如何用Verilog HDL设计CAM？

2628 CAM Verilog

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 CAM具有什么功能？基于移位寄存器的CAM的设计基于移位寄存器的CAM的Verilog HDL实现 0
2021-4-13 06:28:23　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × ChristineGu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 HengDu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 heks 该类别下有 16 个回答。邀请回答 dfasda 该类别下有 15 个回答。邀请回答 nhonglan 该类别下有 15 个回答。邀请回答 yonglanzhang 该类别下有 15 个回答。邀请回答杀狼000 该类别下有 14 个回答。邀请回答 wenminglang 该类别下有 14 个回答。邀请回答 C880U 该类别下有 14 个回答。邀请回答 jhdfvs 该类别下有 14 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 14 个回答。邀请回答 muwersddg 该类别下有 14 个回答。邀请回答 hrtuoyu 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hfgdzc 该类别下有 13 个回答。邀请回答 thyysbk 该类别下有 13 个回答。邀请回答凡人wlj 该类别下有 13 个回答。邀请回答 kszdj113 该类别下有 13 个回答。邀请回答飞雪9366 该类别下有 13 个回答。邀请回答 billbian 该类别下有 13 个回答。邀请回答 a732538 该类别下有 13 个回答。邀请回答举报王莉淳相关推荐 • 如何用Verilog HDL语言描述D型主从触发器模块 1558 • Verilog HDL的历史及设计流程是什么 1014 • 基于verilog hdl的数字系统应用该如何去设计？ 836 • Verilog HDL语言有什么优越性 1882 • 有什么好用的verilog HDL编辑工具可用？ 1204 • 数字系统设计：Verilog HDL实现 5524 • verilog hdl视频教程 7600 • 正弦振荡用verilog HDL如何编写 2193 • FPGA编程是用VHDL还是verilog HDL好用？谢谢了！ 2751 • 3个74244并联如何编程 7684 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 　　CAM（Content ADDRessable Memory，内容可寻址存储器）是一种特殊的存储阵列。它通过将输入数据与CAM中存储的所有数据项同时进行比较，迅速判断出输入数据是否与CAM中的存储数据项相匹配，并给出匹配数据项的对应地址和匹配信息。CAM以其高速查找、大容量等特点而被广泛地应用于电讯、网络等领域。　　本文介绍一种用Verilog HDL设计CAM的方案。该方案以移位寄存器为核心，具有可重新置改变字长、易于扩展、匹配查找速度快等特点。　　1 CAM功能描述　　CAM的基本框图如图1所示。　　　　与RAM相似，CAM是将数据项存储在一个阵列中。每个数据项的位数叫做字宽，CAM中所有数据项的条数叫做CAM的深度。通过字宽和深度可以表征CAM中容量。　　在写CAM模式（配置）时，WRITE_E信号有效，MATCH_E信号无效，此时通过地址线ADDR选择DATA_IN输入的数据将要被写放哪一个单元；在读CAM模式（查找匹配）时，WRITE_E信号无效，MATCH_E信号有效，CAM将不使用地址线，而是直接将DATA_IN读入的数据与CAM中存储的各条数据项进行并行比较。如果CAM中含有与此时输入数据相匹配的存储数据项，CAM将从MATCH_ADDR输出此存储数据项的地址，并且通过MATH_OK输出匹配成功的信息。在查找匹配模式时，由于CAM是将输入数据与存储数据项并行比较，所以速度极快。同时，由于不需要通过地址线来寻址数据项，CAM将不受地址线宽度的限制，容易扩展。　　2 基于移位寄存器的CAM的设计　　为了说明设计方案，以一个宽度为4位、深度为1的基本CAM存储单元为例。利用这样一个基本存储单元，通过适当级联，可以构成任意字宽和深度的CAM。该基本单元采用一个16位的移位寄存器、一个4位的比较器，外加16位的计数器和一个“二选一”的选择器构成。如图2所示。　　　　在写CAM模式时，WRITE_E信号有效，DATA_IN输入的是将要写入数据存储项的4位数据。计数器进行从“1111”到“0000”的减计数，并将计数输出值与DATA_IN输入值进行比较。若二者相同，比较器输出“1”到移位寄存器中；不同则输出“0”到移位寄存器中。在16个时钟周期之后，将完成DATA_IN输入数据与计数器输出的所有情况的比较。这样，移位寄存器中将存入15个“0”和一个“1”。　　在读CAM模式时，MATCH_IN为“1”，此时，DATA_IN输入的数据直接送到移位寄存器的地址端，它将决定移位寄存器输出其16个位中的哪一位。如果该位输出“1”，则表示此时DATA_IN与原来写入该单元的数据相同，即发生匹配；反之则输出“0”，表示无匹配项。　　以上讨论只是针对4位字宽的数据项的读写，而对于更长字宽的数据项，必须进行字宽扩展。可用多个比较器和移位寄存器组成的存储数据项并联在一起，组成一个字结构，即把输入的数据按每4位分为一组，每组对应一套比较器和移位寄存器，每组只产生一个最终的MTACH_OUT信号。例如，对于16位的数据项，就需要4组这样的结构。这4组基本结构中的读和写可以同时完成。只有4组都产生匹配信号，最终的MATCH_OUT输出才有“1”，表明读入的16位DATA_IN数据与存储的数据项匹配。　　CAM只需要存储多个数据项，因此需要多个字结构的深度扩展。将这些字结构中的比较器和移位寄存器分别组合在一起，构成比较器阵列和移位寄存器阵列。为了在写CAM时进行写入数据的定位，还需要一个地址译码模块来指出是对哪一个数据项进行写操作。在读CAM时，得到输入数据与各个存储数据项的匹配信息之后，还要对这些匹配信息进行编码，得到最后要输出的相匹配的存储数据项的地址MATCH_ADDR和是否发生匹配的信息MATCH_OK。　　完整的CAM结构框图见图3。　　　　3 基于移位寄存器的CAM的Verilog HDL实现　　硬件描述语言VerilogHDL是一种应用于电路设计的描述语言，具有行为级、寄存器传输级、逻辑门级和开关级等多层次描述。它简单易读，描述与工艺无关，并且得到许多EDA工具的支持。利用Verilog HDL语言进行电路设计可以大大节省设计时间和成本。　　本设计以一个数据项字宽为16位、深度为8的CAM为例，进行Verilog HDL设计，并利用Xilinx Virtex系列中XCV1000器件进行综合。综合后的仿真分析表明，该方案是合理可行的。　　　　图4为匹配查找的时序仿真结果，CAM中预先放入了0019H，001AH，…，001DH五个数据。CLK为系统时钟，DATA_IN为数据输入，MATCH_ENABLE为读CAM（查找）允许信号，GLOBAL_RST为全局清零信号，R_MATCH_ADDR为匹配地址输出信号，R_MATCH_OK为是否发生匹配信号。从仿真波形可以看出，输入数据经过两个时钟周期，输出匹配信息，包括是否匹配和相匹配的存储数据项的地址。如果不匹配，是否匹配的信号为0，而输出地址线不变。　　本方案以移位寄存器设计CAM，在写模式下需要16个时钟周期完成一个数据项的写入；读模式仅需一个时钟周期。它具有速度快、易于重新配置、易于扩展等特点。本方案中的CAM利用Xilinx Virtex系列器件实现，时钟最高频率可达80MHz以上。以本方案为基础，扩展到32位、36位的实用化CAM已运用于网络协处理器的仿真测试中，并取得了较好的效果。

2021-4-13 10:38:43 评论举报李阳