8b/10b下的编码/加扰和组帧

• 适用于链路速率为2.5GT/s和5.0GT/s

8b/10b编码

编码方式

• 将8bit的数据编码成10bit的数据
• 8bit的数据会拆分成高3位和低5位,高三位采用3b/4b编码，低5位采用5b/6b编码
• 12种特殊(COM,STP,SDP,END,EDB,PAD,SKP,FTS,IDL,k28.4,k28.6,EIE)的符号在8b/10b种需要引入一个控制字符，用于表明编码后的数据是一个控制字符而不是数据
• 当链路速度为2.5GT/s和5.0GT/s时,使用该编码
• 8b/10b在正失调(positive disparity)和负失调(negative disparity)下可能编码值不一样

一些控制码(K Codes)

• 又叫k码
• 作用
  1. 用于lane和link的初始化和管理
  2. 在Non-Flit模式下(pcie6.0新增),让DLLPs和TLPs组成帧(frame)
• 12种特殊的控制码

编码规则

发射端

• 当发射机处于电气空闲(EI)状态后,发射机在第一次传输差分数据时允许选择任何的失调(disparity)，除非另有说明.
• 在初始化失调之后,发射必须选择遵守合适的8b/10b编码规则直到下一次电气空闲状态到来

接受端

• 对于接收端而言,在检测到对端退出电气空闲状态后,初始的失调被设定为第一个符号的失调,第一个符号是用来做符号锁定(Symbol lock)
• 对方在传输差分信息的过程种,由于发生了特定数量的错误，符号锁定可能会丢失然后重新实现符号锁定, 这时接收端允许重新初始化失调.
• 接受端在初始化失调设置之后, 按照当前运行失调(running dispairty),后面所有接收到的符号都必须在8b/10b编码表中找得到
• 按照当前运行失调,如果接收端接收到的symbol在8b/10b编码表中找不到,物理层对通知数据链路层接收到的符号是无效的,并且这是一个接收端错误(Receiver Error),在Non-Flit模式下,该错误会与端口绑定起来向上报.在Flit模式下,在符号中的错误会传到FEC逻辑中去纠正
• 如果8b/10b错误或者k码在Flit的边界检测到,接收机允许发送任意8-bit的值到FEC逻辑

组帧

• 有两类类型的帧会应用到lane上，第一类由有序集(Ordered Sets,简称OS)组成;第二个在数据流中,由TLPs和DLLPs组成
• 有序集在每条lane上都会持续的发,因此如果一个link由多条lane构成,完整的有序集会同时出现所有lane上

Non-Flit模式下的数据流

• 当没有包信息或者特殊的有序集需要传输时,发射机处于逻辑空闲(Logical Idle)状态
• 发射机处于逻辑空闲状态时,必须发空闲数据(Idle data,由00h组成),空闲数据也需要经过加扰和编码
• 当接收机没有收到包或者特殊的有序集时,接收机也是处于逻辑空闲状态,并且也应该接受空闲数据
• 在传输空闲数据时, SKPOS也必须按照一定的规则持续传输

