USB的NRZI編碼

1.網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)比較詳細(xì)的解釋
首先，USB 的數(shù)據(jù)是串行發(fā)送的，就像 UART、I2C、SPI 等等，連續(xù)的01 信號(hào)只通過一根數(shù)據(jù)線發(fā)給接受者。
但是因?yàn)榘l(fā)送者和接收者運(yùn)行的頻率不一樣，信號(hào)的同步就是個(gè)問題，比如，接受者接收到了一個(gè)持續(xù)
一段時(shí)間的低電平，無法得知這究竟是代表了5個(gè)0 還是1000個(gè)0。
一個(gè)解決辦法，就是在傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)，附加一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，用來同步兩端的傳輸，接受者在時(shí)鐘
信號(hào)的輔助下對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)采樣，就可以正確解析出發(fā)送的數(shù)據(jù)了，比如 I2C 就是這樣做的，SDA 來傳
輸數(shù)據(jù)，SCL 來傳輸同步時(shí)鐘：

雖然這樣解決了問題，但是卻需要附加一根時(shí)鐘信號(hào)線來傳輸時(shí)鐘。有沒有不需要附加的時(shí)鐘信號(hào)，也
能保持兩端的同步呢？
有的，這就是 RZ 編碼（Return-to-zero Code），也叫做歸零編碼。
在 RZ 編碼中，正電平代表邏輯 1，負(fù)電平代表邏輯 0，并且，每傳輸完一位數(shù)據(jù)，信號(hào)返回到零電
平，也就是說，信號(hào)線上會(huì)出現(xiàn) 3 種電平：正電平、負(fù)電平、零電平：



從圖上就可以看出來，因?yàn)槊课粋鬏斨蠖家獨(dú)w零，所以接收者只要在信號(hào)歸零后采樣即可，這樣就不
在需要單獨(dú)的時(shí)鐘信號(hào)。實(shí)際上， RZ 編碼就是相當(dāng)于把時(shí)鐘信號(hào)用歸零編碼在了數(shù)據(jù)之內(nèi)。這樣的信
號(hào)也叫做自同步（self-clocking）信號(hào)。
這樣雖然省了時(shí)鐘數(shù)據(jù)線，但是還是有缺點(diǎn)的，因?yàn)樵?RZ 編碼中，大部分的數(shù)據(jù)帶寬，都用來傳
輸“歸零”而浪費(fèi)掉了。
那么，我們?nèi)サ暨@個(gè)歸零步驟，NRZ 編碼（Non-return-to-zero Code）就出現(xiàn)了，和 RZ 的區(qū)別就是
NRZ 是不需要?dú)w零的：


這樣，浪費(fèi)的帶寬又回來了，不過又喪失寶貴的自同步特性了，貌似我們又回到了原點(diǎn)，其實(shí)這個(gè)問題
也是可以解決的，不過待會(huì)兒再講，先看看什么是 NRZI：
NRZI 編碼（Non-Return-to-Zero Inverted Code）和 NRZ 的區(qū)別就是 NRZI 用信號(hào)的翻轉(zhuǎn)代表一個(gè)
邏輯，信號(hào)保持不變代表另外一個(gè)邏輯。
USB 傳輸?shù)木幋a就是 NRZI 格式，在 USB 中，電平翻轉(zhuǎn)代表邏輯 0，電平不變代表邏輯1：



翻轉(zhuǎn)的信號(hào)本身可以作為一種通知機(jī)制，而且可以看到，即使把 NRZI 的波形完全翻轉(zhuǎn)，所代表的數(shù)據(jù)
序列還是一樣的，對(duì)于像 USB 這種通過差分線來傳輸?shù)男盘?hào)尤其方便~
現(xiàn)在再回到那個(gè)同步問題：
的確，NRZ 和 NRZI 都沒有自同步特性，但是可以用一些特殊的技巧解決。
比如，先發(fā)送一個(gè)同步頭，內(nèi)容是 0101010 的方波，讓接受者通過這個(gè)同步頭計(jì)算出發(fā)送者的頻率，
然后再用這個(gè)頻率來采樣之后的數(shù)據(jù)信號(hào)，就可以了。
在 USB 中，每個(gè) USB 數(shù)據(jù)包，最開始都有個(gè)同步域（SYNC），這個(gè)域固定為 0000 0001，這個(gè)域通
過 NRZI 編碼之后，就是一串方波（復(fù)習(xí)下前面：NRZI 遇 0 翻轉(zhuǎn)遇 1
此外，因?yàn)樵?USB 的 NRZI 編碼下，邏輯 0 會(huì)造成電平翻轉(zhuǎn)，所以接收者在接收數(shù)據(jù)的同時(shí)，根據(jù)接
收到的翻轉(zhuǎn)信號(hào)不斷調(diào)整同步頻率，保證數(shù)據(jù)傳輸正確。
但是，這樣還是會(huì)有一個(gè)問題，就是雖然接收者可以主動(dòng)和發(fā)送者的頻率匹配，但是兩者之間總會(huì)有誤差。
假如數(shù)據(jù)信號(hào)是 1000個(gè)邏輯1，經(jīng)過 USB 的 NRZI 編碼之后，就是很長一段沒有變化的電平，在這種
情況下，即使接受者的頻率和發(fā)送者相差千分之一，就會(huì)造成把數(shù)據(jù)采樣成 1001個(gè)或者 999個(gè)了。
USB對(duì)這個(gè)問題的解決辦法，就是強(qiáng)制插0，也就是傳說中的bit-stuffing，如果要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中有7個(gè)
連續(xù)的1，發(fā)送前就會(huì)在第6個(gè)1后面強(qiáng)制插入一個(gè)0，讓發(fā)送的信號(hào)強(qiáng)制出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，從而強(qiáng)制接受者進(jìn)
行頻率調(diào)整。接受者只要?jiǎng)h除6個(gè)連續(xù) 1 之后的0，就可以恢復(fù)原始的數(shù)據(jù)了。


2,來至ST的另外一個(gè)解釋