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news 2025/10/15 5:22:40
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背景：在学习高速接口协议中，发现很多高速协议都使用8B/10B编码，且在接收端使用8B/10B解码来进行数据操作。那么什么是8B/10B编码呢？为什么要这样做呢？

工具：vivado2018.3

为什么要进行8B/10B编码？

由于数据序列传输过程中，硬件会通过时钟恢复技术去检测数据中零和一的边沿。如果在一次传输中出现了较长的连续的‘0’和‘1’，将会对时钟信息的提取恢复产生影响。因此，高速接口协议中一般使用8B/10B编码来平衡‘1’和‘0’的个数。对于直流分量来说，如果存在长时间的‘1’，会导致电路中的电容持续充电，导致后续电路识别到的‘0’的阈值高于设定的‘1’的阈值从而导致识别错误。

什么是8B/10B编码呢？

8B/10B编码主要分为两部分，一部分是数据编码，另外一部分是控制字符编码。8B/10B无论是数据编码还是控制字符编码都需要将8位数据分为3B部分和5B部分分别编码。具体编码方式如下图所示。

原始数据按照8bit最高有效位MSB到最低有效位LSB排列。记录为‘HGFEDCBA’。其中低五位‘EDCBA’的十进制值记作x，高三位‘HGF’十进制值记作y。其中，D代表数据，K代表控制字符。例如数据8‘hBC，可以记作K28.5（x部分为11100，值为5’d28，y部部分为101，值为3‘d5）。

对x部分执行5B/6B编码，值记录为'iedcba'，对y部分执行3B/4B编码，值记录为'jhgf'。组成数据后按照从低到高开始传输。

8B/10B编码是为了让数据中的0和1的个数相等。但是在进行编码时，3B/4B和5B/6B编码对应的数的个数为8/16，32/64。从表格中可以看出来Dx.0对应的编码有两种RD=-1和RD=+1时对应1011和0100。可以看到这两种数据类型下0和1的个数并不相等。表中会存在0比1多两个，1比0多两个，0和1一样多这三种情况。

这种情况怎么解决呢？

使用RD来表示本次编码后0和1的个数比，即代表0和1的数量差。当本次编码结果为1011时导致1比0多，下次编码时记录RD为+1，编码结果就取0100，以此来平衡0和1的个数。

3B/4B编码映射表

5B/6B编码映射表

从3B/4B表中也可以看出来，对于y=7时对应编码有两种，Dx.P7和Dx.A7这两种情况，这是为什么呢？

这是因为在不同的RD值时，对应一些特定的x值，编码后会出现五个0或者五个1的特殊情况，这种特殊情况是用来寻找开始位置的。即只允许规定的特殊字符在编码后出现连续的五个0或者五个1。而普通字符不允许出现这种情况。

当D17.7，RD=-1时，编码按照Dx.P7，则会出现结果100011_1110连续的五个1。这时就需要使用Dx.A7编码100011_0111避免出现五个0和1。

特殊情况

特殊情况，当RD=-1，且x=17，18，20时，以及RD=+1，且x=11，13，14时，编码后会出现上述情况，所以此时要对y=7采用Dx.A7编码方式。其余情况使用Dx.P7进行编码。

前面说到3B/4B和5B/6B编码对应的数的个数为8/16，32/64。对于一些不使用的数据编码，用来配置为K码，一些常见的控制字符如下表。

代码仿真

上面说到了8/10B编码方式。那么怎么使用verilog来实现这个过程呢？参考xilinx在example design工程中仿真代码可以来实现上述过程。

在jesd204B的仿真测试过程中，打开rx模式下的example design。在仿真顶层文件中可以看到8B10B编码器的结构。

输入输出信号

     input [7:0] d8;input is_k;output [0:9] q10;input disparity_pos_in;output disparity_pos_out;reg [5:0] b6;reg [3:0] b4;reg k28, pdes6, a7, l13, l31, a, b, c, d, e;

