8bit/10bit線路編碼簡介

線路編碼：

?????? 線路/信道：

特指在數據（信息）傳輸中，信號傳輸的物理通道。本質上信道不局限于有線/無線，也不局限于具體的載體材質，可以是銅線、光信號、甚至是無介質空間中的電磁場。在本文中，主要針對有線通訊和光通訊應用的場景來具體討論和展開。

信號交疊

每一種信道都有自己的特性，這些特性限制了最高的傳輸頻率，更高頻率的傳輸，會導致前后兩個信息之間難以分辨，產生信號的交疊。

時鐘信息

在數字電路系統中，需要傳輸的最高頻率的信息就時鐘信息。時鐘頻率要低于信道允許傳輸的最高頻率。

信道干擾

任何信道都會受到所處環境的干擾。持續存在的干擾可以等同于基底噪聲。突發的干擾則會引起信道的短暫不可靠，甚至造成傳輸錯誤。

????????????? 總體來說，就是信道要保證傳輸的數據易于被接收端接收（采樣）、分辨、恢復。

線路/信道編碼：

?????? 線路/信道編碼就是將原始需要傳輸的信息，經過一定的變換，使其更適合其所要使用的傳輸信道。通常要考慮如下因素：

帶寬利用率要高

沒有哪種信道編碼可以100%利用信道的傳輸資源，但是要盡量減少信道編碼的開銷。

時鐘信息傳輸要可靠

為了便于接收端的時鐘恢復電路，必須充分傳遞時鐘信息（控制連續的0和連續的1的個數）。

數據分割和對齊的方法

字節的劃分、信道間的數據對齊等

具有一定的抗干擾能力

誤碼檢測、誤碼糾錯等

適應遠距離傳輸

直流平衡等

8b-10b編碼簡介：

8b/10bB編碼是1983年由IBM公司的Al Widmer和PeterFranaszek所提出的數據傳輸編碼標準，目前已經被廣泛應用到高速串行總線，如IEEE1394b、SATA、PCI-Express、Infini-band、FiberChannel、XAUI、RapidIO、USB 3.0等。

• 8b/10b編碼，實際上是3b/4b 和 5b/6b兩個編碼的組合。
• 輸入的8bit原始數據，被拆分成高3bit（記作y），和低5bit（記作x）兩部分
• 拆分后的兩部分，分別做3b/4b 和 5b/6b編碼。生成10bit數據（4bit + 6bit）
• 最后生成的10bit數，按照LSB的順序，從最低位逐bit發送。

3b/4b 和 5b/6b編碼表

5b/6b code

?????? Input		RD=-1	RD=+1		Input		RD=-1	RD=+1
data	EDCBA	iedcba			data	EDCBA	iedcba
D.00	00000	111001	000110		D.16	10000	110110	001001
D.01	00001	101110	010001		D.17	10001	110001
D.02	00010	101101	010010		D.18	10010	110010
D.03	00011	100011			D.19	10011	010011
D.04	00100	101011	010100		D.20	10100	110100
D.05	00101	100101			D.21	10101	010101
D.06	00110	100110			D.22	10110	010110
D.07	00111	000111	111000		D.23	10111	010111	101000
D.08	01000	100111	011000		D.24	11000	110011	001100
D.09	01001	101001			D.25	11001	011001
D.10	01010	101010			D.26	11010	011010
D.11	01011	001011			D.27	11011	011011	100100
D.12	01100	101100			D.28	11100	011100
D.13	01101	001101			D.29	11101	011101	100010
D.14	01110	001110			D.30	11110	011110	100001
D.15	01111	111010	000101		D.31	11111	110101	001010
					K.28	11100	111100	000011

?? 理論上分析：

• 5bit碼共有32個碼字，6bit碼共有64個碼字。因此5b/6b編碼中，6bit碼字只需要用一半。
• 為了去除連0和連1，自然會想到用64個碼字中0/1比較平衡的碼字。
• 6bit碼字中，0和1個數相等（3個0和3個1）的碼字共有C63=20個

