USB3．0中8b／10b編解碼器的設(shè)計(jì)

摘要：為了在USB 3．0中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的8 b／10 b編解碼，采用了查找表法和組合邏輯相結(jié)合的方法，把8b／10b編解碼分解成5 b／6 b編解碼和3 b／4 b編解碼，用Verilog HDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了算法的描述，并通過(guò)了Modelsim仿真，然后在FPGA上實(shí)現(xiàn)了具體的硬件電路。采用500 MHz的時(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)過(guò)測(cè)驗(yàn)滿(mǎn)足了USB 3．0的傳輸速率5 Gb／s。該創(chuàng)新方法使用了少量邏輯，實(shí)現(xiàn)了8 b／10 b編解碼器，并且滿(mǎn)足USB 3．0高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?br />關(guān)鍵詞：USB 3．0；8 b／10 b編解碼；RTL設(shè)計(jì)；仿真驗(yàn)證

0 引言
8 b／10 b是目前許多高速串行總線(xiàn)采用的編碼機(jī)制，如USB 3．0，1394b，Serial ATA，PCI Express，Infini-band，F(xiàn)iber Channel，RapidIO等總線(xiàn)或網(wǎng)絡(luò)。8 b／10 b編碼方式最初由IBM公司于1983年發(fā)明并應(yīng)用于ESCON(200M互連系統(tǒng))，發(fā)表Al Widmet和Peter Franaszek IBM刊物的“研究與開(kāi)發(fā)”。8 b／10 b編解碼之所以能得到廣泛的運(yùn)用，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：采用嵌入式時(shí)鐘，可保持DC平衡；能夠更加有效地檢測(cè)錯(cuò)誤；隔離數(shù)據(jù)碼元和控制碼元。

1 USB 3．0中的8 b／10 b編解碼原理
在USB 3．0分層結(jié)構(gòu)中，發(fā)送端先對(duì)數(shù)據(jù)或者控制字(K)加擾，然后把加擾后的8 b數(shù)據(jù)編碼成10b發(fā)送出去；接收端先把接收到的10b數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼得到8 b數(shù)據(jù)，然后再解擾得到原始數(shù)據(jù)。
8 b／10 b編碼包含對(duì)256個(gè)數(shù)據(jù)字符和12個(gè)控制字符的編碼。數(shù)據(jù)字符和控制字符分別用Dx，y和Kx，y表示，其中x表示與8 b的低5位(EDCBA)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)值；y表示與8 b的高3位(HGF)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)值。發(fā)送端在編碼時(shí)，根據(jù)編碼表將低5位變成6位，高3位變成4位。編碼完成后，將10 b的并行字符轉(zhuǎn)換成串行發(fā)送出去。接收端在解碼時(shí)先進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換得到10 b字符，再將該字符分解成6 b和4 b，根據(jù)相應(yīng)編碼表看是否有效，最后完成解碼。編解碼轉(zhuǎn)換流程如圖1所示。

不平衡度disp(disparity)表示編碼后1個(gè)碼字中“1”數(shù)目與“0”的數(shù)目差。“1”用+1表示，“0”用-1表示，碼字中的所有“+1”與“-1”之和就是disp。8 b／10 b編碼的disp取3種狀態(tài)：“+2”(6個(gè)1與4個(gè)0)，“0”(5個(gè)0與5個(gè)1)，“-2”(6個(gè)0與4個(gè)1)。而運(yùn)行不一致RD(Running Disparity)是一個(gè)二進(jìn)制參數(shù)，只有正、負(fù)2種狀態(tài)，用于編碼模式控制。在8 b／10 b編碼表中，10 b字符分為2種碼表(RD-和RD+)。編碼過(guò)程中，通過(guò)對(duì)RD值正負(fù)的判斷來(lái)選擇對(duì)應(yīng)碼表，如果當(dāng)前RD為負(fù)(RD-)，編碼器會(huì)在RD-編碼表中選擇對(duì)應(yīng)值輸出，并且檢測(cè)對(duì)應(yīng)輸出的10 b值的disp，如果disp=0，則RD不變保持RD-，否則RD值變?yōu)镽D+；如果當(dāng)前RD為正(RD+)，則在RD+編碼表中選擇對(duì)應(yīng)值輸出，并且檢測(cè)輸出值對(duì)應(yīng)的disp，如果disp=0，則RD不變保持RD+，否則RD變?yōu)樨?fù)RD-?？傊赿isp為正或者負(fù)時(shí)，RD發(fā)生交替變換，這種方法是為了使0和1分布更均勻，減小差分信號(hào)的直流分量。