输入8bit待编码数据，输出10bit编码后数据。以及RD极性指示信号。

预操作。

       // precalculate some common termsa = d8[0];b = d8[1];c = d8[2];d = d8[3];e = d8[4];k28 = is_k && d8[4:0] === 5'b11100;l13 = (((a ^ b) & !(c | d))| ((c ^ d) & !(a | b)));l31 = (((a ^ b) & (c & d))| ((c ^ d) & (a & b)));a7 = is_k | ((l31 & d & !e & disparity_pos_in)| (l13 & !d & e & !disparity_pos_in));

k28即当输入为K码时x编码结果。

计算a7，前面说到当（特殊情况，当RD=-1，且x=17，18，20时，以及RD=+1，且x=11，13，14时，编码后会出现上述情况，所以此时要对y=7采用Dx.A7编码方式。其余情况使用Dx.P7进行编码。）这里预先计算出需要使用a7编码的块。

5B/6B编码器

      //----------------------------------------------------// Do the 5B/6B conversion (calculate the 6b symbol)//----------------------------------------------------if (k28)                      //K.28if (!disparity_pos_in)b6 = 6'b111100;elseb6 = 6'b000011;elsecase (d8[4:0])5'b00000 :                //D.0if (disparity_pos_in)b6 = 6'b000110;elseb6 = 6'b111001;5'b00001 :                //D.1if (disparity_pos_in)b6 = 6'b010001;elseb6 = 6'b101110;5'b00010 :                //D.2if (disparity_pos_in)b6 = 6'b010010;elseb6 = 6'b101101;5'b00011 :b6 = 6'b100011;         //D.35'b00100 :                //-D.4if (disparity_pos_in)b6 = 6'b010100;elseb6 = 6'b101011;5'b00101 :b6 = 6'b100101;         //D.55'b00110 :b6 = 6'b100110;         //D.65'b00111 :                //D.7if (!disparity_pos_in)b6 = 6'b000111;elseb6 = 6'b111000;5'b01000 :                //D.8if (disparity_pos_in)b6 = 6'b011000;elseb6 = 6'b100111;5'b01001 :b6 = 6'b101001;         //D.95'b01010 :b6 = 6'b101010;         //D.105'b01011 :b6 = 6'b001011;         //D.115'b01100 :b6 = 6'b101100;         //D.125'b01101 :b6 = 6'b001101;         //D.135'b01110 :b6 = 6'b001110;         //D.145'b01111 :                //D.15if (disparity_pos_in)b6 = 6'b000101;elseb6 = 6'b111010;5'b10000 :                //D.16if (!disparity_pos_in)b6 = 6'b110110;elseb6 = 6'b001001;5'b10001 :b6 = 6'b110001;         //D.175'b10010 :b6 = 6'b110010;         //D.185'b10011 :b6 = 6'b010011;         //D.195'b10100 :b6 = 6'b110100;         //D.205'b10101 :b6 = 6'b010101;         //D.215'b10110 :b6 = 6'b010110;         //D.225'b10111 :                //D/K.23if (!disparity_pos_in)b6 = 6'b010111;elseb6 = 6'b101000;5'b11000 :                //D.24if (disparity_pos_in)b6 = 6'b001100;elseb6 = 6'b110011;5'b11001 :b6 = 6'b011001;         //D.255'b11010 :b6 = 6'b011010;         //D.265'b11011 :                //D/K.27if (!disparity_pos_in)b6 = 6'b011011;elseb6 = 6'b100100;5'b11100 :b6 = 6'b011100;         //D.285'b11101 :                //D/K.29if (!disparity_pos_in)b6 = 6'b011101;elseb6 = 6'b100010;5'b11110 :                //D/K.30if (!disparity_pos_in)b6 = 6'b011110;elseb6 = 6'b100001;5'b11111 :                //D.31if (!disparity_pos_in)b6 = 6'b110101;elseb6 = 6'b001010;default :b6 = 6'bXXXXXX;endcase // case(d8[4:0])// reverse the bitsfor (I = 0; I < 6; I = I + 1)q10[I] = b6[I];

