线路/信道编码技术(1)——8B/10B编码

1. 线路编码技术

        线路编码机制将输入原始数据转变为接收器可接收的数据格式，同时保证数据流中有足够的时钟信息提供给接收端的时钟恢复电路。线路编码技术提供了一种将数据对齐到字节/字的方法，可以保持良好的直流平衡，增加了数据的传输距离，提供了更为有效的错误检测机制。除此之外，线路编码技术也可以用来实现时钟修正、块同步、通道绑定和将带宽划分到子信道等。线路编码技术主要有两种：数值查找表机制和自修改数据流（扰码）。目前常用的有8B/10B编码和64B/66B编码。

2.8B/10B编码原理

        8B/10B编码是1983年由IBM公司的Al Widmer和PeterFranaszek所提出的数据传输编码标准，目前已经被广泛应用到高速串行总线，如IEEE1394b、SATA、PCI-Express、Infini-band、FiberChannel、XAUI、RapidIO、USB 3.0的美好。8B/10B编码将待发送的8位数据转换成10位代码组，其目的是保证直流平衡，以及足够密集的电平转换。

        8bit原始数据可以分成两部分：低位的5bit EDCBA（设其十进制数值为X）和高位的3bit HGF（设其十进制数值为Y），则该8bit数据可以记为D.X.Y。另外，8B/10B编码中还用到12个控制字符，他们可以作为传输中帧起始、帧结束、传输空闲等状态标识，与数据字符的记法类似，控制字符一般记为K.X.Y。8bit数据有256种，加上12种控制字符，总共有268种。10bit数据有1024种，可以从中选择出一部分表示8bit数据，所选的码型中0和1的个数应尽量相等。8B/10B编码中将K28.1、K28.5和K28.7作为K码的控制字符，称为“comma”。在任意数据组合中，comma只作为控制字符出现，而在数据负荷部分不会出现，因此可以用comma字符指示帧的开始和结束标志，或始终修正和数据流对齐的控制字符。

        编码时，低5bit原数据 EDCBA经过5B/6B编码成为6bit码abcdei，高3bit原数据HGF经3B/4B成为4bit码fghj，最后再将两部分组合起来形成一个10bit码abcdeifghj。10B码在发送时，按照先发送低位在发送高位的顺序发送。

        5B/6B编码和3B/4B编码的映射有标准化的表格，可以通过基于查找表的方式实现。使用 “不一致性（Disparity）”来描述编码中"1"的位数和"0"的位数的差值，它仅允许有"+2"(  "0"比"1"多两个)、"0"（ "0"与"1"个数相等）以及"-2"（"1"比"0"多两个）这三种状况。 由于数据流不停地从发送端向接收端传输，前面所有已发送数据的不一致性累积产生的状态被称为“运行不一致性（Runing Disparity，RD）”。RD仅会出现+1与-1两种状态，分别代表位"1"比位"0"多或位"0"比位"1"多，其初始值是-1。Next RD值依赖于Current RD以及当前6B码或者4B码的Disparity。根据Current RD的值，决定5B/4B和 3B/4B编码映射方式，如下图所示。

注意：当与5B/6B组合时，必须从D.x.P7和D.x.A7中选择一个来避免连续的5个0或1。

        当Current RD=-1时，表示之前传输的数据中"0"的个数多于"1"的个数，若6B或4B编码的Disparity=0，则NextRD=-1；若6B或4B编码的Disparity=+2，则Next RD=+1。同样，当Current RD=+1时，表示之前传输的数据中"0"的个数多于"1"的个数，若6B或4B编码的Disparity=0，则NextRD=+1；若6B或4B编码的Disparity=-2，则Next RD=-1。

        这样，经过8B/10B编码以后，连续的“1”和“0”基本上不会超过5bit，只有在使用comma时，才会出现连续的5个0或1。接收端的数据解码过程如下图所示：