Кодирование 8b/10b

«8/10» перенаправляется сюда. Даты см. 10 августа и 8 октября .

оптоволоконный канал
Уровень 4. Сопоставление протоколов
Маскировка LUN
Уровень 3. Общие услуги
Уровень 2. Сеть
Ткань Fibre Channel Зонирование Fibre Channel Уведомление об изменении зарегистрированного состояния
Уровень 1. Канал передачи данных
Кодирование Fibre Channel 8b/10b
Уровень 0. Физический

В телекоммуникациях , 8b/10b — это линейный код который отображает 8-битные слова в 10-битные символы для достижения баланса постоянного тока и ограниченного несоответствия и в то же время обеспечивает достаточное количество изменений состояния, чтобы обеспечить разумное восстановление тактовой частоты . Это означает, что разница между количеством единиц и нулей в строке длиной не менее 20 бит составляет не более двух и что в строке находится не более пяти единиц или нулей. Это помогает снизить требования к нижнему пределу полосы пропускания канала, необходимому для передачи сигнала.

Код 8b/10b может быть реализован различными способами с акцентом на разные параметры производительности. Одна реализация была разработана К. Одакой для DAT . цифрового аудиорекордера Кес Шухамер Имминк разработал код 8b/10b для DCC . аудиорекордера Реализация IBM была описана в 1983 году Элом Видмером и Питером Франашеком .

реализация IBM

Как следует из названия схемы, восемь бит данных передаются как 10-битный объект, называемый символом или символом . Младшие пять битов данных кодируются в 6-битную группу (часть 5b/6b), а старшие три бита кодируются в 4-битную группу (часть 3b/4b). Эти группы кодов объединяются вместе, образуя 10-битный символ, который передается по проводу. Символы данных часто обозначаются как Dxy, где x находится в диапазоне от 0 до 31, а y — от 0 до 7. Стандарты, использующие кодировку 8b/10b, также определяют до 12 специальных символов (или управляющих символов ), которые могут быть отправлены вместо символа данных . Они часто используются для обозначения начала кадра, конца кадра, простоя канала, пропуска и подобных состояний на уровне канала. По крайней мере один из них (т.е. символ «запятая») должен использоваться для определения выравнивания 10-битных символов. Они называются Kxy и имеют кодировку, отличную от любого из символов Dxy.

Поскольку при кодировании 8b/10b для кодирования 8-битных слов используются 10-битные символы, некоторые из возможных 1024 (10 бит, 2 ¹⁰ ) символы могут быть исключены, чтобы обеспечить ограничение длины серии в 5 последовательных равных битов и обеспечить, чтобы разница между количеством нулей и единиц была не более двух. Некоторые из 256 возможных 8-битных слов можно закодировать двумя разными способами. Используя эти альтернативные кодировки, схема способна достичь долговременного баланса постоянного тока в потоке последовательных данных. Это позволяет передавать поток данных через канал с высокочастотной характеристикой, например, или через неэкранированную витую пару с трансформаторной связью Ethernet оптические приемники с автоматической регулировкой усиления.

Таблицы кодирования и кодирование байтов

Обратите внимание, что в следующих таблицах для каждого входного байта (представленного как HGF EDCBA), A обозначает младший значащий бит (LSB), а H — самый значимый (MSB). На выходе появляются два дополнительных бита: i и j . Биты передаются из младшего разряда в старший разряд: a, b, c, d, e, i , f, g, h и j ; т.е. за кодом 5b/6b следует код 3b/4b. Это обеспечивает уникальность специальной битовой последовательности в символах запятой.

Остаточное влияние на поток количества передаваемых нулей и единиц поддерживается в виде текущего несоответствия ( RD ), а эффект нарастания уравновешивается выбором кодировки для следующих символов.

Код 5b/6b представляет собой парный код несоответствия , как и код 3b/4b. Каждое 6- или 4-битное кодовое слово имеет либо одинаковое количество нулей и единиц (несоответствие нулей), либо имеет пару форм, в одной из которых на два нуля больше, чем на единицы (четыре нуля и две единицы или три нуля и на один соответственно) и на один на два меньше. Когда используется 6- или 4-битный код, который имеет ненулевое несоответствие (счет единиц минус количество нулей; т. е. -2 или +2), выбор кодирования положительного или отрицательного несоответствия должен быть таким, который переключает бегущее неравенство. Другими словами, коды ненулевой диспаратности чередуются.

