高速串行总线系列（1）8B/10B编码技术

目录

8B/10B编码

5B/6B 编码表

3B/4B 编码表

控制字符编码表

8B/10B编码的利用率

参考文献

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8B/10B编码

为什么要使用8B/10B编码？
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。

8B/10B编码的原理：

8bit原始数据会分成两部分，其低5位进行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Dxx.y的形式，其中x=5LSB，y=3MSB。

其中D表示待编码的字符为正常数据，还存在Kxx.y的形式，这里的K表示控制字符。

例如一个8bit数据101 10101，x=10101（十进制为21） y=101（十进制为5），现在我们就把这8bit数据写成D21.5，明白了吧！

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abcdeifghi。

8B/10B编码由低5位进行5B/6B编码，高3位则进行3B/4B编码实现，二者都是通过LUT的方式实现。在LUT中，除了原始的8位输入数据，编码后10位输出数据，还有一个编码极性RD（Running Disparity），下面会给出二者的编码表：

5B/6B 编码表

input		RD = −1	RD = +1		input		RD = −1	RD = +1
	EDCBA	abcdei				EDCBA	abcdei
D0	00000	100111	011000		D16	10000	011011	100100
D1	00001	011101	100010		D17	10001	100011
D2	00010	101101	010010		D18	10010	010011
D3	00011	110001			D19	10011	110010
D4	00100	110101	001010		D20	10100	001011
D5	00101	101001			D21	10101	101010
D6	00110	011001			D22	10110	011010
D7	00111	111000	000111		D23	10111	111010	000101
D8	01000	111001	000110		D24	11000	110011	001100
D9	01001	100101			D25	11001	100110
D10	01010	010101			D26	11010	010110
D11	01011	110100			D27	11011	110110	001001
D12	01100	001101			D28	11100	001110
D13	01101	101100			D29	11101	101110	010001
D14	01110	011100			D30	11110	011110	100001
D15	01111	010111	101000		D31	11111	101011	010100

3B/4B 编码表

input		RD = −1	RD = +1
	HGF	fghj
D.x.0	000	1011	0100
D.x.1	001	1001
D.x.2	010	0101
D.x.3	011	1100	0011
D.x.4	100	1101	0010
D.x.5	101	1010
D.x.6	110	0110
D.x.P7	111	1110	0001
D.x.A7	111	0111	1000

控制字符编码表

在8B/10B编码中，还会用到12个特殊的K字符，K字符及其组合方式通常用于表示数据帧的SOF（起始位）/EOF（结束位）/IDLE（空闲位）等特殊信息。

input		RD = −1	RD = +1
	HGF EDCBA	abcdei fghj	abcdei fghj
K.28.0	000 11100	001111 0100	110000 1011
K.28.1	001 11100	001111 1001	110000 0110
K.28.2	010 11100	001111 0101	110000 1010
K.28.3	011 11100	001111 0011	110000 1100
K.28.4	100 11100	001111 0010	110000 1101
K.28.5	101 11100	001111 1010	110000 0101
K.28.6	110 11100	001111 0110	110000 1001
K.28.7	111 11100	001111 1000	110000 0111
K.23.7	111 10111	111010 1000	000101 0111
K.27.7	111 11011	110110 1000	001001 0111
K.29.7	111 11101	101110 1000	010001 0111
K.30.7	111 11110	011110 1000	100001 0111

8B/10B编码的利用率

由于采用8B/10B编码带来了2个位宽的开销，所以导致带宽利用率只有原来的80%，如SRIO协议3.125Gbps带宽，其有效的带宽利用率只有3.125*0.8 = 2.5Gbps，所以串行总线在提高带宽的同时，带宽利用率也必须提高，因此诞生了64B/66B、128B/130B等编码方式，原理和8B/10B编码相同，但是带宽利用率提高了。

参考文献

嵌入式高速串行总线技术

参考链接1

参考链接2

参考链接3

参考链接4