I3C接口通信基礎

　　I3C 是一種用于嵌入式系統(tǒng)的新型串行通信協(xié)議，可提供比 I 2 C高得多的數(shù)據(jù)吞吐量和更多功能。借助 I3C，工程師和設計人員可以提高其設計的性能，同時還可以添加熱連接等新功能，在帶中斷 （IBI） 和高數(shù)據(jù)速率 （HDR） 模式。此外，I3C 向后兼容并且可以與傳統(tǒng) I 2 C 目標進行通信。表 1總結(jié)了 I3C 和 I 2 C之間的差異。

　　表 1上述數(shù)據(jù)展示了 I3C 如何提供比 I 2 C 高得多的數(shù)據(jù)吞吐量和更的功能。資料

　　筆記：

　　標稱值。不允許使用其他值。

　　時鐘延展可由活動控制器（而非目標）執(zhí)行，但對時序和總線狀態(tài)有限制。

　　基本 I3C 通信不需要 HDR。即使連接了不支持的設備，I3C 總線也支持 HDR 通信。有關(guān)詳細信息，請參閱高數(shù)據(jù)速率 （HDR） 模式。

　　總線速度

　　I 2 C 和 I3C之間顯著的變化是時鐘速度。I 2 C 通常為 100 kHz、400 kHz 或 1 MHz，而 I3C 可以達到高達 12.5 MHz 的速度。這種增長的主要因素之一是在 I3C 中使用推挽輸出。I3C 根據(jù)總線狀態(tài)在漏極開路和推挽驅(qū)動器之間切換。開漏在初始尋址或仲裁期間使用，其中多個目標可能同時控制線路。相比之下，當通信是單向的時使用推拉，并且沒有其他設備同時通信的機會。

　　電氣特性

　　與 I 2 C 不同，I3C 不需要外部上拉電阻，因為總線上的主控制器提供這些功能。I 2 C 具有很寬的工作范圍，常見的是 3.3 V 和 5 V。I3C 具有三個標稱電平：1.2 V、1.8 V 和 3.3 V。但是，允許使用其他工作范圍。

　　設備尋址

　　I 2 C 支持目標設備的 7 位和 10 位尋址。使用 I3C，僅支持 7 位尋址。但是，I3C 使用動態(tài)尋址，主動控制器為每個目標分配一個地址以防止地址沖突。這與 I 2 C 形成對比，在 I 2 C 中，開發(fā)人員必須跟蹤當前使用的地址以防止兩個設備共享同一地址。目標的動態(tài)尋址發(fā)生在總線初始化期間。

　　帶內(nèi)中斷和熱連接

　　在 I 2 C 中，沒有一種機制可以讓目標在不使用額外 I/O 線的情況下向控制器指示數(shù)據(jù)已準備就緒。但在 I3C 中，目標設備可以使用串行數(shù)據(jù) （SDA） 和串行時鐘 （SCL） 線發(fā)出中斷信號，從而使其成為真正的雙線協(xié)議。同樣，這種帶內(nèi)信令也用于在 I3C 中實現(xiàn)熱加入功能，因此設備可以在初始地址分配后加入。帶內(nèi)中斷 （IBI） 和地址仲裁部分將對此進行更詳細的討論。

　　主動和輔助控制器

　　I 2 C 支持多控制器總線，其中多個設備作為控制器運行，但只有一個主動通信。但是，在 I3C 中，只有一個設備可以成為主動控制器；其他有能力的設備可能會請求成為總線上的活動控制器。這種設備稱為輔助控制器。當輔助控制器不充當主動控制器時，它充當 I3C 目標。

