gsgbpx 高速收发器的64B66B编码原理及优点，相比8B10B更简单

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前面的内容讲解了8B10B这一事物的原理，8B10B存在着开销比较大的情况，每一次的传输，要发送10位内容的数据时，就必然需要发送2位属于无效范畴的数据，为了达成减小8B10B编码所产生的开销这一目的，并且同时还能保留编码方案所具有的优点，于是提出了编码。

其具有与8B10B编码方式的本质区别，8B10B编码，可从码表当中获取一个数据编码的结果，并且在发送之前，需要借助白噪声来对数据进行加扰操作，在接收数据的阶段 ，同样也要先针对数据做解扰处理。 #

当用户处于实际动用的情形下，GTX的编码在复杂度方面会比8B10B更低，这是由于它能够给出控制帧以及数据帧，经对比8B10B而言，其在编码上会略微简单那么一些些。

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1、编码原理 #

下述图示呈现的乃是万兆网的涉及数据编码相关的框图，此框图会把两个具有32位的TXD数据互相拼接从而形成一个总值为64位的数据，而后借助加扰这种方式，用以达成保证零一均衡这一目的，进而避免出现直流失调以及时钟恢复面临困难的状况。

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此后，于表示64位的数据之前加入2位的同步头（Sync），此同步头用于指示后续的64位数据究竟是数据帧还是控制帧，每当用户发送64位数据时，高速收发器都要传输64位数据以及2位同步头，。 #

图1 编码框图

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变速器，它能够当作一个深度为64位的存储器，每一个用户时钟会输入64位数据，高速收发器在一个 user 时钟之内仅仅能够发送64位编码之后的数据，如此一来就会致使每个时钟会存在2位数据未被发送出去，而是暂时存放在变速器当中 。 #

连续历经32个时钟之后，变速器里头就将会存满64位 data，紧接着在下一时期，用户得停止一下输入data，随后高速收发器针对变速器里头呈现出来的64位 data予以，并继而用户能够接着去输入想要传输的data。周而复始延续如此这般。

加扰器（）负责完成编码过程，从而使得经加扰的相同数据会产生不同数据，编码后的那部分数据是无法进行预测的。

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设有2位同步头，其存在两个作用，其一作用是能够用来指示帧类型，其二作用是接收端依照这个可以实现数据对齐，该同步头取值仅有2’b01以及2’b10这两种，除此之外的其余两种系无效取值，。 #

若同步头呈现为2’b01这种状态，那就意味着后续的64位数据属于纯数据范畴 ，其中并不涵盖任何控制字符 ，情形如同下面所展示的图片那样 。 #

图2 纯数据帧格式 #

要是同步头呈现为2’b10，那就意味着后续的64位数据属于控制帧，它有可能是起始帧，也有可能是结束帧，就那般如图所示，需留意同步码后面的首个字节数据展现控制帧的类型，按照该数据的值来确定此帧数据内容。

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图3 控制帧格式

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下述图示呈现的是上面提及的几种帧的部分格式，其中，D代表数据，C代表空闲字符，此空闲字符带有7位数据，S代表帧起始字符，T代表帧结束字符。当中同步码为2’b01之际，8字节均为数据。编码的起始帧存在两种格式，其一为起始位处在第一个字节，与之对应的类型字符是8’h78，其二为起始位处在第五字节，与之对应的类型字符是8’h33。 #

图4 帧格式的组成 #

因为用户每一次能够进行任意字节数据的传输，致使停止位有可能出现在数据的任意一个字节处，所以结束帧会存在 8 种类型，且类型字符不一样，接收端能够依据结束帧的类型来判断这一帧拥有多少有效数据。 #

这儿有个表，它呈现的是这些控制字符的具体取值情况，举例来说，起始位S的那些取值是8’hfb，有个停止位T，这个停止位T的取值是8’hfd，还有空闲字符C这种情况，空闲字符C的取值为8’h07 。 #

图5 控制字符取值

加扰，以及解扰，通常所运用的表达式乃X{58}+X{19}+1，这一部分的内容能够于后续所涉及的示例工程当中直接获取到，而且还较为简单，其实现方式跟M序列相类似。 #

图6 加扰实现框图 2、GTX的编码发送原理

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已讲解过的原理，自此开启GTX相关内容的讲解，首先要清楚，GTX内部是不可以对要发送的数据加以扰处理的，同时也不能对于接收的数据进行解扰操作，而是需要用户在FPGA逻辑当中自行去完成加扰以及解扰。

从下图能够知道，8B10B通过蓝色走线之后抵达FIFO，然而编码仅仅经过了一个TX，并未经过任何编码模块，所以加扰以及解扰相关操作需要用户在IP外部自行完成。 #