按照表中内容选择结果即可。

极性计算与3B4B编码器。注意在y为7时，需要根据预计算类容选择Dx.A7或者Dx.P7两种模式。

        // calculate the running disparity after the 5B6B block encodeif (k28)pdes6 = !disparity_pos_in;elsecase (d8[4:0])5'b00000 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b00001 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b00010 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b00011 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b00100 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b00101 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b00110 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b00111 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b01000 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b01001 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b01010 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b01011 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b01100 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b01101 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b01110 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b01111 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b10000 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b10001 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b10010 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b10011 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b10100 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b10101 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b10110 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b10111 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b11000 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b11001 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b11010 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b11011 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b11100 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b11101 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b11110 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b11111 : pdes6 = !disparity_pos_in;default  : pdes6 = disparity_pos_in;endcase // case(d8[4:0])case (d8[7:5])3'b000 :                //D/K.x.0if (pdes6)b4 = 4'b0010;elseb4 = 4'b1101;3'b001 :                //D/K.x.1if (k28 && !pdes6)b4 = 4'b0110;elseb4 = 4'b1001;3'b010 :                //D/K.x.2if (k28 && !pdes6)b4 = 4'b0101;elseb4 = 4'b1010;3'b011 :                //D/K.x.3if (!pdes6)b4 = 4'b0011;elseb4 = 4'b1100;3'b100 :                //D/K.x.4if (pdes6)b4 = 4'b0100;elseb4 = 4'b1011;3'b101 :                //D/K.x.5if (k28 && !pdes6)b4 = 4'b1010;elseb4 = 4'b0101;3'b110 :                //D/K.x.6if (k28 && !pdes6)b4 = 4'b1001;elseb4 = 4'b0110;3'b111 :                //D.x.P7if (!a7)if (!pdes6)b4 = 4'b0111;elseb4 = 4'b1000;else                  //D/K.y.A7if (!pdes6)b4 = 4'b1110;elseb4 = 4'b0001;default :b4 = 4'bXXXX;endcase// Reverse the bitsfor (I = 0; I < 4; I = I + 1)q10[I+6] = b4[I];// Calculate the running disparity after the 4B groupcase (d8[7:5])3'b000  : disparity_pos_out = ~pdes6;3'b001  : disparity_pos_out = pdes6;3'b010  : disparity_pos_out = pdes6;3'b011  : disparity_pos_out = pdes6;3'b100  : disparity_pos_out = ~pdes6;3'b101  : disparity_pos_out = pdes6;3'b110  : disparity_pos_out = pdes6;3'b111  : disparity_pos_out = ~pdes6;default : disparity_pos_out = pdes6;endcase

