点击进入高速收发器系列文章导航界面

1、8B10B解决的问题

  8B10B编码是1983年IBM公司提出的传输编码标准，通常用于高速收发器中，常见的JESD204B、SATA等接口协议，使用查表就可以实现编码和解码。

  在这些高速收发器的接收端需要通过CDR技术去恢复时钟与数据的相位关系，在这个过程中需要不断的检测数据边沿和数据中心，从而调整时钟和数据的相位，因此需要保证接收的数据需要不断的变化，从而给CDR提供足够多的待检测数据边沿。

  另外高速接口电路一般采用交流耦合方式进行连接，在交流耦合电路中的信号线会接电容（隔直通交），如果传输的数据在一段时间内全是1或全是0，那么这段时间传输的信号可以等效成直流信号，会产生直流偏移，在通过电容时，有可能解码错误。

  因此通过8B10B编码，保证编码后的数据在一定时间内0的个数与1的个数保持相等。

2、8B10B编码规则

  8B10B就是把8位数据编码成10位数据，8位共有256种状态，而10位数据有1024种状态，可以从1024种状态中选取256种0和1个数相等的数据作为编码结果，在从剩下的数据中选取12个作为控制字符，即常见的K码。

  如下图所示，将输入的8位数据分为高3位和低5位，分别进行3B4B、5B6B编码，结果为10位数据。

  通常把编码前的低5位数据EDCBA的十进制数值记为x，把编码前的高3位数据HGF的十进制数值记为y，原始8位数据可以表示为D.x.y。

  比如待编码数据为110_00011，高3位数据的十进制为6，低5位的十进制数据为3，则D.3.6就表示110_00011。

  常见的控制字符K.28.5的也是采用上述方式，控制字符的编码结果是固定的，不会与数据的编码结果冲突。

  低5位数据总共有32种状态，对应的5B6B编码规则如下表所示。

  下面是3B4B编码的表格，原理与5B6B编码一致。

  可能第一次看下表会有疑问，为什么D.00的编码结果有两种？RD又是什么东西？

  5位数据总共有32种状态，编码结果有6位数据，0和1数量相等的只有000_111、001_011…、110_001、111_000等20种状态。其中000_111和111_000存在三个连续相同的状态，并没有被使用。导致编码后0和1数据相等的结果就只有18种状态，并不能满足输入5位数据的32种数据状态，3B4B编码也有同样的问题。

  此时设计编码的人提出，一次编码如果不能保证编码结果0和1个数相等，那么可以让连续两次编码结果的0和1相等，也能满足要求。

  极性偏差（running disparity，RD）用来记录上一次编码结果中0和1个数的多少。RD=-1表示编码结果0多于1，RD=1表示编码结果1多于0。

  如果编码结果的1和0个数相等，称为平衡编码，此时RD的数值保持不变。如果编码结果1和0个数不等，称为非平衡编码，此时RD的数值翻转，下次编码采用RD对应数值的编码作为编码结果。

  将上次8B10B编码结果的RD数值用作本次5B6B编码的起始RD，而3B4B编码的起始RD等于5B6B编码结果的RD，3B4B编码结果的RD作为本次8B10B编码的RD。

  对应的编码状态跳转如下图所示。

  通过这种方式才能保证一次编码结果要么0和1个数相等，要么相差两个。关于这方面的讲述，网上绝大多数文章都是错误的，认为上次8B10B编码结果的RD会作为下次5B6B和3B4B编码的起始RD，造成3B4B编码错误。

  上述讲解的是数据编码过程，因为8B10B编码大多用于异步串行通信，接收方需要识别数据的帧头、帧尾这些控制信息，从而完成数据的对齐、同步等等。

  因此8B10B编码有12个控制字符，通常称为K码，这些控制字符的编码结果是唯一的，不会与数据编码的结果重复。下表就是12个控制字符的编码。

  因为K码的编码结果是唯一的，因此接收端检测K码的方式很简单，通过一组移位寄存器，将输入数据依次移入，当移位寄存器的数值与K码的编码结果相同时，就认为检测到对应K码了，从而实现对应功能，包括逗号检测、时钟纠正、起始位、停止位等等。

3、8B10B编码练习

  8B10B相关的理论讲解就到此结束了，以两个示例测试是否真的掌握该编码，请问D.8.3的8B10B编码结果是多少？

  由于起始RD并没有明确指出，可能为1或者-1，所以会存在两种编码结果。

  首先RD=-1时，根据图2得D.8的5B6B编码结果为111001，5B6B编码完成后，RD翻转变为1。将RD=1作为D.x.3的3B4B编码起始RD，根据图3查表得编码结果为0011，再次将RD翻转作为本次8B10B编码结果的RD。

