FPGA学习-8B/10B编码

8B/10B，也叫做8字节/10字节或8B10B。8B/10B方式最初由IBM公司于1983年发明并应用于ESCON(200M互连系统），由Al Widmer和Peter Franaszek在IBM的刊物“研究与开发”上描述。

　　8b/10b编码的特性之一是保证DC 平衡，采用8b/10b编码方式，可使得发送的“0”、“1”数量保持基本一致，连续的“1”或“0”不超过5位，即每5个连续的“1”或“0”后必须插入一位“0”或“1”，从而保证信号DC平衡，它就是说，在链路超时时不致发生DC失调。通过8b/10b编码，可以保证传输的数据串在接收端能够被正确复原，除此之外，利用一些特殊的代码( 在PCI-Express总线中为K码) ，可以帮助接收端进行还原的工作，并且可以在早期发现数据位的传输错误，抑制错误继续发生。

　　8b/10b编码是将一组连续的8位数据分解成两组数据，一组3位，一组5位，经过编码后分别成为一组4位的代码和一组6位的代码，从而组成一组10位的数据发送出去。相反，解码是将1组10位的输入数据经过变换得到8位数据位。数据值可以统一的表示为DX.Y或KX.Y，其中D表示为数据代码，K表示为特殊的命令代码，X表示输入的原始数据的低5位EDCBA，Y 表示输入的原始数据的高3位HGF。

　　8b/10b编码是目前许多高速串行总线采用的编码机制，如 USB3.0、1394b、Serial ATA、PCI Express、Infini-band、Fiber Channel、RapidIO等总线或网络等。

    8B/10B编码是目前高速串行通信中经常用到的一种编码方式。直观的理解就是把8bit数据编码成10bit来传输，为什么要引入这种机制呢？其根本目的是“直流平衡（DC Balance）”。当高速串行流的逻辑1或逻辑0有多个位没有产生变化时，信号的转换就会因为电压位阶的关系而造成信号错误，直流平衡的最大好处便是可以克服以上问题。

    将8bit编码成10bit后，10B中0和1的位数只可能出现3种情况：

1.有5个0和5个1

2.有6个0和4个1

3.有4个0和6个1

    这样引出了一个新术语“不均等性（Disparity）”，就是1的位数和0的位数的差值，根据上面3种情况就有对应的3个Disparity 0、-2、+2。

工作原理

    8bit原始数据会分成两部分，其低5位会进行5B/6B编码，高3位则进行3B/4B编码，这两种映射关系在当时已经成为了一个标准化的表格。人们喜欢把8bit数据表示成Dx.y的形式，其x=5LSB(least significant bit最低有效位)，y=3MSB(most significant bit最高有效位)。

    例如一个8bit数据101 10101，x=10101(21) y=101(5)，现在我们就把这8bit数据写成D21.5，明白了吧！

Dx.y形式在进行5B/6B和3B/4B编码中表示更直观，下面我们来看看两张编码表：

对于8bit数据，它在表中的位序为HGFEDCBA，即H为最高位，A为最低位，EDCBA经过5B/6B编码为abcdei，HGF经过3B/4B编码为fghj。传送10bit编码的顺序为abcdeifghj。

    † 3B/4B使用K.x.7

    † 对于D.x.7，当和5B/6B组合时D.x.P7和D.x.A7编码必须选择一个来避免连续的5个0或1。遇上连续5个0或1的情况下使用“逗号码”来进行校准。D.x.A7用在x=17 x=18 x=20当RD=-1时，x=11 x=13 x=14 当RD=+1时。当x=23 x=27 x=29 x=30时，使用K.x.7进行编码。其他情况下x.A7码不能被使用，他将会导致和其他“逗号序列”产生冲突。

‡ 候补编码K.x.y允许K.28.1 K.28.5 K.28.7作为“逗号码”来保证数据流中的唯一性。

    你们也许注意到了表中有个RD标志，它是Running Disparity的缩写，它的目的就是保持8B/10B编码中的直流平衡。它跟上面提到的Disparity其实是一样的意思，+1用来表示1比0多，-1用来表示0比1多，-1是它的初始化状态。下面我们来看一张表来加深理解：

    上面我们提到的“逗号码”和“逗号序列”，其实都是当初在规划8B/10B编码机制的时候，所谓的控制代码（Control Characters）的其中之一。8B/10B标准中使用了12个特殊的控制代码，他们能在数据中被发送，还可以组合成各种“原语”。

    † 在控制代码中，K.28.1 K.28.5 K.28.7 是逗号序列，逗号序列是用来校准用的，如果K.28.7没有被使用，序列0011111 或者 1100000 是不会出现在任何编码中的。

    ‡ 在实际编码中如果K.28.7可以被使用，一种更复杂的校准规范需要†被使用，它们能组合成各种“原语”，在任何情况下多个K.28.7序列不允许被同时使用，它将导致不可探测的逗号序列。