完整仿真task。

  // helper task for RX stimulus processtask encode_8b10b;input [7:0] d8;input is_k;output [0:9] q10;input disparity_pos_in;output disparity_pos_out;reg [5:0] b6;reg [3:0] b4;reg k28, pdes6, a7, l13, l31, a, b, c, d, e;integer I;begin  // encode_8b10b// precalculate some common termsa = d8[0];b = d8[1];c = d8[2];d = d8[3];e = d8[4];k28 = is_k && d8[4:0] === 5'b11100;l13 = (((a ^ b) & !(c | d))| ((c ^ d) & !(a | b)));l31 = (((a ^ b) & (c & d))| ((c ^ d) & (a & b)));a7 = is_k | ((l31 & d & !e & disparity_pos_in)| (l13 & !d & e & !disparity_pos_in));//----------------------------------------------------// Do the 5B/6B conversion (calculate the 6b symbol)//----------------------------------------------------if (k28)                      //K.28if (!disparity_pos_in)b6 = 6'b111100;elseb6 = 6'b000011;elsecase (d8[4:0])5'b00000 :                //D.0if (disparity_pos_in)b6 = 6'b000110;elseb6 = 6'b111001;5'b00001 :                //D.1if (disparity_pos_in)b6 = 6'b010001;elseb6 = 6'b101110;5'b00010 :                //D.2if (disparity_pos_in)b6 = 6'b010010;elseb6 = 6'b101101;5'b00011 :b6 = 6'b100011;         //D.35'b00100 :                //-D.4if (disparity_pos_in)b6 = 6'b010100;elseb6 = 6'b101011;5'b00101 :b6 = 6'b100101;         //D.55'b00110 :b6 = 6'b100110;         //D.65'b00111 :                //D.7if (!disparity_pos_in)b6 = 6'b000111;elseb6 = 6'b111000;5'b01000 :                //D.8if (disparity_pos_in)b6 = 6'b011000;elseb6 = 6'b100111;5'b01001 :b6 = 6'b101001;         //D.95'b01010 :b6 = 6'b101010;         //D.105'b01011 :b6 = 6'b001011;         //D.115'b01100 :b6 = 6'b101100;         //D.125'b01101 :b6 = 6'b001101;         //D.135'b01110 :b6 = 6'b001110;         //D.145'b01111 :                //D.15if (disparity_pos_in)b6 = 6'b000101;elseb6 = 6'b111010;5'b10000 :                //D.16if (!disparity_pos_in)b6 = 6'b110110;elseb6 = 6'b001001;5'b10001 :b6 = 6'b110001;         //D.175'b10010 :b6 = 6'b110010;         //D.185'b10011 :b6 = 6'b010011;         //D.195'b10100 :b6 = 6'b110100;         //D.205'b10101 :b6 = 6'b010101;         //D.215'b10110 :b6 = 6'b010110;         //D.225'b10111 :                //D/K.23if (!disparity_pos_in)b6 = 6'b010111;elseb6 = 6'b101000;5'b11000 :                //D.24if (disparity_pos_in)b6 = 6'b001100;elseb6 = 6'b110011;5'b11001 :b6 = 6'b011001;         //D.255'b11010 :b6 = 6'b011010;         //D.265'b11011 :                //D/K.27if (!disparity_pos_in)b6 = 6'b011011;elseb6 = 6'b100100;5'b11100 :b6 = 6'b011100;         //D.285'b11101 :                //D/K.29if (!disparity_pos_in)b6 = 6'b011101;elseb6 = 6'b100010;5'b11110 :                //D/K.30if (!disparity_pos_in)b6 = 6'b011110;elseb6 = 6'b100001;5'b11111 :                //D.31if (!disparity_pos_in)b6 = 6'b110101;elseb6 = 6'b001010;default :b6 = 6'bXXXXXX;endcase // case(d8[4:0])// reverse the bitsfor (I = 0; I < 6; I = I + 1)q10[I] = b6[I];// calculate the running disparity after the 5B6B block encodeif (k28)pdes6 = !disparity_pos_in;elsecase (d8[4:0])5'b00000 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b00001 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b00010 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b00011 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b00100 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b00101 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b00110 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b00111 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b01000 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b01001 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b01010 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b01011 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b01100 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b01101 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b01110 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b01111 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b10000 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b10001 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b10010 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b10011 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b10100 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b10101 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b10110 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b10111 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b11000 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b11001 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b11010 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b11011 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b11100 : pdes6 = disparity_pos_in;5'b11101 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b11110 : pdes6 = !disparity_pos_in;5'b11111 : pdes6 = !disparity_pos_in;default  : pdes6 = disparity_pos_in;endcase // case(d8[4:0])case (d8[7:5])3'b000 :                //D/K.x.0if (pdes6)b4 = 4'b0010;elseb4 = 4'b1101;3'b001 :                //D/K.x.1if (k28 && !pdes6)b4 = 4'b0110;elseb4 = 4'b1001;3'b010 :                //D/K.x.2if (k28 && !pdes6)b4 = 4'b0101;elseb4 = 4'b1010;3'b011 :                //D/K.x.3if (!pdes6)b4 = 4'b0011;elseb4 = 4'b1100;3'b100 :                //D/K.x.4if (pdes6)b4 = 4'b0100;elseb4 = 4'b1011;3'b101 :                //D/K.x.5if (k28 && !pdes6)b4 = 4'b1010;elseb4 = 4'b0101;3'b110 :                //D/K.x.6if (k28 && !pdes6)b4 = 4'b1001;elseb4 = 4'b0110;3'b111 :                //D.x.P7if (!a7)if (!pdes6)b4 = 4'b0111;elseb4 = 4'b1000;else                  //D/K.y.A7if (!pdes6)b4 = 4'b1110;elseb4 = 4'b0001;default :b4 = 4'bXXXX;endcase// Reverse the bitsfor (I = 0; I < 4; I = I + 1)q10[I+6] = b4[I];// Calculate the running disparity after the 4B groupcase (d8[7:5])3'b000  : disparity_pos_out = ~pdes6;3'b001  : disparity_pos_out = pdes6;3'b010  : disparity_pos_out = pdes6;3'b011  : disparity_pos_out = pdes6;3'b100  : disparity_pos_out = ~pdes6;3'b101  : disparity_pos_out = pdes6;3'b110  : disparity_pos_out = pdes6;3'b111  : disparity_pos_out = ~pdes6;default : disparity_pos_out = pdes6;endcaseendendtask // encode_8b10b

仿真结果

输入data1为000_00011编码后

b4=1101        b6=100011

组合反转后数据为

110001_1011与图中一致。

http://www.dtcms.com/a/481457.html

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