8b/10b编码与GTX的恩怨情仇

qiurijian

吉比特收发器，关于8b/10b编码方面我有一些疑问。在对IP核进行例化时，我把外部数据设置成32位，内部数据设置成40位，很明显勾上8b/10b的选项。8b/10b编码的目的是使0和1的数目相对均衡，例化完成后IP核会有相应的状态标志位，如上图黄色部分标示，重点观察黄色部分的两个标志。

我的问题就是不太懂这两个状态标志有什么作用，我看过GTX接收控制程序，这两个状态标志位起到了很重要的控制作用。

GTX的测试程序，就是自发自收，相信大家都理解。是发送32位的数据给IP 核，发送数据的时候刚开始发送070809bc，又是575859bc,又是5A5b5cfb,又是ffffffff等，然后再发送正常的数据，就是一个递增的数据，这看起来很酷，并行数据进入IP核，串行数据由txp,txn输出，txp,txn接到IP核的rxp,rxn,又进入了IP核，然后并行输出070809bc这几个奇怪的数据，然后就是很酷的递增数据。

好，下面说说我的理解与疑问。

1.在发送递增数据之前，有一些我称之为‘奇怪数据’先发送，好，我可以理解成他们是特殊的包头，就是说接收端收到这些奇怪的数据时就考虑接收真正的数据，就是说，接收到的数据是ffffffff时，接收控制程序才开始把往后接收到的数据也就是真正的数据写进fifo或者ram，这看起来是一个好方法。 但是肯定是有问题的，这些奇怪的数据，我猜想有可能是用来找串行数据的边界的，因为他们实在是奇怪，不寻常，我特别期望有大神在这里给指点一下，我这里不是很清楚。

2.照我的理解，应该是用不到我一开始提到的8b/10b 的控制标志位的，但是测试程序确实用到了，这就使我心存疑虑，看手册我无法理解这两个控制标志位到底是什么意思。

3，接收的艺术，现在我们单纯考虑用IP核接收高速的串行数据，能把串行数据的边界找出来，变成正确的并行接收数据。
我觉得不可能是无脑的就把出来的并行数据（高速串行数据经IP核变成并行数据）当成正确的数据来处理，接收端肯定要再做一下处理吧，确定是正确的数据然后再处理；因此怎么确定呢？会不会就是那两个奇怪的8b/10b的状态标志位可以提示数据是对齐的，但是我的内心高速我，没有这么简单，8b/10b编码没有这个对齐功能啊，它的相关的状态标志位又能做什么？数据对齐，好像用到什么k码，有大神能给高屋建瓴的讲一下吗？

4.还有最后一个疑问，相信大家看到黄色的两个状态标志位是2 bit wide port,但是在rtl中的这两个输出端口（在IP核上）却是4位宽的，有图为证，在下面，RTL中的端口名在pg168文档中是搜不到的，但是意思应该不差。


欢迎大家热烈讨论，共同把吉比特收发器理解好，各路大神也停下繁忙的脚步，帮我们看一看这些问题，当是放松。

江山无限辉

路过帮顶

qiurijian

回复 2# 江山无限辉

论坛好基友啊！

qq570327113

四个字节，每位代表一个字节。

churchmice

1.你可以认为是training用的data,一般的高速串行协议serdes都需要训练之后才可以正常使用
当然他本身提供的testbench其实是很不严谨的
2.这两标志位就是用来表征收到的是不是comma，是不是k symbol,自己译码器是也是可以的
3.接受其实有两个过程，一个是symbol lock,就是把数据切分成10bit,10bit的并行流，不同的协议不一样，很简单的,pcie的话就是拿comma来切
串行端从一堆数据流中识别出comma,然后就知道了10比特的边界在哪里，gtx里面叫clock correction,然后进行8b/10b解码，如果有多条lane,还要进行deskew操作，gtx里面叫channel bonding.
具体你可以看看你最终实例化模块的参数是怎么定义的(GTXE2_CHANNEL实例化时候的参数），你真要深入学习，就参照文档去看看每个参数是什么意思：
GTXE2_CHANNEL #(
    .ALIGN_COMMA_DOUBLE("FALSE"),
    .ALIGN_COMMA_ENABLE(10'b1111111111),
    .ALIGN_COMMA_WORD(1),
    .ALIGN_MCOMMA_DET("TRUE"),
    .ALIGN_MCOMMA_VALUE(10'b1010000011),
    .ALIGN_PCOMMA_DET("TRUE"),
    .ALIGN_PCOMMA_VALUE(10'b0101111100),
    .CBCC_DATA_SOURCE_SEL("ENCODED"),
    .CHAN_BOND_KEEP_ALIGN("FALSE"),
    .CHAN_BOND_MAX_SKEW(1),
    .CHAN_BOND_SEQ_1_1(10'b0000000000),
    .CHAN_BOND_SEQ_1_2(10'b0000000000),
    .CHAN_BOND_SEQ_1_3(10'b0000000000),
    .CHAN_BOND_SEQ_1_4(10'b0000000000),
    .CHAN_BOND_SEQ_1_ENABLE(4'b1111),
    .CHAN_BOND_SEQ_2_1(10'b0000000000),
    .CHAN_BOND_SEQ_2_2(10'b0000000000),
    .CHAN_BOND_SEQ_2_3(10'b0000000000),
    .CHAN_BOND_SEQ_2_4(10'b0000000000),
    .CHAN_BOND_SEQ_2_ENABLE(4'b1111),
    .CHAN_BOND_SEQ_2_USE("FALSE"),