　　我2 C 支持

　　I3C 支持與 I 2 C 目標設備的通信。為了能夠進行通信，I 2 C 目標必須：

　　有一個7位地址

　　不延長時鐘

　　還強烈建議 I 2 C 目標在其輸入端包含 50-ns 濾波器。如果滿足這些要求，則 I 2 C 目標與 I3C 總線兼容。此外，一些 I3C 設備可以作為 I 2 C 目標運行，直到分配了一個動態(tài)地址。在 I 2 C 模式下，I3C 設備有一個用于通信的靜態(tài)地址。該靜態(tài)地址不一定與動態(tài)地址相同，但如果需要，可以分配相同的地址。I3C 總線的示例如下所示。

　　圖 1該圖突出顯示了 I3C 總線。資料

　　I3C通信基礎

　　在 I3C 總線上開始任何通信之前，必須配置總線，并且必須將動態(tài)地址分配給目標。

　　然后，像 I 2 C 一樣開始通信。生成 START 條件，然后發(fā)送 7 位動態(tài)地址，R/nW 位后跟來自目標的 ACK 或 NACK。接下來，I3C 和 I 2 C一樣使用 9 位串行傳輸，但是第 9位的功能位已從 ACK/NACK 更改為轉(zhuǎn)換位或 T 位。T位有兩個功能；當控制器寫入目標時，T 位是發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)的奇校驗位。當控制器從目標讀取時，T 位用作數(shù)據(jù)結(jié)束標志。此標志可以由控制器斷言，以表示它已完成讀取數(shù)據(jù)，或由目標來斷言，以表示它沒有更多數(shù)據(jù)可返回。為完成數(shù)據(jù)傳輸，控制器在總線上生成停止或重啟條件。請注意，如果使用 RESTART，則報頭將以推挽方式傳輸，因為沒有仲裁。

　　圖 2顯示了 I3C 中數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮喕瘓D，其中包含 1 個數(shù)據(jù)字節(jié)。資料

　　I3C 的一個重要變化是沒有時鐘延展。I 2 C 使用時鐘延展給目標設備更多的時間來處理返回數(shù)據(jù)之前。使用 I3C，時鐘僅由活動控制器驅(qū)動——在單數(shù)據(jù)速率 （SDR） 模式下。因此，時鐘延展只能由控制器在有限的情況下執(zhí)行。

　　然而，目標設備可以在總線初始化過程中指示速度限制，以指示工作頻率、讀寫周轉(zhuǎn)時間和其他時序參數(shù)。

　　通用命令代碼 （CCC）

　　通用命令代碼 （CCC） 是 I3C 中的一個新概念。主動控制器使用 CCC 來初始化和/或配置 I3C 總線。CCC 可以廣播給每個目標，也可以私下針對特定目標。要發(fā)送 CCC，首先發(fā)送地址 7‘h7E/W。所有 I3C 設備都必須確認并偵聽此地址。I 2 C 設備無法匹配此地址，因為根據(jù) I 2 C 規(guī)范保留 7’h7E 。接下來，發(fā)送 CCC 代碼。對于將數(shù)據(jù)寫入目標的 CCC，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)直到完成。對于讀取值的 CCC，發(fā)送任何參數(shù)（根據(jù)需要），重新啟動總線，然后開始讀取數(shù)據(jù)。

　　有太多的 CCC 需要討論，但這里有一些重要的選擇：

　　輸入動態(tài)地址分配 （ENTDAA）

　　Enter Dynamic Address Assignment 通知所有目標，活動控制器正在分配動態(tài)地址。如果一個目標已經(jīng)被分配了一個地址，它將 NACK 這個命令。

　　設置新的動態(tài)地址分配 （SETNEWDA）

　　Set New Dynamic Address Assignment 用于更改設備的動態(tài)地址。

　　啟用事件 （ENEC）/禁用事件 （DISEC）

　　啟用或禁用事件命令指示總線上當前是否允許熱加入或帶內(nèi)中斷等事件。

　　重置動態(tài)地址分配 （RSTDAA）

　　Reset Dynamic Address 清除當前分配的地址但不重新分配地址。在 I3C 規(guī)范的 v1.1 中，重置動態(tài)地址分配的直接形式已被棄用。

