光通信视频传输PCIE采集方案
1.1概述
8B/10B编码是1983年由IBM公司的Al Widmer和PeterFranaszek所提出的数据传输编码标准，目前已经被广泛应用到高速串行总线，如IEEE1394b、SATA、PCI-Express、Infini-band、FiberChannel、XAUI、RapidIO、USB 3.0的美好。 8B/10B编码将待发送的8位数据转换成10位代码组，其目的是保证直流平衡，以及足够密集的电平转换。
本课程讲解“7 Series FPGAs Transceivers Wizard”IP的使用。测试方案，利用HDMI输入1080P视频信号后经光模块回传回来，再通过HDMI输出视频图像，以此测试光通信功能。
本课程的理论部分摘录自网络文章“8B10B 详解&综述”，如有侵权请联系本公司。 本课程还给出了开发板到开发板的视频输出传输demo。
1.2 8B10B编码原理
以下是理论部分，学习完成后对于我们后面分析代码还是有所帮助。
在光纤通信中， 线路编码是必要的， 因为电端机输出的数字信号是适合电缆传输的双极性码， 而光源不能
发射负脉冲， 只能用光脉冲的“有” 和“无” 来表示二进制码中的“1”和“0\。 该方法虽然简单， 却存在三个问题：
1)遇到数字序列中出现长连“0” 或长连“1” 时， 将给光纤线路上再生中继器和终端光接收机的定时信息提取工
作带来困难;
2)简单的单极性码中含有直流分量。 由于线路上光脉冲中“1” 和“0” 是随机变化的，这将导致单极性码的直流成分也作随机性的变化。 这种随机性变化的直流成分， 可以通过光接收机的交流耦合电路引起数字信号的基线漂移， 给数字信号的判决和再生带来困难; 3)不能实现不中断通信业务下的误码检测;
为解决以上问题， 通常对于由电端机输出的信号码流， 在未对 LED(或 LD)调制以前，一般要先进行码型变换使调制后的光脉冲码流由简单的单极性码，转换为适合于数字光纤传输系统传输的线路码。适合于光纤通信的线路码型有多种，但都要满足以下要求: a)能保证比特序列独特性。
b)能提供足够的定时信息。
由于在光纤数字传输系统的传输中， 只传送信码， 而不传送时钟， 因此在接收端， 必须从收到的码流中提取出定时信息， 以利于上述的定时提取。 必须限制线路码流中同符号连续数不能过大， 也就是说， 应避免长连“0” 及长连“1” 的出现， 提高电平跳变的密度， 使定时提取较为简单。
c)减少功率密度中的高低频分量。
线路码的功率谱密度中的低频分量是由码流中的“0”、“1” 分布状态来决定的， 低频分量小， 说明“0”、 “1”分布比较均匀， 直流电平比较恒定， 也就是信号基线浮动小， 有利于接收端判决电路的正常工作。 高频分量是由线路码的速率决定的， 这在带宽(色散)限制系统中特别值得注意， 在这种系统中， 中继距离主要由光纤线路的总带宽(总色散)决定， 如果线路码速率提高的太多， 会使中继距离大大缩短。
d)要有利于减少码流的基线漂移， 即要求码流中的“1\、 \码分布均匀， 否则不利于接收端的的再生判决 e)码率增加要少， 光功率代价要低。 f)接收端将线路码还原后， 误码增殖要小。
线路传输中发生的一个误码， 往往使接收端的解码(反变换)发生多个错误， 这就是误码倍增， 也叫做误码扩展或误码增值。 由于误码倍增， 使光接收机要达到原要求的误码性能指标， 必须付出光功率代价， 即光接收机灵敏度劣化。 因此误码倍增系数越小越好。 g)能提供适当的冗余度。 h)低的对称抖动。
传输的比特序列必须保持低的码型相关的抖动。
i)易于实现。
数字光纤通信系统中常用的线路码型有:加扰二进码、 插入比特码和 mBnB 码。
8B/10B编码最初由IBM公司的Albert X.Widemer和Peter A.Franaszek发明，并应用于ESCON(200M互连系统)中。 它是mBnB编码中的一个特例。