4.虽然位宽定义了4比特，但是你看看，估计就2比特是有用的，而且那个wrapper你可以自己点进去看看，包了一大堆东西
我以前搞过sata的wrapper,他有些连接还是错的，不要过分迷信那个wrapper,最重要的是最终实例化那个模块的参数值，wrapper仅仅是用来参考的

churchmice

发的帖子居然被审核了，干

lz可以去看看文档里面的channel bonding和clock correction

qiurijian

回复 4# qq570327113
谢谢您的回答，非常有用。

qiurijian

回复 6# churchmice
非常感谢您的热心回答，本来昨天就准备回复，但是思想一度很混乱。
在8b/10b编码中把K28.1，K28.5，K28.7作为K码的控制字符，称为COMMA,在任意数据组合中，comma只能作为控制字符出现，而在数据的负荷部分不会出现。因此可以用comma指示帧的开始和结束标志位，或始终修正和数据流对齐的控制字符。

当标志位是4位的话，应该是一位对应一个字节，因为我设置的外部数据是32位，刚开始发送的几个奇怪的32位数据最后一个字节确实是K码，当标志位是0001时，表示接收到了奇怪的数据，应该是作为帧头使用，根据发送端发送数据的机制，接收端再加一些控制，就可以接收到正确的数据，因此接收端要与发送端有配合，要根据发送端发送数据的方式来编写具体的独特的控制代码。
   
或始终修正和数据流对齐的控制字符。这句话，我不是很清楚。http://www.cnblogs.com/church/archive/2012/07/30/2614718.html
我猜应该是这样理解：属于内部机制，我们无需多考虑，K28.1,K28.5，K28.7是作为逗点使用的，起到校正作用在于这三个码在编码成10位时，会产生连续的5个0，所以，可以用来确定边界，对于我们来说，不必纠结于此，它用作帧头帧尾对我们来说更实用。

以上就是我不成熟的见解，肯定是纰漏百出了，期待您的斧正。

churchmice

回复 8# qiurijian


你过谦了，我是做pcie/usb/sata ip的，所以知道的比较多一点，就拿大家常用的pcie来讲讲吧，gen1/gen2用的8b/10b,gen3之后就用128/130了
8b10b的话主要目的就是增加数据的跳变频率以及减少0和1的个数差别(dc balance),这些在那片博文里面都有讲到，我就不具体赘述了
symbol可以分为k symbol和data symbol, k symbol顾名思义就是用来做控制用的，k symbol还有一个特性就是它的10b编码disparity为+和disparity为-刚好是反过来的（kx(+) = ~kx(-))

还是拿pcie来举例，他的TLP（数据包）是这样的格式STP(k symbol ) + data frame + END( k symbol )
发送端按照这个格式发，接收端通过k symbol就能够把data frame给提取出来，具体的就是physical layer会把stp + data frame end 收取下来，进行crc校验之后拿掉stp,end symbol以及crc扔给data link layer. 所以发送和接收端其实对于数据的打包解包必须要一致，这些都是各种协议会有具体的规定，我不知道你具体是什么协议，所以也不好说。

你的第二个疑问“数据流对其的控制字符”，这个就要讲到pcie的multi lane了，也就是gtx的channel bonding,举个例子，比如pcie有两条lane在工作，每一条lane的延时都不一样，接收端就要通过k symbol将数据对齐(align)起来，典型的就是用skp ordered set ( skp symbol + IDL + IDL + IDL ),合计4个k symbol,展开的说就是：

在发送端，lane0和lane1会同时发送skip ordered set
在接收端，由于各条lane的延时不一样，可能lan0先收到skip,lane1后收到skip,这个时候就要将lane0的数据delay一下以达到和lane1数据对齐的目的，实际的做法其实很简单，就是用了一个fifo(deskew fifo,跟正常fifo有点不一样，允许overwrite)。
当然skip还有其他作用了，可以用来消除两边的时钟差距(elastic buffer),对应gtx的clock correction.

还有你有没有想过对于32bit的输出，为什么第一个k symbol总是在最低的字节呢？这个其实在gtx里面也是有一个对齐选项可以控制的。

qiurijian

回复 9# churchmice

再次感谢您的热心回答。
关于第一部分，我大致理解了。因为我看的测试程序就是自发自收，就谈不上什么协议了，只是随便定义个包头包尾看一下数据的传输，我后面有个板子，要做fpga和dsp的数据传输，用的是srio,到时可能要再向您请教。

关于第二点，通道绑定，K码用于数据对齐，这种思想我也了解了，直到看到您的第二篇回复我才理解这个思想，数据对齐是对多通道说的，以前我从没有想这个多通道的问题，根本就没有这个概念，根本上就理解错了，直到现在恍然大悟。

关于您给我的考察。
第二点，您说的是多通道通信，然后有个通道间的对齐问题。
但是我这里发送的32位数据，应该是单通道通信，只有一对txp,txn,rxp,rxn,并不是多路。
发送端把32位编成40位，通过串行线txp,txn发送出去，rxp,rxn接收到串行数据，根据打头的K码确定数据边界，接收好数据，假如k码不在最低位而是在倒数第二位，那么接收端接收到的32位数据就很可能是k码+高位的两字节+下一个32位数据的最低字节（非k码）。

信口胡开，不知道这是不是您期望的答案，有错您一定要指教。
现在我怀疑您的考察还是另有所指，还请您千万赐教。