组帧规则

• TLPs组成帧必须要把STP符号放在TLP的开始,并且要把END符号或者EDB符号放在TLP的结束
• 在STP和END或者EDB符号之间,TLP最少包含18个符号.如果接收到序列,STP和END或者EDB符号之间的符号数小于18个,接收机允许将这视为一个接收端错误(可选的功能,如果检查了则必须跟port关联起来)
• DLLPs组成帧必须要把SDP符号放在DLLP的开头,并且把END符号放在DLLP的末尾
• 当TLPs,DLLPs或者特殊的符号需要发送时,这时的一个或者多个符号时间成为逻辑空闲,逻辑空闲需要发送和接受空闲数据(00h)
  • 当发射机处于逻辑空闲时,空闲数据符号应该在所有lane上都传输,空闲数据会被加扰(避免差分线上出现长的0)
  • 接收机必须忽略接收到的空闲数据,并且不得依赖这些数据,除了一些加扰过的特定数据序列外(比如物理层的状态机在Configuration.Idle和Recovery.Idle需要判断收到的空闲数据个数,这时就会依赖空闲数据)
• 如果链路宽度大于x1,当从逻辑空闲条件开始传输TLP时,STP符号必须放在lane0上
• 如果链路宽度大于x1,当从逻辑空闲条件开始传输DLLP时,SDP符号必须放在lane0
• 一个符号时间内,STP符号只能放在链路上一次
• 一个符号时间内,SDP符号只能放在链路上一次
• 在相同的符号时间,链路上可以出现一个STP符号和SDP符号(eg. x16 SDP(1symbol)+DLLP(6symbol)+END+STP+…)
  • 链路宽带大于x4时,STP和SDP符号可以放在4*N(N是正整数),eg. x8的链路,STP和SDP符号可以放在0和4
• xN(N>=8)的链路,如果END和EDB符号放在lane k上,K不等于N-1,并且lane k+1没有跟STP符号或者SDP符号时(比如没有TLP或者DLLP需要发送时),必须在lane k+1到lane N-1上填充PAD
  • eg. x8的链路,END符号或者EDB符号放在lane3,当后面没有STP或者SDP符号时,lane 4到lane 7必须用PAD填充
• EDB 符号用于标记无效 TLP 的结束
• 接收机可以检查上述规则(可选),如果接收机检查了,违反后会产生接收端错误,并且上报错误时会关联到port

加扰

• 数据流与特定模式序列(pattern)进行异或操作(XOR),特定模式序列用线性反馈移位寄存器产生(Linear Feedback Shift Register, LFSR)
• 发射机发送数据时需要先加扰然后在进行8b/10b编码(gen1/2)
  • 因为8b/10b编码可以保证直流平衡,如果是先编码,在加扰可能会0和1的个数相差较大
• 接收端先进行8b/10b解码(gen1/2)然后在进行解扰
• 多lane的link,加扰函数可以用一个或者多个线性反馈移位寄存器实现
• 发送端,如果link上有多个线性反馈移位寄存器时,它们必须协同工作, 每个线性反馈移位寄存器中都要维持相同的同步值(lane与lane之间的输出偏移(skew))
• 接收端,如果link上有多个线性反馈移位寄存器时,它们必须协同工作,每个线性反馈移位寄存器需要维持相同的同步至(lane与lane之间的偏移)
• 加扰或者解扰是通过8bit的数据(D0-D7)与线性反馈移位寄存器的输出(16-bit,D0-D15)进行异或
• 加扰步骤
  1. 线性移位反馈寄存器的输出D15与数据的D0进行异或
  2. 线性移位反馈寄存器和数据寄存器串行前进
  3. 对数据的D1到D7按照D0的方式重复操作
• gen1/2线性移位反馈寄存器的加扰多项式为G(x)=x^16+x^5+x^4+X^3+1
  • 对于给定的初始值,后面的值都是确定的
• 数据链路层可以通知物理层禁止加扰,具体实现方式协议没做说明

加扰规则

• Flit模式和Non-Flit都需要加扰
• COM 符号初始化 LFSR
• 除SKP外的每一个符号,线性移位反馈寄存器都是串行移位,前进8次
• 除了有序集(eg.TS1,TS2,EIEOS)、合规性模式序列(Compliance Pattern)和修改过的合规性测试序列(Modified Compliance Pattern)外的所有的数据符号(D Codes)都需要加扰
• 所有特殊符号(K 码)不需要加扰
• 线性移位反馈寄存器的初始种子(即D0-D15的值)是FFFFh
• COM字符发送出去之后,发送端的线性移位反馈寄存器立即初始化
• link上某条lane收到COM符号后,立刻初始化该条lane的线性移位反馈寄存器