8B/10B编码方法是把8bit代码组合编码成10bit代码，代码组合包含256个数据字符编码和12个控制字符编码，分别记为Dx. y和Kx.y。 通过仔细选择编码方法可以获得不同的优化特性。 这些特性包括满足串行/解串行器功能必须的变换； 确保“0” 码元与“1” 码元个数的一致， 又称为直流均衡； 确保字节同步易于实现（在一个比特流中找到字节的起始位）； 以及对误码率有足够的容忍能力和降低设计复杂度。 8B/10B编码方案是把8bit数据分成2个子分组: 3个最高有效位(y)和5个最低有效位( x)。 代码字按顺序排列，从最高有效位到最低有效位分别记为H、 G、 F和E、 D、 C、 B、 A。 3bit的子分组编码成4 bit，记为j、 h、 g、 f; 5 bit的子分组编码成6bit，记为i、 e、 d、 c、 b、a，其映射关系如下图所示，4bit和6bit的子分组再组合成10bit的编码值。
编码时，低5bit原数据 EDCBA经过5B/6B编码成为6bit码abcdei，高3bit原数据HGF经3B/4B成为4bit码fghj，最后再将两部分组合起来形成一个10bit码abcdeifghj。10B码在发送时，按照先发送低位在发送高位的顺序发送。
将8bit数据分成3bit和5bit两组，分别对应10bit中的4bit和6bit，直流平衡代码的不平衡度就是通过“0” 的个数减去“1” 的个数来计算得到的。 如果4bit和6bit的各分组中“0”和“1” 的个数相等，称为完美平衡代码，或称为完美的直流平衡代码，无需补偿，但是这种情况是不可能的。 因为在4bit的子分组中，16种编码中只有6 种是完美平衡的，这对于3bit的8种编码值是不够的。 同时，在6bit的子分组中也只有20种编码是完美平衡的，对于5bit的32种编码值也是不够的。 由于4 bit和6bit的两个子分组都是偶数个位数，而不平衡度不可能是“+1” 或“-1”，因此，在8B/10B编码方案中还要使用不平衡度为“+2” 和“-2” 的值。 在编码过程中，用一个极性偏差( running disparity，RD)参数表示不平衡度，在不平衡时用2个10 bit字符表示一个8位字符，其中一个称为RD- ，表示“1” 的个数比“0” 的个数多2个，另一个称为RD+ ，表示“0” 的个数比“1” 的个数多2个。这种不平衡差值为2的数需要采用2个10bit 表示1个8bit,主要用于K码的控制字符。
8B/10B编码中将K28.1、K28.5和K28.7作为K码的控制字符，称为“comma”。在任意数据组合中，comma只作为控制字符出现，而在数据负荷部分不会出现，因此可以用comma字符指示帧的开始和结束标志，或始终修正和数据流对齐的控制字符。 5B/6B编码和3B/4B编码的映射有标准化的表格，可以通过基于查找表的方式实现。使用 “不一致性（Disparity）”来描述编码中\的位数和\的位数的差值，它仅允许有\ \比\多两个)、\（ \与\个数相等）以及\（\比\多两个）这三种状况。 由于数据流不停地从发送端向接收端传输，前面所有已发送数据的不一致性累积产生的状态被称为“运行不一致性（Runing Disparity，RD）”。RD仅会出现+1与-1两种状态，分别代表位\比位\多或位\比位\多，其初始值是-1。Next RD值依赖于Current RD以及当前6B码或者4B码的Disparity。根据Current RD的值，决定5B/4B和 3B/4B编码映射方式，如下图所示。
这样，经过8B/10B编码以后，连续的“1”和“0”基本上不会超过5bit，只有在使用comma时，才会出现连续的5个0或1。接收端的数据解码过程如下图所示：
1.3 gtx IP核设置
好了，现在开始我们的课程实验的具体内容部分，完成利用光纤实现视频图像的传输方案。 打开vivado在IP中搜索7 series FPGAs，找到7 Series FPGAs Transceivers Wizard如图所示：
双击打开gtx ip核，按如下步骤设置： 1：第一页设置：默认即可
2：第二页设置：红色箭头所指，首先设置Protocol为aurora 8b10b single lane 4 byte ,也就是对外接口为32位；设置Line Rate为5G，参考时钟为125，这个是来源于板子的差分晶振，左下角黄色的地方就是我们用到的高速收发器。以下内容对于不同的开发板设置不一样，由于MK7325开发板上只有2个SFP接口，分别定义到了GTX_X0Y12和GTX_X0Y13,因此对于使用1个光模块的配置，选择GTX_X0Y12，对于使用2个光模块的配置为选择GTX_X0Y12，GTX_X0Y13。
FPGA光通信视频传输PCIE采集方案
