整体概述

8b10b编码思维导图如下：

本章节主要分析MPHY协议中使用的8b10b编码，包括编码优劣势、实现规则两大部分

8b10b编码优劣势

优势：

1）保证DC平衡

我们知道电容的阻抗公式是Zc=1/2πf*C，信号频率越高，阻抗越低，反之频率越低，阻抗越高；在串行高速传输过程中，由于串行链路中存在耦合电容，在码型是高频的时候，基本上可以不损耗的传输过去，但是当码型是连续的‘0’或‘1’时，耦合电容的损耗比较大，导致电压幅度降低，带来最严重的后果就是无法判断该码型是‘1’还是‘0’，导致接收端接收错误。而8b10b编码的码型翻转率都比较高，保证底损耗传输，降低接收端接收错误的概率。

2）保证CDR电路时钟恢复

CDR：Clock Data Recovery
Unit从数据信号中恢复正对数据窗口的时钟，即时钟恢复电路。主要结构如下图：

VCO：压控振荡器，输出时钟频率与输入电压成正比

V control：电压控制单元，依据指示提高或降低VCO的输入电压

Phase
Detector：鉴相器，VCO输出时钟和输入数据相比较，产生时钟相位早晚指示给V control

可以看出，如果接收端输入数据长时间处于‘0’或‘1’，Phase Detector无法输出有效的相位指示，负反馈环路无法正常工作，最终导致VCO输出时钟“失锁”

8b10b编码可以很好的解决这个问题，编码提供足够多的数据边沿跳变，以便接收器在收到的数据码型上锁定相位。

劣势：

1）数据传输效率低，额外开销大

8b10b实现原理

8b10b符号和术语

每个传送的字节（8B）有256种可能的数据值，而代码字（10B）理论上具有1024种可能的数据值。为简化对它们的处理，开发了一种8B/10B编码的简写符号，DX.Y 和 KX.Y。

D分组用于数据字节编码。即DX.Y，X为8b的低5位的值，Y为8b的高3位的值，如图下图所示，A表示最低位，H表示最高位。

K分组用于特殊控制符号编码。即KX.Y，X为8b的低5位的值，Y为8b的高3位的值。

3b4b/5b6b编码

8位的数据用H,G,F,E,D,C,B,A表示（从最低位到最高位），8b分成了两个子分组，一组包括3位，即3bit（H,G,F），另一组包括5位，即5-bit（E,D,C,B,A）。编码器将这8bit数据译成10bit，用a,b,c,d,e,I,f,g,h,j表示。10bit也分成了两个子分组，一组包括4-bit（f,g,h,j），另一组包括6-bit（a,b,c,d,e,i）。并且8bit中的3bit（H,G,F）与10bit中的4bit（j.h.g.f）对应，8bit中的5bit（E,D,C,B,A）与10bit中的6bit（I,e,d,c,b,a）对应。编码后的10bit按照abcdeifghj的顺序连续传送，即输出对输入进行了大小端的转换。

为了编出DC平衡的10b码流，则需要尽量平衡‘0’和‘1’的个数。如果一个10b码流中‘1’的个数与‘0’的个数相等，那么我们称其为均衡的。

如果4bit和6bit两个子分组都是均衡的，那么这两个子分组构成的10b也是均衡的。如果10b码都是均衡的，那么就是完美的DC平衡编码。但是，这是不可能的，因为4bit子分组有16种值其中只有6种是均衡的，而4bit对应的3bit子分组有8种值，显然，4bit子分组中仅仅6种均衡的代码不足以表示-bit子分组中的8种值。同样，6bit子分组中所有值种只有20种均衡的，也不足以表示5bit子分组中的32种值。所以我们只能找‘1’的个数与‘0’的个数相差最小的值来表示余下来的值，因为4bit和6bit都是偶数位，‘1’的个数减去‘0’的个数的差不可能是＋1或者－1，最小是＋2或者－2，所以在8b10b的编码方案中也需要使用偏差为＋2或－2的代码。

8b10b的编码规则要求将4bit与6bit结合起来的时候，10b代码的偏差最大为＋2（即1的个数减去0的个数）或者－2（即1的个数减去0的个数）。所以4bit偏差为＋2的值不能跟6bit偏差为＋2的值结合，因为这样结合出来的10b的偏差就是＋4，不符合要求。

RD

因为10b编码中最大的偏差值是＋2或者－2，所以发送出去的串行数据流中仍然有可能会有偏差＋2或者－2的偏差，这样数据流依然不能保证DC平衡。为了维持数据流的DC平衡，每个8b数据都对应着两种可能的值，如表3所示，两种值分别对应RD-与RD+两列。RD-这一列中的值偏差是＋2或者0，RD＋这一列中的值偏差则是-2或者0，编码器根据当前RD的值来决定选择RD-列中的值还是RD＋列中的值。

假设开始发送的时候，RD默认为RD-，那么当对8b数据编码的时候，编译器将用RD-这一列的值。如果取出来的10b代码是均衡的，那么RD保持RD-不变，下一个字节对应的还是取RD-这一列的值。否则RD变为RD+，即下一个字节对应的应该取RD+这一列的值，如果取出来的10b代码是均衡的，那么RD保持RD+不变，下一个字节对应的还是取RD+这一列的值。否则RD将从RD+变回RD-，即RD-这一列的值将被使用。以下图是行程偏差计算的状态图。

MPHY实现相关点

在控制字符中，MPHY协议主要使用K28.1，K28.3，K28.5和K28.6，每种控制字符含义如下，其具体含义在后面会具体讲解：

在MPHY TX端发送时，8b10b编码遵循RD原则，即依据RD的累积值不能超过-1或+1.

在MPHY RX端接收时，RX会依据接收的数据进行RD的累积判断，如果RD累积值超过-1或+1，则认为该10bit数据时错误数据，此时MPHY会上报PHY ERROR给上层Unipro，Unipro发送NAC，让MPHY TX对错误数据进行重传。

在实际实现时，8b10b编码是上层Unipro和MPHY共同完成的。如TX方向Unipro发送原始数据流，MPHY进行8b10b编码。Unipro发送FILLER无效数据指示信号，MPHY发送K28.1编码。