图7 发送通道框图 #

存在于此处的 TX 的用途，是方才在前文被说及的处于那种工况的变速器这般，所表现出来的工作方式，像下述之地图谱所示这般，此图谱将用户数据的位元宽度做这样的设定，设定成 32 位物业经理人，而且呢，PCS 这个部分每逢单一之时只能传递 32 位的数据，只有历经两个时钟的时长，才能够发送出一个 64 位的数据。

故而要是需两个时钟用户之时，方可去发送64位数据，头一个时钟朝着GTX馈送2位同步码与32位数据，其先被发送于变速箱，变速箱率先发送2位同步码及高30位数据，第2位数据置身于TX之内停驻。紧接着第二个时钟用户去发送剩余的32位数据，TX得要先将上个时钟所剩余的2位数据予以发送出去，随后再发送本次所接收的高30位数据，最终依旧会留存2位数据。

所以，每经历2个时钟之时，TX里便会增添2位数据，在历经64个时钟后，TX当中存有64位数据，这与一个用户数据位宽相契合。而后两个时钟周期，用户无法向GTX传送数据，TX会把内部64位数据发送出去，达成清空。

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以使用编码的情形来说，通常状况下，用户端口位宽选取64位这种方式，会更具便利性，其原理都是相同的 。 #

图8 TX 工作原理 #

那上述会存在这么一个问题gsgbpx，怎样去知晓到底应不应该清除内部数据呢？要知道用户又怎么能清楚晓得何时停止发送数据呀？这里就需要用到这么一个计数器，GTX的内部能够提供出这个计数器，用户同样也能够给GTX提供计数器，只是后续像GTH这类高速收发器全都不支持内部计数器这个方案，所以在使用期间依旧是推荐去使用外部计数器，从而与其他收发器达成统一。 #

带有外部计数器的框图为下图了 ，数据传输采用编码方式 ，这需要用到若干信号 ，其中用户要发送 64 位数据 ：此 64 位数据用于传输 2 位同步码 ，最高位不用 ，接地就行 ，这是全部情况了 。

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是用户给GTX提供的外部计数器，在使用编码之际，计数器的取值范围所指的是，要进行接地处理，在使用编码之时，计数器取值范围是 。

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图9 外部计数器框图

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在编码不同数据位宽的情形下，存在着这样一种情况，即用户数据停止发送数据时所对应的时钟周期数，被以下表呈现出来。其中一种情况是，表示用户数据位宽，它与用户时钟（）处于对齐的状态。还有另一种情况是，表示PCS内部传输并行数据位宽，这种情况之下，它能够被理解成TX输出数据位宽，并且它与处于对齐的状态。 #

在处于相同情况时，针对计数器而言，一定得是每两个用户时钟就进行一次递增操作，而数据则要暂停两个用户时钟周期 。 #

在处于两倍的情形下，计数器会针对每一个用户时钟进行一次递增，此时数据会暂停一个时钟周期，紧接着有效数据传输会于下一个用户时钟得以恢复。究竟几个用户时钟能够将TX内部数据清空，那么用户就需要暂停等同于该数量的时钟周期 。

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图10 64B/66B编码暂停位置 #

有这样一张图，它表示的是运用外部计数器的情况，此时用于计数的数据位中的那些用户数据，其位宽是64位，而PCS所进行的内部传输之中的并行数据，它的位宽是4字节，这里采用的是经过编码的时序图所示情景，当这个用于计数的计数器计数到32的时候，这当中的用户数据就会停止进行向外发送，另外的Dd数据则会一直延续下去，直到这个计数器等于0之后才可以发生变化。 #

图11 正常模式下在外部计数器值32处暂停 #

GTX是支持内部计数器模式的，GTH对这个模式是不予以支持的，鉴于它是存在着的，所以还是对其进行讲解一番吧，与之对应的框图呈现如下情形，跟图⑨相比较而言，信号在此情形下是有所减少的，并且与和方面相比较是有所增加的。 #

图12 使用内部计数器框图

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能够用来指示复位之后的首个有效字节数据，一开始是处于低电平状态的，在高速收发器进行复位操作实现完成以后，当用户着手开始传输第一个数据之际被拉高，在这之后能够保持为任意一种数值 。

实际上呢，是内部的计数器，当计数达到固定的数值之后，所产生的，用于告知用户，要暂停发送数据的，这样的一个信号 。 #

在内部计数器计数至固定数值之后，要是用户数据位宽与PCS传输数据位宽相等，那么就会拉低三个时钟，要是用户数据位宽为PCS传输数据位宽的两倍，那么就会拉低两个时钟。 #

第一个时钟被拉低时，用户能够给GTX发送数据，从第二个时钟被拉低起，用户数据要保持恒定，直至被拉高。就如同下面所呈现的，拉低之后首个时钟，用户数据持续变动，拉高一个时钟后，用户数据才开始发生改变。