  因此起始RD=-1的编码结果为111001_0011，先输出高位数据。

  当起始RD=1时，根据图2得D.8的5B6B编码结果为000110，RD翻转作为3B4B起始RD，得D.x.3的3B4B编码结果为1100，因此8B10编码及热锅为000110_1100。

  怎么验证上述计算是否正确呢？

  Xilinx的UG476手册的附录有所有8B10B编码数据的结果，如下图所示，起始RD=-1时，D.8.3编码结果为111001_0011，起始RD=1时，D.8.3编码结果为000110_1100，与上述计算结果保持一致，证明计算方法没有问题。

  第二个问题，当前RD=1，则K.28.5、D.2.6、D.23.4的编码结果依次是多少，且最终的RD是多少？

  首先RD=1时，通过图5查得k.28.5编码结果为110000_0101，然后RD保持不变，因为K28.5的5B6B是不平衡编码，3B4B是平衡编码，因此RD的最终结果会翻转，RD=-1。

  因此D.2.6的起始RD=-1，首先D.2的5B6B编码结果为101101，RD翻转变为1。D.x.6的3B4B编码结果为0110，由于D.x.6是平衡编码，因此RD保持不变。

  故D.2.6的编码结果为101101_0110，RD最终为1。

  当RD=1时，D.23.4的5B6B编码结果为000101，然后RD翻转为-1。之后D.x.4的编码结果为1101，RD的极性再次翻转为1。

  所以K.28.5、D.2.6、D.23.4的编码结果依次是110000_0101、101101_0110、000101_1101，RD的最终取值为1。D.2.6、D.23.4的查表结果如下图所示，与上述计算结果保持相同，证明编码规则没有问题。

  从上述编码过程可知，每个输入数据通过查表都可以得到其唯一的编码结果，根据编码结果也可以查表反推进行解码，所以实现这个编码和解码的思路比较简单，直接使用查表法即可。

  通过上述编码也可以很清晰知道该编码的缺陷，每次传输的10位数据中有2位是无效数据，损耗比较大。后续的64B66B编码就是为了解决这个问题提出的，但是8B10B编码的误码率会比64B66B编码低。

  关于8B10B编码内容讲解就到此结束了，本来最开始是不想写这方面内容的，结果在CSDN和B站看到很多大佬对RD极性变化的理解都有问题，编码结果与官方提供的结果都不相同，因此写了这篇文章，希望对大家的理解有帮助。

4、补充说明

  在评论区有同学问到D.X.7的3B4B编码为啥会有两种结果，如下图的D.x.A7和D.x.P7，均为D.x.7的3B4B编码结果，在实际使用时如何选择？

  可以先分析D.X.7的两种3B4B编码结果，其中D.X.P7当RD=-1时编码结果为1110，而RD=+1编码结果为0001，这两个编码结果均有连续三个相同的数字，如果前面的5B6B编码的末尾数据也与此数据一致，那不就出现连续四个及以上的相同数据了？破坏了直流均衡的目的。

  举个例子，比如待编码的数据为D15.7，RD初始值为-1。先对D.15进行5B6B编码，编码结果为010111，RD变为+1。

  如果D.X.7选用D.X.A7的编码结果，则3B4B编码结果为1000，D15.7的8B10B编码结果为0101111000。

  如果D.X.7选用D.X.P7的编码结果，则3B4B编码结果为0001，D15.7编码结果为0101110001。

  对比上述两个D15.7编码结果可知，选用D.X.A7的编码结果出现了连续的4个1，且末尾又出现连续三个0，有可能和下个编码结果又出现连续的多个零，因此这种编码方式不可取。

  综上，D15.7在RD=-1时的8B10B编码结果为0101110001，与下图中查表得到的数据一致。

  因此D.X.7的3B4B编码结果具体选用什么需要根据5B6B编码结果进行选择，避免出现多个连续相同的数据，影响直流均衡的目的。读者可以在选择D12.7等等完成编码进行比对，也是符合这个思路的。

  如果对文章内容理解有疑惑或者对代码不理解，可以在评论区或者后台留言，看到后均会回复！

  如果本文对您有帮助，还请多多点赞?、评论?和收藏⭐！您的支持是我更新的最大动力！将持续更新工程！