物理层（Phy）是将MAC层并行数据串行化的物理载体，为了在媒介上能有效的传输，需要在串行数据发送前进行编码处理，通常称为信道编码。同时为了能有效控制媒体传输，在信号处理方面同样要做相关处理，如采用差分传输，阻抗匹配，回声消除，多阶调制的信号处理方面的内容。同时IEEE802.3对传输线的使用，传输接口的使用也做了规定。根据以上特点，因此物理层一般又分为3个子层，分别为物理编码子层（PCS，Physical Coding Sublayer），物理媒介附着层（PMA，Physical Medium Attachment），物理媒介依赖层（PMD，Physical Medium Dependent）。本文着重介绍PCS子层。
PCS（Physical Coding Sublayer）子层
该层也属于信道编码层，主要用于改善通信信道质量，降低通信误码率，减少电磁干扰或用于差错控制等。该层编码众多，如4b/5b编码，8b/10b，64b/66b，64b/67b，128b/132b，NRZ（Non-Return-to-Zero），曼彻斯特编码等。这里将对经常使用的几种进行分析。
4b/5b编码：
- 4b/5b编码：主要用在100BASE-TX的传输中，后面跟着MLT-3（Multi-Level Transmit with 3 voltage levels）编码。这些功能都在100兆PHY芯片中实现。
- 4b/5b数据：从25个编码（5 bits数据）中 挑选出来16个编码（5 bits数据）映射到16个原数据（4 bits数据）上。优点：
（1）避免了长0，长1，有利于时钟恢复。
（2）统计上可以实现直流平衡
- 4b/5b控制：剩余9个5bits编码用于控制
（1）J、K、L作为启动信号
（2）I作为空闲信号
（3）T为结束信号
（4）R，S作为复位，置位信号
（5）Q 只是线路为静默期，即线路中的数据都为0，一般发生在通信双方没有物理连接，或断线的情况下
（6）H表示停止信号
表1 4b/5b编码表
8b/10b编码 :
参考文章 8b/10b编码基础知识详解。
8b/10b 编码是当前用的最为广泛的编码方式，主要是解决直流平衡和时钟恢复。是一种优良的线性编码，有效解决了复杂度，直流平衡，时钟恢复与传输效率的平衡。
10bits数据总共1024种组合，从中挑选出512种作为数据编码使用。在数据传输的编码中，将256个8bits数据映射到512种的组合中.
8b/10b编码分割为两个部分，第一部分为5B/6B编码，第二部分为3B/4B编码，总体为8B到10b编码（发送部分），或10B/8B解码（接收部分）。目前在1G光纤以太网中应用。在其它非标通信中应用及其广泛。
5b/6b 编码，将8bits数据分成两个部分5b+3b. 5b为EDCBA为低5位。其中A为最低位。变换成abcdei.
RD为+1或-1决定数据的选择。-1选择左边一栏，+1选择右边一栏。
同时会有K值的选择。有关RD和K值后续的内容会讲解。
表2 5b/6b编码
- 3b/4b编码
3b/4b 编码，将8bits数据第二个部分3b. 3b为HGF为高3位。其中H为低位，变换成fghj。
数据·的编码范围为D.x.0-D.x.7, 其中x为5b/6b中的编码，RD为+1或-1决定数据的选择。-1选择左边一栏，+1选择右边一栏。
同时会有K值的选择。有关RD和K值后续的内容会讲解.5b/6b与3b/4b拼接组成8b/10b
表3 3b/4b编码
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8b/10b K值编码
K值的编码与数据编码非常类似，K值总共12个作为数据传输过程中控制信息使用。1024个编码中的各种有用的组合少于512，其余的冗余编码在数据发送编码中不会使用。在接收中如果出现非编码表中的内容，则会只是通信过程中出现误码。RD为+1或-1决定数据的选择。-1选择左边一栏，+1选择右边一栏。
在实际使用中K.28.5,K.28.1,K.28.7定义为逗号序列，作为帧的分界，K.28.5多用于帧起始，k.28.1多用于帧结束。k.28.7用的相对较少。复杂协议中往往还配合具体的数值一起组成帧起始和结束。
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RD 非一致性运行
运行非一致性（Run disparity）， 是用来消除在通信线路中0，1的不平衡性。观察8b/10b的编码我们会发现，尽管采用了10bits的编码，依然无法满足在一个字节的发送中保持0，1的个数相等。
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- RD编码运行原理与步骤。
- 维持一个变量RD，RD的初始值可以设为+1或-1
- 运行后，RD如果为-1，则选择表中RD为-1对应的值（D或K），同时RD的值+2，结果RD=+1
- 如果上次运行后RD=+1,选择表中RD为+1对应的值，RD=RD-2, 结果RD=-1
- 如果选择的10b中的数据0，1个数相等，则维持原RD的值不变
- 在持续的数据传输中能维持直流动态平衡。
- RD编码运行原理与步骤。
- 8b/10b编码例解
输入 Bits: HGFEDCBA
数据分割: HGF EDCBA
换位: EDCBA HGF
Data = 0011_1111
= 001 11111
= 11111 001
= 31 1
E 8B = D31.1
RD=-1 10b abcdei fghj=101011 1001 新RD=+1
RD=+1 10b abcdei fghj=010100 1001 新RD=-1
在下面的章节中提供了8b/10b的编码逻辑实现，以便于讲解，解码部分源代码没有在文章中提供但是在单独的文件中提供。 也可以用查找表的方式实现。
查找表的方式非常简单，维护一个5b/6b和3b/4b表就可以，但RD需要程序进行计算。
练习题：利用FPGA ROM和COE文件设计8b/10b 与10b/8b编解码。用状态机实现ROM的读取及RD运算。
曼彻斯特编码：
曼彻斯特（Manchester）编码由于有优良的时钟恢复特性，因此早期被广泛应用在各种通信系统中，著名的10M以太网就采用曼彻斯特编码。虽然10M以太网已经退出历史舞台，但工业应用中仍被广泛使用，如机车控制系统中，MVBC系统就是采用曼彻斯特编码。更多关于曼彻斯特编码的内容参考文章曼彻斯特编码介绍 。
图1 曼彻斯特编码波形图
图2 曼彻斯特编码数据与时钟的关系
