了解4B/5B编码

一、4B/5B编码是什么

4B/5B编码是一种线路编码方式，主要用于将数据通过物理介质传输。它将每4个数据比特映射为5个编码比特，并通过这些编码比特将数据传输到目标设备。

在这个编码过程中，每一个4比特都会被映射成一个5比特的编码。每个编码都必须满足这样的条件：在每个连续的五位比特中，必须有两位低电平和三位高电平或反过来。这是为了确保编码中位电平的数量相对均衡，从而确保传输的正确性和稳定性。

二、4B/5B编码的优势

1. 通过使用4B/5B编码，可以避免像基础传输协议（如RS-232）这样的协议中存在的一些问题。RS-232协议是类似于由计算机发出的电报，它具有易受噪声干扰，难以检测错误等缺点，但是4B/5B编码通过将数据分开并使用特定的编码模式，使得传输变得更为可靠。

2. 4B/5B编码也有助于在较长的传输距离和较高的传输速度之间进行权衡。这是因为高速数据传输系统通常会使用较宽的信号带宽，这使得在这些系统中普通的二进制编码不太适用。4B/5B编码允许在信号频带宽度固定的情况下，在同等的物理距离上实现更高的数据传输速率。

三、4B/5B编码的具体操作

下面是一个 4B/5B编码表：

0: 11110     A: 10001    
1: 01001     B: 10100    
2: 10100     C: 10101    
3: 10101     D: 01010    
4: 01010     E: 01011    
5: 01011     F: 01110    
6: 01110     G: 01111    
7: 01111     H: 10010    
8: 10010     I: 10011    
9: 10011     J: 10110    
A: 10110     K: 10111    
B: 10111     L: 11010    
C: 11010     M: 11011    
D: 11011     N: 11100    
E: 11100     O: 11101    
F: 11101     P: 11110    

4B/5B编码是根据这个编码表来实现的。编码的实际操作步骤是：

1. 将4比特数据分成两个组，每组两个比特。

2. 通过查找4B/5B编码表，将每个4比特组映射到一个5比特编码组。

3. 将两个5比特编码组合并为单个的10比特编码，并将它们发送到目标设备。

四、4B/5B编码的实际应用

4B/5B编码是广泛应用于许多不同的标准和协议中的。例如，它是以太网，Fiber Channel和SAS协议所使用的标准。

以下是4B/5B编码在以太网中的实际应用示例：

// 以太网数据包的格式
struct EthernetHeader {
  uint8_t dest[6];
  uint8_t src[6];
  uint16_t type;
  uint8_t payload[1500];
  uint32_t crc;
};

// 数据包传输过程中的 4B/5B 编码
void encode_data(uint8_t *dst, uint8_t *src, size_t len) {
  while (len--) {
    uint8_t lo = *src & 0xF;
    uint8_t hi = (*src++ >> 4) & 0xF;

    *dst++ = coding_table[hi];
    *dst++ = coding_table[lo];
  }
}

// 接收端的解码函数
uint8_t decode_symbol(uint8_t symbol) {
  // 线索：coding_table 是一个 256 个元素的数组
  ...
}

五、4B/5B编码的局限性

尽管4B/5B编码在许多不同的应用场景中具有许多优势，它仍然存在某些限制和局限性。

1. 编码过程会增加消息的大小，因为每4比特数据现在需要5比特编码数据来传输。这可能会导致其中的一些瓶颈或其他参数，例如带宽、传输速度和延迟变得更严重。

2. 长距离传输时，4B/5B编码可能无法解决噪声的问题。虽然4B/5B编码能够更好的解决噪声问题，但是如果噪声太大，它仍然可能无法防止数据的错乱或损坏。

六、总结

4B/5B编码是一种广泛应用于各种协议和标准中的编码方式。它能够提供一种可靠的数据传输方式，适用于高速传输和长距离传输等应用场景。虽然它也存在某些局限性，但是它仍然是从工程角度来看的一种非常成熟的编码方式。