当今数字时代发展迅速,数据的重要性也越来越得到关注,要想实现数据价值,传输过程极其重要,面对海量数据提出的高速稳定传输需求,高速串口技术以其良好的特性应运而生。然而发展至今,各种核心技术基本都掌握在国外手中,国内普遍采用直接购买相关IP核、芯片来搭建系统网络的做法,对国外形成过度依赖,尤其如军事等领域,技术积累不足将会严重威胁我们自身的安全和发展。本课题立项于高速串口技术,力求设计一款支持多协议的高速串口芯片,对于推动该领域国内自主研发产品的发展具有非常重要的战略意义。本文主要集中于FC协议和10G以太网协议,分别参考FC-AE-ASM标准和10Gbase-R标准,研究其数字部分PCS物理编码子层的设计和实现,其中需要解决的难点有:数据高速传输过程中稳定性问题、多种类型编解码问题、高速数据加解扰问题、数据位宽转换及同步问题、FPGA的完备验证问题等。针对以上难点,本文做了以下研究。首先,设计了一种基于传统FIFO改进的弹性缓冲器,利用协议提供的IDLE字符,合适地插入或者删除IDLE字符调节缓冲器两端的读写速率实现频率补偿,完成了数据稳定的跨时钟域操作,解决了数据高速传输的稳定性问题。其次,对于协议8B/10B和64B/66B不同的编解码需求,8B/10B采用分步操作法,按5B/6B和3B/4B两步完成,64B/66B采用查找表法,分数据码和控制码来完成,解决了不同类型编解码的问题。再者,在串行加解扰的原理上进行改进,使用并行加解扰方法进行等效,解决了高速数据的加解扰问题,保证了数据率。然后,采用最小公倍数法则,利用分数分频法解决了80B/32B和66B/32B的位宽转换问题,并检测数据状态将同步头对齐到边界,解决了数据同步的问题。最后,采用了FPGA提供的IP核GTY,搭建PMA层和PCS层的环路验证平台,并提出了一套完备的时钟方案,克服了FPGA验证中的众多工程性问题,模拟出PMA层,对PCS层进行了完备的验证。