图13 GTX 收发器中的 TX 内部序列模式

有关发送通道的编码相关方面，就讲解完了，所涉及到的信号比较少，主要是变速箱的计数器，有外置和内置两种情况，也较为简单。

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3、GTX的编码接收原理 #

GTX的接收通道之中，存在着一个RX，它会将接收而来的66位数据，转换成为2位同步头以及64位数据，进而输出给用户，在下图里边，红色的走线是运用编码信号的路径，蓝色的则是不使用编码信号时的路径。

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要留意，接收通道的内部，是不存在解扰器的，这就要求用户，在GTX的外部，自行去进行解扰。 #

图14 GTX接收通道框图 #

GTX在运用编码之际，并同时，接收端跟用户端口信号相连接，呈现出如下的图示状况，其中涵盖了数据信号，还有数据有效那得以进行指示的信号，另外，存在同步头，以及同步头有效那能够指示的信号，并且，还有滑块对齐信号 。

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图15 在正常模式下的信号连接框图

输出数据的含义清晰，同步头的含义清晰，有效指示信号的含义也清晰，相关时序，如下图示，有效指示信号为高电平时，对应数据是有效的。图中，PCS在每个用户时钟，只能传输64位数据，然而每个时钟，需要输出2位同步头和64位数据，总共66位数据，所以没经过32个时钟，就需要先缓存64位数据，此时不输出数据，方可维持这种数据差。

图16 输出数据时序

要明白，在下图里，RX的工作原理会变得特别容易理解，其中，用户端口的位宽是32位，PCS内部数据的位宽同样是32位，并且，每两个时钟周期才能够输出一个为64位的数据。

在第N个时钟之际，内部已然存满了64位数据，此时钟会输出第1个64位用户数据，先是输出2位同步码，接着输出32位数据，与此同时接收PCS传输而来的32位数据，在这个时钟结束之后内部尚有62位数据。第N+1个时钟仍然要接收32位数据，同时输出剩余的32位数据，并不输出同步码，经由两个时钟达成一个64位数据的输出。

在第N加2的那个时钟以及第N加3的那个时钟之内，是需要去输出第2个64位的那些数据的，经历了一番操作以后，内部剩余下来的是60位数据，通过这样即可知道，在经过64个时钟之后，内部的数据会被清空，进而需要暂停一个时钟来输出数据以此补充数据。

图17 RX 工作原理 #

接收通道仅可运用内部计数器，高电平意味着内部计数器的值是0，然而用户实际上不太在意内部计数器的取值，用户需明确转换的起始方位，以此保障输出并行数据的确切性，也就是输出数据对齐 。

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GTX所采用的8B10B编码，于接收端借助设置检测K码，以此达成字节对齐，然而其接收通道并不具备提供对齐功能这一特点，而需要用户凭借拉高信号以及检测同步头的状态，从而实现手动对齐，这与另一者的手动对齐颇为相像呢，至于其中涉及到为何要进行对齐这一问题，能够点击查看相关讲解gsgbpx，二者原理是一致的。

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处于正常传输数据的状况下，同步码存在2’b01以及2’b10这两种取值情况，并且控制帧，也就是同步码为2’b10的那些，不会接连出现多字节的情形。 #

下列为对齐策略，于复位成功后，先检测同步码状态。若同步码呈现2’b00或2’b11，且连续多个时钟周期浮现控制帧（2’b10），将信号拉高一个时钟周期，以此调整输出数据转换的起始位置。历经32个时钟后再度检测同步码状态（因需等待调整位置成功且转换完成后进而判断），要是同步码仍然保持先前状态，便重复上述操作。 #

倘若同步码在诸多个时钟周期内持续保持正常状态，那就意味着输出数据对齐已然成功，在这个时候所输出的数据为正确数据，而后一旦再次出现错误同步码，照样还是得重新进行对齐，关于这部分内容能够于官方示例工程当中予以查看（示例工程编写得颇为繁杂，建议自行编写，可参照工程）。

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图18 对齐过程的时序

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就这部分对齐的内容而言，官方手册当中存在着一个针对状态机的讲解，其涉及的情况太过繁杂，没有必要去看，不妨瞧一瞧最后这张时序图。在进行复位操作之后，同步头出现了多次失效的状况，又有多次处于被拉高的情形，一直持续到连续经由多个时钟检测到正确的同步头才停止，最终拉高则意味着对齐达成。 #

达到此处，关于 GTX 的相关原理便解说完毕了，要是有了先前针对 GTX 的某些基础，IP 的其余设定与 8B10B 大致相同。因而后续配置 IP 相对较为简便，用户运用接收数据之时的困难相较 8B10B 会低许多。 #

源出于手册的是本文所关联的框图，欲获取手册的人员，于后台回复为”手册”（此引号不涵盖在内哟），在文件夹以及GTX文件夹里头便能寻觅到与本文相关的手册。

要是对于文章内容的理解存在疑惑，或者对代码不理解，能够在评论区留言，或者在后台留言，被看到之后都会给予回复！

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