Текущее неравенство

Кодирование 8b/10b не содержит постоянного тока, а это означает, что долговременное соотношение передаваемых единиц и нулей составляет ровно 50%. Для этого разница между количеством переданных единиц и количеством переданных нулей всегда ограничивается ±2, а в конце каждого символа она равна либо +1, либо -1. Эта разница известна как текущее неравенство (RD).

Этой схеме нужны только два состояния для текущего несоответствия +1 и -1. Оно начинается с −1.

Для каждого кода 5b/6b и 3b/4b с неодинаковым количеством единиц и нулей существует два битовых шаблона, которые можно использовать для его передачи: один с двумя дополнительными битами «1» и один со всеми инвертированными битами и, следовательно, с двумя битами «1». больше нулей. В зависимости от текущего несоответствия сигнала механизм кодирования выбирает, какую из двух возможных шести- или четырехбитных последовательностей отправить для данных данных. Очевидно, что если шестибитный или четырехбитный код имеет равное количество единиц и нулей, выбора нет, так как несоответствие останется неизменным, за исключением подблоков D.07 (00111) и Dx3 ( 011). В любом случае несоответствие остается неизменным, но если RD положителен при обнаружении D.07, используется 000111, а если он отрицательный, используется 111000. Аналогично, если RD положителен при обнаружении Dx3, используется 0011, а если он отрицательный, используется 1100. Это точно отражено на диаграммах ниже, но об этом стоит упомянуть дополнительно, поскольку это единственные два подблока с одинаковым количеством единиц и нулей, каждый из которых имеет две возможные кодировки.

Правила учета неравенства

предыдущий РД	Несоответствие кодовое слово	Несоответствие выбранный	следующий РД
−1	0	0	−1
−1	±2	+2	+1
+1	0	0	+1
+1	±2	−2	−1

Код 5b/6b (abcdei)

Вход		РД = −1	РД = +1		Вход		РД = −1	РД = +1
Код	ЭДКБА	а б в г е я			Код	ЭДКБА	а б в г е я
Д.00	00000	100111	011000		Д.16	10000	011011	100100
Д.01	00001	011101	100010		Д.17	10001	100011
Д.02	00010	101101	010010		Д.18	10010	010011
Д.03	00011	110001			Д.19	10011	110010
Д.04	00100	110101	001010		Д.20	10100	001011
Д.05	00101	101001			Д.21	10101	101010
Д.06	00110	011001			Д.22	10110	011010
Д.07	00111	111000	000111		Д.23 †	10111	111010	000101	также используется для символа K.23.7
Д.08	01000	111001	000110		Д.24	11000	110011	001100
Д.09	01001	100101			Д.25	11001	100110
Д.10	01010	010101			Д.26	11010	010110
Д.11	01011	110100			Д.27 †	11011	110110	001001	также используется для символа K.27.7
Д.12	01100	001101			Д.28	11100	001110
Д.13	01101	101100			Д.29 †	11101	101110	010001	также используется для символа K.29.7
Д.14	01110	011100			Д.30 †	11110	011110	100001	также используется для символа K.30.7
Д.15	01111	010111	101000		Д.31	11111	101011	010100
не используется		1111 00	0000 11		К.28 ‡	11100	00 1111	11 0000	используется исключительно для символов K.28.x

† также используется для кода 5b/6b Kx7.

‡ используется исключительно для кода 5b/6b K.28.y.

Код 3b/4b (fghj)

Вход		РД = −1	РД = +1		Вход		РД = −1	РД = +1
Код	HGF	ж г ч j			Код	HGF	ж г ч j
Дх0	000	1011	0100		Кх0	000	1011	0100
Дх1	001	1001			Кx1 ‡	001	0 110	1 001
Дх2	010	0101			Кх2	010	1010	0101
Дх3	011	1100	0011		Кх3	011	1100	0011
Дх4	100	1101	0010		Кх4	100	1101	0010
Dx5	101	1010			Кx5 ‡	101	0 101	1 010
Dx6	110	0110			Крx6	110	1001	0110
ДхП7 †	111	1110	0001		Крx7 ‡	111	0 111	1 000
DxA7 †		0111	1000

† Для Dx7 необходимо выбрать либо основную (DxP7), либо альтернативную (DxA7) кодировку, чтобы избежать серии из пяти последовательных нулей или единиц в сочетании с предыдущим кодом 5b/6b.
Последовательности ровно из пяти одинаковых битов используются в символах запятой для проблем синхронизации.
используется только DxA7

• когда RD = −1: для x = 17, 18 и 20 и
• когда RD = +1: для x = 11, 13 и 14.

