内容可导址存储器的fpga设计与应用

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1、内容可导址存储器的FPGA设计与应用

2、第1lunouseg(this)">1CAM的基本原理CAM是一种专门为快速查找数据地址而设计的存储器。CAM通过把输入数据与其内所存数据相比较，能快速确定输入数据是否与其内部某个数据或某几个数据相匹配。CAM的数据寻址方式因应用要求不同而不同，最快方式不仅需要一个时钟周期便可完成对所有数据的寻址。与RAM一样，CAM也是采取阵列式数据存储。其数据的写入方式与RAM差不多，但CAM的数据读取方式却与RAM不同。在RAM中，输入的是数据地址，输出的是数据；而在CAM中，输入的是所要查询的数据，输出的是数据地址和匹配标志（Match）。若匹配（即数据搜寻到）

3、，则输出数据地址。在RAM中，RAM的存储容量由地址线宽度确定。例如，10bit宽地址总线的RAM存储容量为210=1024个字节，CAM却没有这个限制，因此它不是采用传统的通过地址读取数据的方式。如若从1024个字节中查询某一数据，输入数据宽度为8bit，数据存在则输出匹配标志和10bit宽的数据地址。因此CAM不是采用传统的地址线模式读取数据，存储空间可以很容易地扩展，输入数据线宽度只由需查询的数据位数决定。图1为数据读取模式下的RAM和CAM的比较。显然，CAM的数据查询速度远远高于RAM。因此，CAM大量应用于需要高速数据处理的系统之中。CAM的出现加快了一些系统和技术的应用，如大型

4、数据库管理、数据链接、模式识别等在图像识别、语音识别中的应用。CAM的核心为存储单元阵列和存储单元与输入数据之间的比较器。不同的应用对CAM的速度、密度有不同的要求，而且CAM实现途径也是多样的。2用APEX系列FPGA实现CAMAPEX系列FPGA是Altera公司最新推出的高档FPGA芯片，500)this.style.ouseg(this)">APEX系列真正实现了单片机的系统级综合。在多心线结构的支持下，APEX芯片既具有以往PLD的优点，又对这些优点有所扩展，并且在复杂系统的设计和应用中表现出极大的灵活性和高效性。APEX芯片内含多达250万个逻辑门，能够单芯片实现诸如锁相倍频环之

5、类的复杂系统。它拥有64bit的数据线宽度和66MHz的总线频率，数据处理速度达620Mbit/s。2.5V供电的APEX采用0.22微米工艺，1.8V供电的APEX芯片则采用更先进的0.18微米工艺。APEX芯片主要由三大部分组成：LUT、ProductTerm和Memory。这三大部分综合到一个芯片中，不但节省了应用系统所占空间，而且使复杂系统的设计和实现变得简单可靠，系统执行效能也大大提高。ESB（EmbeddedSystemBlock）是APEX芯片的核心，它可以用业构成APEX芯片的各种控制部件。通常，许多需要快速数据寻址的系统使用分立的CAM，这不仅会延长开发周期、占用印制板空间

6、，而且也会因片内、外的时延而降低系统效能。APEX芯片则较好地解决了这个问题，它内含嵌入式CAM，把分立式CAM20ns的时延降低至4ns以下。与采用分立式CAM的系统相比较，采用APEX芯片系统，则效率成倍提高。对中小型系统来说，APEX芯片无疑是系统优的最佳选择。APEX芯片可用ESB直接构成CAM，实现高速数据寻址。还可用多个ESB扩展CAM的容量和数据宽度。在APEX20KE芯片中，每一ESB可配置成大小为32ouseg(this)">在这种模式下，设计的基本模块为SRL16E移位寄存器。SRL16E为VIRTEX库的基本模块，用户可以使用SRL16E和其它基本模块设计出不同字宽和字

7、深的CAM来。用SRL16E实现的8-bit的CAM如图3所示。初始化时，已知参数与4位递减计数器依次相比较，得到16bit比较值（含1个“1”，15个“0”），经过16个时钟周期，依次存入SRL16E移位寄存器。寄存器带有4位地址端，可对移位寄存器的16bit数据位实现寻址。CAM工作时，数据直接输入寄存器的地址端，若此数据与初始化时参数相一致，则输出“1”，否则输出“0”。3.2用BlockSelectRAM实现CAM除了用SRL16E实现CAM外，利用VIRTEX芯片内可编程资源BlockSelectRAM也是实现CAM的途径之一。一个BlockSelectRAM可配置成一个CAM16

8、基本模块，且有独立的读写双通道，这得益于BlockSelectRAM的双口特性。BlockSelectRAM是真正具有独立双通道的存储器，它的每个通道拥有各自的时钟和控制信号，A口和B口可独立配置成4096模式。基本BlockSelectRAM的CAM设计正是利用了BlockSelectRAM内部地址映射的灵活性。如图4所示，BlockSelectRAM的A口和B口其有共同的存储单元（4096bit），但可以