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8b/10b编码方式(详细)总结附实例快速理解

6 人参与  2024年04月22日 17:05  分类 : 《我的小黑屋》  评论

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前言一、简介二、转换过程2.1 背景2.2 具体转换过程 三、其他相关链接1、PCIe物理层总结-PCIE专题知识(一)2、PCIe数据链路层图文总结-PCIe专题知识(二)3、PCIe物理层链路训练和初始化总结-PCIe专题知识(三)4、PCIe物理层弹性缓存机制解析-PCIe专题知识(四)5、PCI总线及发展历程总结

前言

本文主要通过图文方式介绍8b/10b编码,具体转换方式通过实例解析,方便读者快速掌握。

一、简介

8b/10b编码也叫做8字节/10字节,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。该编码方式最初是由IBM公司在1983年发明并应用于ESCON[200M互联系统],由AI widmer和Peter Franaszek在IBM的刊物“研究与开发”上提出。

二、转换过程

2.1 背景

8b/10编码的特性就是保证DC平衡——直流平衡,其实就是串行数据中连续出现的1/0达到一个平衡均匀的状态,当高速串行流动逻辑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段关系而造成信号错误。
理想电容的阻抗公式在这里插入图片描述通过上面公式可以知道,频率f越高,阻抗越低,反之,频率越低,阻抗越高。因此上图中的情况,当码型是高频的时候,基本可以不损耗的传输过去,但是当码型为连续的0或者1的时候,电容的损耗就很大,导致幅度不断降低,最严重的后果就是无法识别到底是0还是1,因此8b/10b编码就是为了尽量把低频的码型优化成较高频率的码型,从而降低阻抗带来的损耗。
将8bit编码成10bit后,连续的1或者0不能超过5位,所以10b中0和1的位数只可能出现3中情况:
有5个0和5个1
有6个0和4个1
有4个0和6个1

在这里插入图片描述

2.2 具体转换过程

1、拆分转换
假设原始8位数据从高到低用HGFEDCBA表示,8B/10B编码将8位数据分成高3位HGF和低5位EDCBA两个子组。然后经过5B/6B编码,将低5位EDCBA映射成abcdei;高3位经过3B/4B编码,映射成fghj,最后合成abcdeifghj发送。发送时由于是小端模式,a先发送,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。在这里插入图片描述2、转换规则

将低5位EDCBA按其十进制数值记为x,将高3位按其十进制数值记为y,将原始8bit数据记为D.x.y,依次查表得到相应的转换结果。

5B/6B编码映射关系表
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

举例说明:
例如8bit数“101 10101”,即十进制数181,按照按照3/5的划分原则x=10101(21),y=101(5),所示这个数被表示为D.21.5。此外在8B/10B编码中,还需用到12种控制字符,用来标识传输数据的开始和结束,传输空闲等状态,按照上述规则,将控制字符记为K.x.y。

3B/4B编码映射关系表
在这里插入图片描述RD:running disparity 直译“运行不一致性”,也翻译成“极性偏差”(running disparity,RD),RD是对编码后的数据流Disparity的一个统计,+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,编码中“1”和“0”数量相等的码字称为“完美平衡码”。

和5B/6B组合时D.x.m7和D.x.n7编码必须选择一个来避免连续的5个0或1。
具体怎么选择呢,是有规则的:

D.x.n7用在:x=17 x=18 x=20当RD=-1时;x=11 x=13 x=14 当RD=+1时。其他情况下x.n7码不能被使用

举例说明:
例1:
在编码时,RD的初始值为负,即RD-,根据当前的RD值,决定相应的编码输出。比如:在上表中,对于D.x.3(011),其对应的4B码字有两种:1100和0011,若此时RD为负,则取1100作为其对应的4B码字作为输出,同时检验此时的编码是否为完美编码,如果是完美编码,则保持RD的极性不变;否则改变RD的极性。通过控制RD的极性,同时在编码时根据RD的极性选择相对应的编码值,使得编码后的数据流有更好的直流平衡特性。

例2:
在上表中,对于D.x.4(100),其对应的4B码字有两种:1101和0010,若此时RD为负,则取1101作为其对应的4B码字作为输出,同时检验此时的编码是否为完美编码,如果是完美编码,则保持RD的极性不变;否则改变RD的极性。通过控制RD的极性,同时在编码时根据RD的极性选择相对应的编码值,使得编码后的数据流有更好的直流平衡特性,达到我们的缓解长“0”或长“1”的目的。

8B/10B编码映射关系表
在这里插入图片描述下图所示为RD状态转移图:
在这里插入图片描述
规划8B/10B编码机制的时候,使用了12个特殊的控制代码(Control Characters),他们能在数据中被发送,还可以组合成各种“原语”。由于控制字符只有12种,对其单独编码即可,可不按照上述方法对其编码。其编码映射关系如下:

在这里插入图片描述

三、其他相关链接

1、PCIe物理层总结-PCIE专题知识(一)

2、PCIe数据链路层图文总结-PCIe专题知识(二)

3、PCIe物理层链路训练和初始化总结-PCIe专题知识(三)

4、PCIe物理层弹性缓存机制解析-PCIe专题知识(四)

5、PCI总线及发展历程总结


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