0和1的個數相差2的有：2*C62=30個

0和1的個數相差4的有：2*C61=12個

0和1的個數相差6（全0或全1）的有：2*C60=2個

• 理論上，我們選擇上述的前兩種（0和1個數差小于等于2）碼字就夠了。

編碼方式：

• 5bit碼字中0和1的個數相差為1、3、5（0和1的個數不可能相等）
• 0比1多一個的碼字有10個：

D.03（00011） ?????? RD-/+ （100011）

D.05（00101）??????????? RD-/+ （100101）

D.06（00110）???????????? RD-/+ （100110）

D.09（01001）??????????? RD-/+ （101001）

D.10（01010）??????????? RD-/+ （101010）

D.12（01100）???????????? RD-/+ （101100）

D.17（10001）??????????? RD-/+ （110001）

D.18（10010）??????????? RD-/+ （110010）

D.20（10100）??????????? RD-/+ （110100）

D.24（11000）???????????? RD- ?? （110011） ??RD+ （001100）

從上面可以看到，5bit碼字中當0比1多一個時，直接在前面添加1，編程6bit碼字。這時的6bit碼字0和1個數相等。

但是D.24比較特殊，按照上述規則，D.24編碼后應該是111000，但是由于D.07，占用了相應的碼字，因此D.24采用了其特殊的映射編碼方式。

• 1比0多一個的碼字也有10個（其實就是0/1翻轉一下，碼字翻轉也等同于用31去減一下）：

D.28（11100） ?????? RD-/+ （011100）

D.26（11010）???????????? RD-/+ （011010）

D.25（11001）???????????? RD-/+ （011001）

D.22（10110）???????????? RD-/+ （010110）

D.21（10101）??????????? RD-/+ （010101）

D.19（10011）???????????? RD-/+ （010011）

D.14（01110）???????????? RD-/+ （001110）

D.13（01101）???????????? RD-/+ （001101）

D.11（01011）???????????? RD-/+ （001011）

D.07（00111）???????????? RD- ?? （000111） ??RD+ （111000）

從上面可以看到，5bit碼字中當0比1多一個時，直接在前面添加1，編程6bit碼字。這是的6bit碼字0和1個數相等。

由于D.07占用了2個1/0個數相等的6bit碼字，因此D.24使用了其他的碼字。到此，20個0/1平衡的6bit碼字全部用完了。

但是D.07比較特殊，在5’b00111前加一個0編程6’b000111后，此碼字僅作為RD-，同時還編碼了RD+ 6’b111000，這個碼字剛好占用了D.24對應的碼字，因此才導致了D.24使用了兩個1/0差為2的碼字。 這樣做，主要是因為碼字000111和111000的前后邊界都是3連0/1，這很容易和前后的其他碼字形成多個連續的0/1，因此編碼時就必須考慮其他碼字情況來做適當的選擇，以避免過多的連0/1。

• 1和0個數相差3的碼表

Input		RD=-1	RD=+1		Input		RD=-1	RD=+1
data	EDCBA	iedcba			data	EDCBA	iedcba
D.01	00001	101110	010001		D.23	10111	010111	101000
D.02	00010	101101	010010		D.27	11011	011011	100100
D.04	00100	101011	010100		D.29	11101	011101	100010
D.08	01000	100111	011000		D.30	11110	011110	100001
D.16	10000	110110	001001		D.15	01111	111010	000101

?????? D.23、D.27、D.29、D.30對應的5bit碼字中1的個數比0多，因此其RD-編碼即為在其前面加1bit0。而RD+則是RD-按bit取反。

?????? D.01、D.02、D.04、D.08對應的5bit碼字中0的個數比1多，因此其RD+是在第二bit處插入1bit1（最前面加1bit1對應的碼字被D.23、D.27、D.29、D.30的RD-占用了）

?????? D.16和D.15，比較特殊，為了減少連續的0/1，采用了特殊的編碼方法。

?????? 但是D.30的中間存在4個連續的0/1：6’b011110和6’b100001。

??????

