间一般都是μs级，因此首先要保证数据检索任务的响应速度;除了十分繁重的数据检索任务外，交换机还必须完成SNMP(Simple Network Management Pmtocol)协议处理、命令行处理等任务，所以还必须解决数据检索对系统资源的占用问题。利用软件实现对以太网帧的MAC地址检索并不复杂，但由于检索次数频繁，大量的系统资源被占用，致使系统的响应速度大大降低，满足不了大流量数据通信的要求。因此纯软件算法解决不了数据检索部分占用大量资源的问题，为提高系统的响应速度，必须将这数据检索的任务分离出来由硬件实现，而协议处理部分仍由CPU完成。数据检索模块和协议处理模块并行工作，利用硬件实现数据检索还可以提高检索速度，降低系统资源的占用率。在这里CAM的优势就体现出来了。

3.2 检索操作

当进行MAC地址检索时，CPU首先以MAC地址为关键字通过MAC-CAM表的检索得到对应的索引值，然后再根据索引值找到RAM表中该MAC地址对应的相关信息的存储位置，并由此地址获得相关配置信息。在RAM中的相关配置信息中可以存放诸如MAC地址、用户端口、有效标志域等其他信息。CAM表与RAM的映射关系如图3所示。

按协议规定MAC地址占48位，表示为6字节的数组，故对于MAC地址的匹配操作，屏蔽字设为0x0000_0000_0000_FFFF，即48位匹配。屏蔽字的设定必须在CAM初始化时完成。在执行匹配操作前，CAM须进行初始化。MCM69C232上电后，默认工作模式为基本模式，因此不必再设置工作模式。前面已提到过，CAM中MAC表的形成是通过自学习得到的，因此无需向CAM表中写入数据项。

匹配操作通过对匹配口读/写来完成。匹配口数据线MQ只有32位。由于MAC地址占48位，因此需要两次写操作才能完整地将一个MAC地址表达出来。当进行MAC地址检索时，CPU先向匹配口写入MAC地址的低32位数据，其中高16位有效，低16位可以为任意值;紧接着CPU向匹配口写入高32位数据;随后CPU读匹配口，即可得到匹配结果。

结语

采用内容可寻址存储器MCM69C232，极大地提高了数据检索速度.而这是用纯软件检索算法所不能比拟的。设备的数据处理能力满足了大流量网络通信的要求，使产品获得了良好的社会效益和经济效益。

来源：电子发烧友