При x =23, x =27, x =29 и x =30 часть кода 3b/4b, используемая для символов управления Kx7, такая же, как и для DxA7.
Любой другой код DxA7 использовать нельзя, так как это может привести к смещению последовательностей запятых.

‡ Только K.28.1, K.28.5 и K.28.7 генерируют символы запятой, которые содержат битовую последовательность из пяти нулей или единиц.
Символ имеет формат 11 0000 0 1xx или 00 1111 1 0xx.

Символы управления

Управляющие символы внутри 8b/10b представляют собой символы 10b, которые представляют собой действительные последовательности битов (не более шести единиц или нулей), но не имеют соответствующего байта данных 8b. Они используются для функций управления низкого уровня. Например, в Fibre Channel K28.5 используется в начале четырехбайтовых последовательностей (называемых «упорядоченными наборами»), которые выполняют такие функции, как арбитраж цикла, слова заполнения, сброс канала и т. д.

На основании таблиц 5b/6b и 3b/4b разрешена передача следующих 12 управляющих символов:

Символы управления

Вход				РД = −1	РД = +1
Символ	Декабрь	шестигранник	HGF EDCBA	abcdei fghj	abcdei fghj
К.28.0	28	1С	000 11100	001111 0100	110000 1011
К.28.1 †	60	3С	001 11100	00 1111 1 001	11 0000 0 110
К.28.2	92	5С	010 11100	001111 0101	110000 1010
К.28.3	124	7С	011 11100	001111 0011	110000 1100
К.28.4	156	9С	100 11100	001111 0010	110000 1101
К.28.5 †	188	до нашей эры	101 11100	00 1111 1 010	11 0000 0 101
К.28.6	220	округ Колумбия	110 11100	001111 0110	110000 1001
К.28.7 ‡	252	ФК	111 11100	00 1111 1 000	11 0000 0 111
К.23.7	247	F7	111 10111	111010 1000	000101 0111
К.27.7	251	ФБ	111 11011	110110 1000	001001 0111
К.29.7	253	ФД	111 11101	101110 1000	010001 0111
К.30.7	254	ИП	111 11110	011110 1000	100001 0111

† В управляющих символах K.28.1, K.28.5 и K.28.7 являются «символами запятой». Символы запятой используются для синхронизации (нахождения выравнивания кодов 8b/10b в битовом потоке). Если K.28.7 не используется, уникальные последовательности запятых 00 11111 0 или 11 00000 1 не могут случайно появиться в любой позиции бита в любой комбинации обычных кодов.

‡ Если K.28.7 разрешен в фактическом кодировании, необходимо использовать более сложное определение шаблона синхронизации, чем предложено †, поскольку комбинация K.28.7 с несколькими другими кодами образует ложный смещенный символ запятой, перекрывающий два кода. . Последовательность нескольких кодов K.28.7 не допускается ни в коем случае, так как это приведет к необнаружимым смещенным символам запятой.

K.28.7 — единственный символ запятой, который не может быть результатом ошибки в один бит в потоке данных.

Пример кодировки D31.1

D31.1 для обоих текущих случаев несоответствия

Вход				РД = −1	РД = +1
Код	Декабрь	шестигранник	HGF EDCBA	abcdei fghj	abcdei fghj
Д31.1	63	3эт.	001 11111	101011 1001	010100 1001

Технологии, использующие 8b/10b

После истечения срока действия вышеупомянутого патента IBM схема стала еще более популярной и была выбрана в качестве линейного кода без постоянного тока для нескольких технологий связи.

Среди областей, в которых находит применение кодирование 8b/10b, можно выделить следующие:

• Аврора
• Последовательный интерфейс камеры
• КоаXPress
• Общий интерфейс общественного радио (CPRI)
• DVB Асинхронный последовательный интерфейс (ASI)
• DVI и HDMI Video Island ( дифференциальная передача сигналов с минимизацией переходов )
• ДисплейПорт 1.x
• ESCON (подключение к корпоративным системам)
• оптоволоконный канал
• Gigabit Ethernet (кроме витой пары на основе 1000BASE-T )
• IEEE 1394b (FireWire и другие)
• ИнфиниБэнд
• ДЖЕСД204Б
• ОБСАИ РП3 Интерфейс
• PCI Express 1.x и 2.x
• Серийный RapidIO
• SD UHS-II
• Серийный АТА
• SAS 1.x, 2.x и 3.x
• ССА
• ServerNet (начиная с ServerNet2)
• СГМИИ
• ЮниПро М-ФИЗ
• USB 3.0
• Thunderbolt 1.x и 2.x
• ХАУИ
• СЛВС-ЕС