• 特殊編碼：

Input		RD=-1	RD=+1		Input		RD=-1	RD=+1
data	EDCBA	iedcba			data	EDCBA	iedcba
D.16	10000	110110	001001		D.15	01111	111010	000101
D.00	00000	111001	000110		D.31	11111	110101	001010
D.24	11000	110011	001100		K.28	11100	111100	000011

?????? 編碼的2個基本原則：

RD為“-”時，表示前面的碼流中0比較多，因此RD-的碼字中，1要比0多。同理，當RD為“+”時，碼字中的0要比1多。

使用的碼字中，盡量避免的連續的0或1的編碼，尤其在碼字的邊界處。

?????? K.28 作為控制碼，其邊界有連續的0和1，因此在和前后其他碼字構成連續的碼流時，需要考慮避免過長的連續0/1的情況。

?????? 由此我們也考慮到D.07采用的編碼，雖然0和1的個數是均等的，但是由于其連續的0和連續的1都在碼字的邊界，因此在構成連續的碼流時也容易和前后的其他碼字組成比較長的連0/1。

由此還剩下兩個編碼： 110000和001111。

3bit/4bit code

Input		RD=-1	RD=+1		Input		RD=-1	RD=+1
data	HGF	jhgf			data	HGF	jhgf
D.x.0	000	1101	0010		K.x.0	000	1101	0010
D.x.1	001	1001			K.x.1	001	0110	1001
D.x.2	010	1010			K.x.2	010	0101	1010
D.x.3	011	0011	1100		K.x.3	011	0011	1100
D.x.4	100	1011	0100		K.x.4	100	1011	0100
D.x.5	101	0101			K.x.5	101	1010	0101
D.x.6	110	0110			K.x.6	110	1001	0110
D.x.P7	111	0111	1000
D.x.A7	111	1110	0001		K.x.7	111	1110	0001

?????? 3bit/4bit碼表看起來比較直觀：

• D.x.1、D.x.2、D.x.5、D.x.6都是簡單地在最前面插入相應的1/0，湊成1和0平衡的4bit編碼。
• D.x.3和5bit/6bit編碼中的D.07類似，占用了兩個平衡的碼字，因此D.x.4和D.24類似，只能有非平衡的碼字了。
• D.x.0采用了特殊的編碼后，剩下四個連0/1的分給了D.x.7
• 為了防止碼流中D.x.7和前后的碼連接出太多的0/1，給D.x.7分配了2組碼字，并且規定如下：

1）3bit/4bit碼排在5bit/6bit碼之后（D.x.y中的x表示5bit/6bit編碼的結果）。在和5bit/6bit編碼組合時，D.x.P7和D.x.A7必須選一個，但是要避免5個以上的連0或連1。

2）結合5bit/6bit編碼，以下情況選擇A7，其他情況全都使用P7：

當RD為“-”是，有3個碼字選擇A7，即：

D.17.A7、D.18.A7、D.20.A7

當RD為“+”是，有3個碼字選擇A7，即：

D.11.A7、D.13.A7、D.14.A7

???????? 此處更能清晰的理解編碼的思想，和RD的含義：在有RD+和RD-的編碼中，利用不同RD采用不同的編碼，都可以有效的避免過多的連續0/1情況。但是對于D.17、D.18、D.20、D.11、D.13、D.14這樣的編碼并沒有區分RD+和RD-，這在和4bit/5bit編碼時，就容易產生多個連續的0/1。尤其當比較平衡的碼字都分配完后，K.x.7的編碼方式就必須考慮這一點了。

• K碼的碼字共有16個（4bti所有碼字也是16個），而為了避免出現某些連0/1的碼字，在K碼的16個碼字中，是有重復碼字的，因此在使用K碼時，情況會比較復雜。

使用K碼時，要避免和其他碼字混淆，因此并不是所有的組合都會被使用到。

K code：

K碼作為特殊的控制編碼，專門用來表示數據以外的控制指令。可以根據需要鑲嵌在數據碼流中的任何位置

基于K碼的應用和復雜性，在原始的8bit/10bit編碼中，只定義了12個特殊的控制碼。他們可以和其他碼字一起組成各種“原語”。

input		RD= -1	RD= +1
	HGF? EDCBA	abcdei? fghj	abcdei? fghj
K28.0	000? 11100	001111? 0100	110000? 1011
K28.1	001? 11100	001111? 1001	110000? 0110
K28.2	010? 11100	001111? 0101	110000? 1010
K28.3	011? 11100	001111? 0011	110000? 1100
K28.4	100? 11100	001111? 0010	110000? 1101
K28.5	101? 11100	001111? 1010	110000? 0101
K28.6	110? 11100	001111? 0110	110000? 1001
K28.7	111? 11100	001111? 1000	110000? 0111
K23.7	111? 10111	111010? 1000	000101? 0111
K27.7	111? 11011	110110? 1000	001001? 0111
K29.7	111? 11101	101110? 1000	010001? 0111
K30.7	111? 11110	011110? 1000	100001? 0111

