8b/10b编码方式（详细）总结附实例快速理解

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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

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。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

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
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”。

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
下图所示为RD状态转移图：

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：

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