笔记：从Aurora 8b/10b 到Aurora 64b/66b (一)：64b/66b 基本知识

参考搬运：

https://mp.weixin.qq.com/s/ZSNyjpZpimjyxyO9riIRNQ

Aurora 64B/66B (xilinx.com)

https://docs.amd.com/r/en-US/pg074-aurora-64b66b

8/10:SATA SRIO

64/66:10G以太网

值得注意：

64b/66b 编码在多LANE模式下，EOF（T）仅在一个LANE上出现；

介绍

8B10B的开销比较大，每传输10位数据，就需要发送2位无效数据。

为了减小8B10B编码的开销，同时保留编码方案的优点，提出了64B66B编码。

64B66B编码与8B10B编码方式有本质区别，8B10B编码可以从码表中获取一个数据编码结果，而64B66B在发送前需要通过白噪声对数据加扰，在接收数据时也要先对数据解扰。

用户在实际使用时，GTX的64B66B编码会比8B10B更简单，因为64B66B会提供控制帧和数据帧，相比8B10B会简单一点点。

64B66B编码原理
下图是万兆网的数据编码框图，将两个32位的TXD数据拼接为64位，

然后经过加扰（Scrambling）来保证零一均衡，避免直流失调和时钟恢复困难。

之后在64位数据之前加入2位的同步头(Sync header)，用来指示后面的64位数据是数据帧还是控制帧，

用户每发送64位数据，高速收发器需要传输64位数据和2位同步头。

变速器（Gearbox）可以看成一个深度为64位的存储器，

每个用户时钟输入64位数据，高速收发器在一个用户时钟内也只能发送64位编码后的数据，就会导致每个时钟会有2位数据没有被发送，暂存在变速器（Gearbox）。

经过32个时钟后，变速器（Gearbox）就会存满64位数据，用户下个时钟周期需要暂停输入数据，高速收发器在下个时钟将变速器（Gearbox）的64位数据发送，之后用户就可以继续输入需要发送的数据了，就这样循环往复。

编码过程是由加扰器（Scrambling）完成的，因此相同的数据经过加扰后会得到不同的数据，编码后的数据是不能预测的。

2位同步头有两个作用，可以用来指示帧类型，接收端也可以根据同步头来实现数据对齐，

同步头只有2’b01和2’b10两种取值，其余两种为无效取值。

01类型是需要全部加扰的，而10类型的TYPE部分则是不需要加扰的，因为涉及了一些指示字符；

当同步头为2’b01时，表示后面的64位数据是纯数据，不包含任何控制字符，如下图所示。

图2 纯数据帧格式

如果同步头为2’b10，则表示后面的64位数据是控制帧，可能是起始帧，也可能是结束帧，

如下图所示，注意同步码后面的第一字节数据表示控制帧的类型，根据该数据的值确定该帧数据内容。

下图是上面几种帧的一些格式，

D表示数据，C表示空闲字符（7位数据）或控制字符Z，

S表示帧起始字符，T表示帧结束字符。

其中当同步码为2’b01时，8字节全部为数据。

64B66B编码的起始帧有两种格式，

一种是起始位位于第一个字节，对应的类型字符为8’h78，

另一种是起始位位于第五字节，对应的类型字符为8’h33。

但是控制字符的具体数值可能不需要关心，因为不同协议之间是有差异的；

黄色部分是无效区，填充0；

RS Trans指的是RS（协调子层）发送的数据，D Z T S E均是其中的标识符；

D 数据

Z 空闲

T 结束

S 起始

E 控制

因为控制字符都是七位的，所以需要补0；每有一个数据字符，就可以少补充一个0；

夹带控制字符的帧最多只能传递7个字节的D；

由于用户每次可以传输任意字节数据，导致停止位可能出现在数据的任何字节，因此结束帧会有8种类型，类型字符不相同，接收端可以根据结束帧的类型判断这帧有多少有效数据。

下表是这些控制字符的具体取值，比如起始位S的取值是8’hfb，停止位T的取值是8’hfd，空闲字符C为8’h07。

在不同的TYPE类型下，空闲字符C的填充是可能不同的；

IDLE类型下填充的是7'h0，

ERROR类型下填充的是7'h1e,

开始和结束字符填充的字符根据具体的类型来决定，这是因为

开始类型的包有两种，而结束的有8种；

加扰

加扰和解扰一般使用的表达式为X^58+X^19+1，这部分内容可以在后续的示例工程中直接获取，也比较简单，实现方式与M序列类似。

GTX的64B66B编码发送原理
GTX内部不能对待发送数据加扰，也不能对接收的数据解扰，需要用户在FPGA逻辑中自己完成加扰和解扰。

由下图可知，8B10B经过蓝色走线后到达FIFO，而64B66B编码只经过了一个TX Gearbox，并没有经过什么编码模块，因此加扰和解扰相关操作需要用户在IP外部自己完成。

TX Gearbox的作用就是前文所说的变速器，工作方式如下图所示，

如果用户数据位宽设置成32位，并且PCS每次也只能传输32位数据，两个时钟才能发送一个64位数据。

因此需要两个时钟用户才能发送64位数据，

第一个时钟向GTX发送2位同步码和32位数据，变速箱先发送2位同步码和高30位数据，第2位数据留在TX Gearbox中。

第二个时钟用户发送剩余32位数据，TX Gearbox需要先把上个时钟剩余2位数据发送，然后发送本次接收的高30位数据，最后还是会剩余2位数据。

因此每经过2个时钟，TX Gearbox中就会增加2位数据，

当经过64个时钟后，TX Gearbox中存在64位数据，与一个用户数据位宽一致。

后两个时钟周期用户不能往GTX发送数据，TX Gearbox会将内部64位数据发送出去，完成清空。

在使用64B66B编码时，一般用户端口位宽使用64位，会更方便，原理都是一样的。

所以本质上是66个周期发送64个64位数据+2x64位gearbox，其中用户直接使用的是前64个。

 gearbox显然具有计数器，使用计数器来标记何时将其中的数据取出；

这个计数器可以使用内部的也可以使用外部的，这个设置在GT收发器中是可以修改的；

外部计数器需要用户提供和数据调控；

 在GT后面的版本里内部计数器被版本迭代取消，推荐使用外部计数器；

如果把用户数据带宽设置成64，这种情况下GTX内部的数据带宽只有32，我觉得会出现之前描述的USERCLK是USERCLK2两倍频率的情况；(确实如此，在SUMMARY中可以看到)