Fibre Channel (только варианты 4GFC и 8GFC)

Основная статья: Fibre Channel

Стандарт FC-0 определяет, какая схема кодирования должна использоваться (8b/10b или 64b/66b) в системе Fibre Channel. – варианты с более высокой скоростью обычно используют 64b/66b для оптимизации эффективности использования полосы пропускания (поскольку накладные расходы на полосу пропускания составляют 20% в 8b/10b по сравнению примерно с 3% (~ 2/66) в системах 64b/66b). Таким образом, кодировка 8b/10b используется для вариантов 4GFC и 8GFC; для вариантов 10GFC и 16GFC это 64b/66b. Канальный уровень Fibre Channel FC1 затем отвечает за реализацию кодирования и декодирования сигналов 8b/10b.

Схема кодирования Fibre Channel 8b/10b также используется в других телекоммуникационных системах. Данные расширяются с помощью алгоритма, который создает одно из двух возможных 10-битных выходных значений для каждого входного 8-битного значения. Каждое 8-битное входное значение может сопоставляться либо с 10-битным выходным значением с нечетным несоответствием, либо с четным несоответствием. Такое сопоставление обычно выполняется в тот момент, когда параллельные входные данные преобразуются в последовательный выходной поток для передачи по оптоволоконному каналу. Выбор нечетного/четного выполняется таким образом, что сохраняется долговременное нулевое несоответствие между единицами и нулями. Это часто называют «балансировкой постоянного тока».

Схема преобразования 8-бит в 10-бит использует только 512 из 1024 возможных выходных значений. Из оставшихся 512 неиспользуемых выходных значений большинство содержат слишком много единиц (или слишком много нулей) и поэтому не допускаются. Это по-прежнему оставляет достаточно запасных 10-битных пар кодирования «нечет + чет», чтобы можно было использовать как минимум 12 специальных символов, не являющихся данными.

Коды, представляющие 256 значений данных, называются кодами данных (D). Коды, которые представляют 12 специальных символов, не являющихся данными, называются управляющими кодами (K).

Все коды можно описать, указав 3 восьмеричных значения. Это делается с использованием соглашения об именах «Dxx.x» или «Kxx.x». (Обратите внимание, что в таблицах в предыдущих разделах используются десятичные, а не восьмеричные значения для Dxx.x или Kxx.x)

Пример:

Биты входных данных: ABCDEFGH

Данные разделены: ABC DEFGH

Данные перемешиваются: DEFGH ABC

Теперь эти биты преобразуются в десятичные числа так, как они спарены.

Входные данные

C3 (HEX) = 11000011
         = 110 00011
         = 00011 110
         =   3    6

И 8Б/10Б = Д03.6

Цифровое аудио

Схемы кодирования 8b/10b нашли широкое применение в приложениях для хранения цифрового звука, а именно:

• Цифровая аудиокассета , патент США № 4 456 905, июнь 1984 г., К. Одака.
• Цифровая компактная кассета (DCC), патент США 4620311, октябрь 1986 г., Кес Шухамер Имминк .

используется другая, но схожая схема Для аудио компакт-дисков и компакт-дисков :

• Компакт-диск Модуляция от восьми до четырнадцати

Альтернативы

Обратите внимание, что 8b/10b — это схема кодирования, а не конкретный код. Хотя многие приложения используют один и тот же код, существуют некоторые несовместимые реализации; например, Transition Minimized Differential Signaling , который также расширяет 8 бит до 10 бит, но использует для этого совершенно другой метод.

Кодирование 64b/66b , представленное для (PMD) 10 Gigabit Ethernet интерфейсов 10GBASE -R Physical Medium Dependent , представляет собой альтернативу кодированию 8b/10b с меньшими издержками, имеющую двухбитные издержки на 64 бита (вместо восьми битов). закодированных данных. Эта схема значительно отличается по конструкции от кодирования 8b/10b и не гарантирует явного баланса постоянного тока, короткой длины прогона и плотности перехода (эти функции достигаются статистически посредством скремблирования ). Кодировка 64b/66b была расширена до вариантов кодирования 128b/130b и 128b/132b для PCI Express 3.0 и USB 3.1 соответственно, заменив кодировку 8b/10b в более ранних версиях каждого стандарта.

Внешние ссылки

• «Определение кодировки 8b/10b» . Архивировано из оригинала 8 июня 2014 года . Проверено 2 сентября 2014 г.