Verilog开源项目——百兆以太网交换机（九）表项管理模块设计
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Atom TBM（Table Manager）即交换机表项管理模块，负责根据Packet的源MAC地址、源端口号进行自学习，便于下次遇到相同的MAC地址查询端口号，并定时完成高效的表项老化处理。
此外，Atom创新的使用循环hash和双hash算法来减轻hash冲突的影响。
一、Feature
- 100M时钟下，支持流水，每拍一次hash管理；
- 支持可选的hash冲突管理；
- 支持循环hash模式，循环最多不超过8次（否则性能将有几率不达标）；
- 支持双hash模式；
- 支持表项自学习、查询、表项老化管理；
二、概述
TBM（Table manager）为MAC table的管理模块，负责对MAC地址和Port映射的表项管理。主要功能为当DB请求Port查询后，判断MAC addr是否存在于表项，并自学习，记录Src MAC addr和Src Port的映射关系，同时在MAC table空闲时刻，进行表项的老化管理。
Atom在TBM中额外增加了SHA-256和SM-3的Hash算法，并支持Hash冲突避免，当发生Hash冲突后，Atom可以选择循环SHA-256、循环SM-3直至找到空闲位置，或者双Hash模式，同时计算SHA-256或者SM-3来寻找空位。
三、接口
四、功能设计
a）Hash算法
Atom共支持两种Hash算法：SHA-256和SM-3。
- 当用户不启用双Hash模式解决Hash冲突时，可以自由选择其中一种Hash算法对MAC地址进行映射。
- 当用户启用双Hash模式后，TBM将同时用SHA-256和SM-3进行MAC地址映射，并根据策略选择空闲地址自学习和查询。
b）Hash冲突
在Port映射的查询过程中，如果发生Hash冲突后，简单丢弃冲突的MAC地址，直接广播将极大的降低Packet传输效率，而过于复杂的Hash冲突解决方案又会降低查询速率，所以平衡性能的解决Hash冲突的方式在自学习和查询过程中将极为重要。
Hash冲突处理流程如上图所示：
- 当DB请求查询Port时，首先同时计算SHA-256、SM-3的Hash值；
- 若主Hash算法没有发生Hash冲突，则成功完成这次请求；
- 若主Hash算法发生Hash冲突，查询用户配置，是否开启Hash避免模式；
- 若没有配置Hash避免，则这次请求失败（学习和查询），作为广播包处理；
- 若配置Hash循环模式：（n为用户配置的循环上限，不可大于8）
a) 循环次数<n时，使用前一次的Hash值作为新一次Hash算法的输入，再次计算Hash值；
b) 循环次数=n时，退出循环，这次请求失败（学习和查询），作为广播包处理； - 若配置双Hash模式：
a) 副Hash算法没有发生Hash冲突，成功完成这次请求；
b) 副Hash算法发生Hash冲突，这次请求失败（学习和查询），作为广播包处理；
c）映射查询
Atom的自学习流程和查询过程总体和上一代Switch类似，流程如下：
- 收到DB请求后，先计算Src MAC Addr的Hash值，判断是否冲突，若冲突则先存入SFIFO中，等待controller空闲时处理；否则学习成功，将Src Port、Src MAC Addr、Hash次数存入表项；
- 处理查询操作，计算Dst MAC Addr的Hash值，若冲突，则执行冲突避免策略，如果时Hash循环模式，同样存入SFIFO中，等待controller下次空闲处理；否则需要MAC Addr和Hash次数完全一致才判断命中；
- 当DB req和internal SFIFO都存在请求时，优先处理internal req；
d）老化管理
Atom将采用触发式的老化剔除模式，避免不断请求刷新TTL，浪费功耗。TBM通过一个2048-bits的bitmap记录MAC table每个表项是否有效，并且在MAC table的表项中会同时记录最近一次MAC addr查询成功的时间。
通过上述方式可以在没有自学习和查询请求时，间接插入老化请求，剔除过久没有触发的表项，不需要单次连续扫描实现，为此表项内容如上图所示：包含48-bits的MAC addr，4-bits的目的端口，12-bits的表项触发时间戳。
在每次查询成功或老化成功时，会同时维护一个Mac table context bitmap，在每次system timer跳动时（单位为1us），触发scan controller进行bitmap的扫描，将存活的bit addr扫描出来，并缓存到SFIFO中。
- 如果在1us内扫描结束，那么scan controller停止，等待下1us的触发；
- 若扫描时间超过1us，那么直接开始下一次扫描；
当aging req读到对应表项后，将表项内的trigger timestamp和sys timer比较，若sys timer > trigger timerstamp + cfg_ttl，则老化剔除，否则不进行任何操作。
若有不专业或错误之处，欢迎指正！
具体电路实现及验证环境代码会在准备完毕后开源，目前暂时不能给出，请见谅
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