B10B编码解码基础及规则 FPGA

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本文介绍了B10B编码的基本概念,它在数字电路设计和FPGA编程中用于将二进制数据转化为BCD格式。B10B编码使用4位二进制表示十进制数0-9,有效值范围0000到1001。文章详细阐述了编码规则,并提供了一个简单的FPGA源代码示例,展示如何实现B10B编码。

B10B(Binary to Binary BCD)编码是一种将二进制数字转换为二进制编码十进制(BCD)表示的技术。在数字电路设计和FPGA编程中,B10B编码常用于将二进制数据转换为BCD格式,以便在数字显示器或其他BCD相关的应用中进行显示和处理。本文将详细介绍B10B编码的基础知识、编码规则,并提供相应的FPGA源代码示例。

  1. B10B编码基础知识
    B10B编码使用4位二进制数字来表示一个十进制数字,其中每一位二进制数称为一个"nibble"(半字节)。在B10B编码中,每个nibble的有效值范围是0000到1001,对应于十进制数字0到9。B10B编码的优点是可以直接使用二进制计算,而无需进行十进制到二进制的转换,使得数字处理更加高效。

  2. B10B编码规则
    B10B编码规则如下:

  • 对于输入的二进制数,将其分为高位和低位两个四位二进制数。
  • 高位二进制数的每个nibble的取值范围是0000到1001,对应于十进制数字0到9。
  • 低位二进制数的每个nibble的取值范围是0000到1001,对应于十进制数字0到9。
  • 组合高位和低位的nibble得到一个完整的B10B编码。

下面是一个简单的B10B编码的FPGA源代码示例:

module B10B_encoder_decoder (
    input [7:0] binary_input,
    output [7:0] b10b_output
);
    reg [3:0] high_
<think>我们被要求介绍64b/66b编解码技术。根据用户提供的引用和之前的对话,我们需要整合信息,给出清晰的解释。关键点:1.64b/66b编码是一种将64位数据块转换为66位传输块的编码方案,主要用于高速串行通信。2.它通过添加2位同步头和加扰数据来实现时钟恢复和直流平衡。3.对比8b/10b编码,它减少了开销(从25%降到约3%)。根据引用[1]:SRIO的PCS层使用64b/67b编码(注意是67位,但用户问题主要是64b/66b,所以重点在66b)。引用[2]:64b/66b采用加扰方式使数据接近白噪声,达到直流平衡并提高带宽利用率。引用[3]:提到变速器(Gearbox)的作用,用于处理数据位宽转换。引用[4]:关于FPGA中实现时计数器的使用,特别是循环计数范围。我们重点介绍64b/66b,注意引用中提到的64b/67b是另一种编码(用于SRIO),但原理类似。结构:1.概述:定义和目的2.编码结构:同步头和有效载荷3.核心原理:加扰、同步头的作用4.与8b/10b的对比5.实现考虑(如Gearbox)6.应用场景注意:引用[2]提到64b/66b没有像8b/10b那样使用固定编码表,而是采用加扰技术。我们将按照这个思路组织回答。</think>### 64b/66b编解码技术详解 #### ▮ 技术本质与核心结构 64b/66b是一种**高速串行物理层编码方案**,通过将**64位原始数据块**转换为**66位传输块**实现高效通信。其核心结构包含: 1. **2位同步头(Sync Header)** - `01`:标识**数据块**(Payload Data) - `10`:标识**控制块**(Control Information) *提供时钟恢复所需的电平跳变,保证$ P_{\text{transition}} \geq 0.3 $[^2]* 2. **64位有效载荷** - **数据块**:原始数据经过**加扰(Scrambling)** 处理,转化为伪随机序列 - **控制块**:携带流控/空闲帧等管理信息(如SRIO协议中的64b/67b变体[^1]) ```mermaid graph LR A[64位原始数据] --> B{编码类型} B -->|数据块| C[添加同步头&#39;01&#39;] B -->|控制块| D[添加同步头&#39;10&#39;] C & D --> E[加扰处理] E --> F[66位传输块] ``` #### ▮ 核心技术原理 1. **加扰机制(Scrambling)** - 通过**线性反馈移位寄存器(LFSR)** 实现,多项式如 $ x^{58} + x^{39} + 1 $ - 将长连0/1序列转化为伪随机序列,消除直流分量[^2] - 示例:`scrambled_data = raw_data ^ (LFSR << 6)` 2. **时钟恢复机制** - 同步头强制每66位至少出现**1次电平跳变** - 解决接收端时钟漂移问题,满足: $$ \frac{\text{跳变次数}}{\text{总位数}} \geq 0.3 $$ 3. **变速器(Gearbox)处理** - FPGA中需配合**循环计数器**(0-32计数)协调时钟域[^4] - 解决用户时钟与收发器速率差异: ```verilog // Xilinx GTX示例 always @(posedge clk) begin if (txsequence == 32) txsequence <= 0; // 64b/66b循环计数 else txsequence <= txsequence + 1; end ``` #### ▮ 性能优势(对比8b/10b编码) | 指标 | 64b/66b | 8b/10b | |---------------|-----------------|-----------------| | **开销率** | 3% (66/64-1) | 25% (10/8-1) | | **带宽利用率**| 97% | 80% | | **直流平衡** | 加扰实现 | 编码规则强制 | | **适用速率** | ≥10Gbps | ≤5Gbps | #### ▮ 典型应用场景 1. **高速以太网**:10G/25G/100G BASE-R(IEEE 802.3) 2. **互连协议**:PCIe 3.0+,Serial RapidIO(SRIO)[^1] 3. **光纤通信**:OTN(光传输网络) 4. **FPGA高速收发器**:Xilinx GTX/GTH,Intel Stratix 10 TX > 在SRIO协议中演变为**64b/67b编码**,通过额外1位提升控制信息容量[^1] #### ▮ FPGA实现关键模块 ```verilog // 发送端核心逻辑 module tx_64b66b ( input [63:0] data_in, input [6:0] txsequence, // 循环计数器[^4] output [65:0] tx_out ); wire [63:0] scrambled; scrambler scb(.data_in(data_in), .scrambled(scrambled)); assign tx_out = (txsequence==0) ? {2&#39;b10, scrambled} // 控制块 : {2&#39;b01, scrambled}; // 数据块 endmodule // 接收端同步检测 module rx_sync ( input [65:0] rx_stream, output reg block_lock ); always @(*) begin block_lock = (rx_stream[65:64]==2&#39;b01 || rx_stream[65:64]==2&#39;b10); end endmodule ``` --- ###
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