注意這個碼表的排列順序。

• K28.1、K28.5、K28.7中出現了5個連續的0/1，這在8bit/10bit編碼中是絕無僅有的。因此這連續出現的5個0/1，被定義為 逗號碼（commas），或者逗號序列，通常用來做序列的bit校準。

8bit/10bit編碼規則

RD（running disparity）：

RD用來表示0和1的相對多少。如果RD=（+1），表示之前的編碼中1的個數比0多；如果RD=（-1），表示之前的編碼中0的個數比1多。

Previous RD	Disparity of 6 or 4 bit code	Next RD
-1	-2（0比1多2個）	此情況禁止發生
-1	0	-1
-1	2	+1
+1	-2	-1
+1	0	+1
+1	2	此情況禁止

• 每一個編碼過程有2個輸入，和兩個輸出：

輸入：?????????? 要編的源碼 碼字

上一次編碼后得出的RD值

??????

輸出：?????????? 編碼后的碼字

???????????????????? 本次編碼后的RD值

編碼過程：

初始RD=-1

輸入一個要編碼的原始8bit碼字，和一個控制碼 z （z用來表示是D碼碼，還是K碼）

將碼字拆分成高3bit（HGF） 和 低5bit（EDCBA）。

依據控制z bit，決定使用D碼表，還是K碼表

根據當前RD、和5bit碼，編碼（查表）得到6bit 碼字（abcdei）。

根據編碼后碼字（abcdei），計算當前的disparity值（-2/0/+2）。

根據當前RD和disparity值，得出新的RD值。

依據新的RD，和3bit（HGF），以及選擇后的碼表（D碼或K碼），編碼（查表）得到4bit碼字（fghj）

根據編碼后的碼字（fghj），計算當前的disparity值（-2/0/+2）。

根據當前RD和disparity值，得出本次編碼的RD值。

將編碼后的jhgfiedcba，從最低bit逐bit發送，發送順序：

a,b,c,d,e,I,f,g,h,j

RD= 上一次編碼后的RD值，

重復2）～12）步驟。

K碼的應用：

在PCIE協議中，使用如下的K碼：

Encoding	symbol	function	description
K28.5 001111 1010 110000 0101	COM	comma	Used for Lane and Link Initialization and management
K27.7 110110 1000 001001 0111	STP	Start TLP	Marks the start of a Transaction Layer Packet
K28.2 001111 0101 110000 1010	SDP	Start DLLP	Marks the start of a Data Link Layer Packet
K29.7 101110 1000 010001 0111	END	end	Marks the end of TLP or DLLP
K30.7 011110 1000 100001 0111	EDB	End bad	Marks the end of nullified TLP
K23.7 111010 1000 000101 0111	PAD	Pad	Used in Framing and Link Width and Lane ordering negotiations
K28.0 001111 0100 110000 1011	SKP	skip	Used for compensating for different bit rates for two communicating ports
K28.1 001111 1001 110000 0110	FTS	Fast training sequence	Used within an ordered set to exit from L0s to L0
K28.3 001111 0011 110000 1100	IDL	Idle	Used in the Electrical idle ordered set
K28.4 001111 0010 110000 1101			reserved
K28.6 001111 0110 110000 1001			reserved
K28.7 001111 1000 110000 0111			reserved

從上表可以理解到：

僅有K28.5中包含5個連續的0/1，因此用作comma（逗號碼），作為串行序列的bit位檢測標識，區分symbol。K28.5可以定期或者不定期地插入到碼流中的任何部分，作用類似于幀同步信號，接收方收到后，需要從碼流中將其去掉。

K28.0（skip）：在多個lane時，用以填充空閑的lane，以達到各個lane之間的字節對齊。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的8bit/10bit线路编码简介的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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