#PCIE#8b/10b编码

8B/10B&＃xff0c;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&＃xff09;&＃xff0c;由Al Widmer和Peter Franaszek在IBM的刊物“研究与开发”发表。

8b/10b编码的特性之一是保证DC 平衡。

采用8b/10b编码方式&＃xff0c;可使得发送的“0”、“1”数量保持基本一致&＃xff0c;连续的“1”或“0”不超过5位&＃xff0c;即每5个连续的“1”或“0”后必须插入一位“0”或“1”&＃xff0c;从而保证信号DC平衡&＃xff0c;它就是说&＃xff0c;在链路超时时不致发生DC失调。通过8b/10b编码&＃xff0c;可以保证传输的数据串在接收端能够被正确复原&＃xff0c;除此之外&＃xff0c;利用一些特殊的代码( 在PCI-Express总线中为K码) &＃xff0c;可以帮助接收端进行还原的工作&＃xff0c;并且可以在早期发现数据位的传输错误&＃xff0c;抑制错误继续发生。

8b/10b编码是目前许多高速串行总线采用的编码机制&＃xff0c;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&＃xff0c;为什么要引入这种机制呢&＃xff1f;其根本目的是“直流平衡&＃xff08;DC Balance&＃xff09;”。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&＃xff0c;信号的转换就会因为电压位阶的关系而造成信号错误&＃xff0c;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&＃xff0c;10B中0和1的位数只可能出现3种情况&＃xff1a;
1.有5个0和5个1  &＃xff1b;  // Disparity  &＃61; 0 &＃xff1b; (不均等性)
2.有6个0和4个1 &＃xff1b; //  Disparity  &＃61; &＃43;2 &＃xff1b;&＃xff08;计算规则&＃xff1a;0的个数减去1的个数。而RD&＃xff08;极性偏差或者运行不一致&＃xff09; &＃xff0c;如果1的个数比0多&＃xff0c;那么是RD &＃61; &＃43;1&＃xff1b;如果0的个数比1多&＃xff0c;那么是RD&＃61; -1。此外&＃xff0c;这里&＃xff0c;6个0 并不是说会出现0000001111或者1111110000 这样的序列&＃xff0c; 因为这样的序列已经被剔除出去。但是可以出现1010001001这样的&＃xff0c;6个0和4个1的序列。连续5个0&＃xff08;0000011111、0000010111等&＃xff09;和5个1&＃xff08;1111100000&＃xff09;的序列&＃xff0c;只有在控制码中存在&＃xff09;
3.有4个0和6个1  &＃xff1b;  // Disparity  &＃61; -2 &＃xff1b;
这样引出了一个新术语“不均等性&＃xff08;Disparity&＃xff09;”&＃xff0c;就是1的位数和0的位数的差值&＃xff0c;根据上面3种情况就有对应的3个Disparity 0、-2、&＃43;2。

1.原理讲解

8bit原始数据会分成两部分&＃xff0c;其低5位会进行5B/6B编码&＃xff0c;高3位则进行3B/4B编码&＃xff0c;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&＃xff0c;其x&＃61;5LSB(least significant bit最低有效位)&＃xff0c;y&＃61;3MSB(most significant bit最高有效位)。

8b/10b编码是将一组连续的8位数据分解成两组数据&＃xff0c;一组3位&＃xff0c;一组5位&＃xff0c;经过编码后分别成为一组4位的代码和一组6位的代码&＃xff0c;从而组成一组10位的数据发送出去。相反&＃xff0c;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&＃xff1a;

其中D表示为数据代码&＃xff0c;

K表示为特殊的命令代码&＃xff0c;

X表示输入的原始数据的低5位EDCBA&＃xff0c;

Y 表示输入的原始数据的高3位HGF。

例如一个8bit数据101 10101&＃xff0c;x&＃61;10101(21) y&＃61;101(5)&＃xff0c;现在我们就把这8bit数据写成D21.5&＃xff0c;明白了吧&＃xff01;
Dx.y形式在进行5B/6B和3B/4B编码中表示更直观&＃xff0c;下面我们来看看两张编码表&＃xff1a;
对于8bit数据&＃xff0c;它在表中的位序为HGFEDCBA&＃xff0c;即H为最高位&＃xff0c;A为最低位&＃xff0c;EDCBA经过5B/6B编码为abcdei&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃61;17 x&＃61;18 x&＃61;20当RD&＃61;-1时&＃xff0c;x&＃61;11 x&＃61;13 x&＃61;14 当RD&＃61;&＃43;1时。当x&＃61;23 x&＃61;27 x&＃61;29 x&＃61;30时&＃xff0c;使用K.x.7进行编码。其他情况下x.A7码不能被使用&＃xff0c;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&＃xff0c;它是Running Disparity的缩写&＃xff0c;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&＃xff0c;&＃43;1用来表示1比0多&＃xff0c;-1用来表示0比1多&＃xff0c;-1是它的初始化状态。下面我们来看一张表来加深理解&＃xff1a;

RD的全称为RunningDisparity&＃xff0c;简称为RD&＃xff0c;由于数据流不断从发送端向接收端传输&＃xff0c;前面已发送数据的不一致性累积产生的状态称为“运行不一致”&＃xff0c;RD会出现“&＃43;1”和“-1”两种状态&＃xff0c;“&＃43;1”表示正极性&＃xff0c;即位“1”比位“0”多&＃xff1b;“-1”表示负极性&＃xff0c;即位“0”比位“1”多&＃xff0c;当前RD计算方式为&＃xff1a;

RD &＃61; Number(1) – Number(0) &＃43; Number&＃xff08;past&＃xff09;

RD的初始值为“-1”&＃xff0c;下一状态RD的值依赖于当前的RD值以及当前6B或者4B码的极性&＃xff0c;根据当前RD的值&＃xff0c;决定5b/6b,3b/4b的映射方式。

上面我们提到的“逗号码”和“逗号序列”&＃xff0c;其实都是当初在规划8B/10B编码机制的时候&＃xff0c;所谓的控制代码&＃xff08;Control Characters&＃xff09;的其中之一。8B/10B标准中使用了12个特殊的控制代码&＃xff0c;他们能在数据中被发送&＃xff0c;还可以组合成各种“原语”。

† 在控制代码中&＃xff0c;K.28.1 K.28.5 K.28.7 是逗号序列&＃xff0c;逗号序列是用来校准用的&＃xff0c;如果K.28.7没有被使用&＃xff0c;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&＃xff0c;一种更复杂的校准规范需要†被使用&＃xff0c;它们能组合成各种“原语”&＃xff0c;在任何情况下多个K.28.7序列不允许被同时使用&＃xff0c;它将导致不可探测的逗号序列。

当CurrentRD&＃61;&＃61;-1时&＃xff0c;表示之前传输的数据中“0”的个数多于“1”的个数.

经过8b/10b编码后&＃xff0c;连续的“1”和“0”的个数基本上不会超过5bit&＃xff0c;只有在使用K码时&＃xff0c;才会出现连续的5个0或1&＃xff1a;