8b/10b

8b/10bはシリアル通信に用いられる伝送路符号の1つ。IBMやソニーによる開発を元に ANSI INCITS 230 で規定されたもので、この名称は8ビットのデータを10ビットのデータに変換して転送することに由来する。10b/8bとも。

特徴

シリアル通信にはデータと、そのデータを拾うタイミングを作るクロックの存在が欠かせない。8b/10b方式はシリアル・データの中にクロックを埋め込むことで、データとクロックの転送を同じ配線で行うことが特徴である。

データとクロックを同時に通信するときに、LowやHighの状態が長期間に渡って続く場合は、そこからクロックを取り出せなくなることがある。8b/10bではどのようなデータであっても、Low/High状態が4クロック以下になるように変換を行う。これによって、帯域の20%をロスする(=データの割合が8/10になる)代わりに、データとクロックを同じ配線で同時に送受信することが可能になる。

用例

シリアル転送方式の多くで採用され、ギガビットイーサネット (1000BASE-X)、ファイバーチャネル (1GFC～8GFC)、IEEE 1394b (FireWire 800)、PCI Express 2.0、Serial ATA、USB 3.0などがこの方式を採っている。

8b/10bで同一のシンボルを長時間連続して送ると、電気変動が周期的になるため基板上でノイズの発生源となる恐れがある。 この対策として、PCI Expressでは8ビットデータに疑似乱数によるスクランブル処理を掛けてから8b/10b変換する方法が採用されており、伝送路が常にランダムなビットパターンで動作し続けることで周期変動を防いでいる。

さらに高速通信になると上記同様にスクランブル処理を用いる方式が多くなり、10ギガビット・イーサネット(10GBASE-R)やファイバーチャネル(10GFC・16GFC)では64b/66bが、PCI Express 3.0やUSB 3.1 Gen2では128b/130bが採用されている。

変換方式

8ビットの元データを HGF EDCBA の上位3ビット/下位5ビットに分け、それぞれ1ビットずつ加えてLSBが最初に来る形でabcdei fghjのように下位6ビット/上位4ビットに変換する。 この変換はシンボル D.xx.x のように表記し、8ビットの元データ 0x00～0xFF は、256種のシンボル D.00.0, D.01.0, ... , D.31.6, D.31.7 で表現される。

以下に変換テーブルの一例としてIBMの実装を示す。このビット変換に決まった法則はなく、完全なテーブルによる変換で行われる。

5b/6b変換 (下位データ)

シンボル名	5ビット値 EDCBA	6ビット値 abcdei
		正シンボル	負シンボル
D.00	00000	100111	011000
D.01	00001	011101	100010
D.02	00010	101101	010010
D.03	00011	110001
D.04	00100	110101	001010
D.05	00101	101001
D.06	00110	011001
D.07	00111	111000	000111
D.08	01000	111001	000110
D.09	01001	100101
D.10	01010	010101
D.11	01011	110100
D.12	01100	001101
D.13	01101	101100
D.14	01110	011100
D.15	01111	010111	101000
D.16	10000	011011	100100
D.17	10001	100011
D.18	10010	010011
D.19	10011	110010
D.20	10100	001011
D.21	10101	101010
D.22	10110	011010
D.23	10111	111010	000101
D.24	11000	110011	001100
D.25	11001	100110
D.26	11010	010110
D.27	11011	110110	001001
D.28	11100	001110
D.29	11101	101110	010001
D.30	11110	011110	100001
D.31	11111	101011	010100

3b/4b変換 (上位データ)

シンボル名	3ビット値 HGF	4ビット値 fghj
		正シンボル	負シンボル
D.xx.0	000	1011	0100
D.xx.1	001	1001
D.xx.2	010	0101
D.xx.3	011	1100	0011
D.xx.4	100	1101	0010
D.xx.5	101	1010
D.xx.6	110	0110
D.xx.7	111	1110	0001
		0111	1000

シンボルの中には正負2種類が用意されているものがあるが、多くは0/1の個数が異なっており、それを反転させた組になっている。これまでに送ったシンボルの0/1の個数差をランニングディスパリティ (RD) と呼び、このRDによって正負シンボルどちらを使うかが決まる。

●直前のRDが正(=1が多い)なら、次は負シンボルを送る。

●直前のRDが負(=0が多い)なら、次は正シンボルを送る。

●送るシンボルの1の数と0の数が同じなら、RDの正負は維持する。

RDの初期値は負である。したがって最初に送る10ビットシンボルは、5個ずつの1・0を持つシンボルでRD=負を維持するか、6個の1・4個の0を持つシンボルでRD=正にする、のいずれかで始まる。この性質により、受信データにRD極性の違反があれば、それ以前にエラーがあることを検出できるようになっている。

上記シンボルはデータを表現するもので総称してDコードと呼ばれるが、さらにこれ以外に制御用としてKコードと呼ばれるシンボルが12個ある。

Kコード(制御用シンボル)

シンボル名	10ビット値 abcdei fghj		構造
	正シンボル	負シンボル
K.28.0	001111 0100	110000 1011	下位6ビットはK.28と呼ばれる特殊シンボル001111を用いる。 上位4ビットはDコードとほぼ同じだが常に正負反転させる。 例外的に同一ビットが5連続するものがある(下線部)。
K.28.1	001111 1001	110000 0110
K.28.2	001111 0101	110000 1010
K.28.3	001111 0011	110000 1100
K.28.4	001111 0010	110000 1101
K.28.5	001111 1010	110000 0101
K.28.6	001111 0110	110000 1001
K.28.7	001111 1000	110000 0111
K.23.7	111010 1000	000101 0111	D.23とD.xx.7下段の組合せ
K.27.7	110110 1000	001001 0111	D.27とD.xx.7下段の組合せ
K.29.7	101110 1000	010001 0111	D.28とD.xx.7下段の組合せ
K.30.7	011110 1000	100001 0111	D.30とD.xx.7下段の組合せ