　　設置讀取長度 （SETMRL）/獲取讀取長度 （GETMRL）

　　設置或獲取讀取長度指定可以讀取的字節(jié)數(shù)。

　　設置寫入長度 （SETMWL）/獲取寫入長度 （GETMWL）

　　設置或獲取寫入長度設置可以讀取或?qū)懭氲淖止?jié)數(shù)。

　　獲取設備特性寄存器 （GETDCR）

　　設備特性寄存器或 DCR 是指定目標設備類型的寄存器。這方面的一個例子是代碼 0xC6，微控制器的代碼。I3C 規(guī)范定義了 DCR 值。MIPI 聯(lián)盟提供了這些代碼的列表。

　　獲取總線特性寄存器 （GETBCR）

　　總線特性寄存器或 BCR 是定義目標上存在哪些 I3C 功能的寄存器。該寄存器還用于確定目標是否需要速度限制。

　　目標休息動作 （RSTACT）

　　CCC 中的目標重置操作定義了當檢測到帶內(nèi)重置模式時目標會發(fā)生什么。為產(chǎn)生復位，SDA 保持低電平，同時 SCL 計時 14 次，然后是重啟，然后是停止。目標檢測帶內(nèi)重置模式并根據(jù)分配給它們的內(nèi)容進行操作。此 CCC 不會觸發(fā)重置，但會分配目標行為。如果未按照此命令復位，則下一個啟動條件將清除分配的操作。

　　進入高數(shù)據(jù)速率模式 （ENTHDRx）

　　，還有高數(shù)據(jù)速率，或 HDR，Entry CCC。此 CCC 表示活動控制器正在進入四種 HDR 模式（0、1、2 或 3）之一。

　　高數(shù)據(jù)速率 （HDR） 模式

　　I3C 規(guī)范目前定義了四種 HDR 模式。

　　HDR 雙倍數(shù)據(jù)速率 （HDR-DDR） ［模式 0］

　　HDR 三元符號純總線 （HDR-TSP） ［模式 1］

　　HDR 三元符號傳統(tǒng)包含總線 （HDR-TSL） ［模式 2］

　　HDR 批量傳輸 （HDR-BT） ［模式 3］

　　在 HDR 中，時鐘速率不會改變數(shù)據(jù)編碼方式的變化。I3C 基本通信不需要 HDR。不支持 HDR 的設備會忽略通信，直到它們檢測到 HDR 退出模式。

　　硬盤驅(qū)動器

　　HDR-DDR 是一種使用時鐘的兩個邊沿來傳輸數(shù)據(jù)的模式。這顯著增加了總線的數(shù)據(jù)速率（但由于協(xié)議中的額外開銷而不會加倍）。

　　HDR-TSP 和 HDR-TSL

　　在 HDR-TSP 和 HDR-TSL 中，數(shù)據(jù)以三進制傳輸，三個定義的符號從 SDA 和 SCL 線創(chuàng)建。根據(jù)規(guī)范，符號的電氣定義如下：

　　只有 SCL 變化

　　只有 SDA 變化

　　SCL 和 SDA 都改變

　　HDR-TSP 和 TDR-TSL 之間的選擇基于是否存在I 2 C 目標。HDR-TSP 只能在存在 I3C 目標時使用，而 HDR-TSL 則在存在傳統(tǒng) I 2 C 目標時使用。

　　高動態(tài)范圍藍牙

　　HDR-BT 允許同時使用多個數(shù)據(jù)通道以實現(xiàn)更高的并行性。為了兼容性，只有 SDA 線的有效位或 LSB 用于單數(shù)據(jù)速率 （SDR） 通信。HDR-BT 支持雙線和四線配置。圖 3顯示了一個示例配置。

　　圖 3該圖提供了支持 HDR-BT 的混合 I3C 總線示例。資料

　　帶內(nèi)中斷 （IBI） 和地址仲裁

　　與 I 2 C 不同，目標可以在總線空閑（或空閑）時為 IBI 生成啟動條件。如果在一定時間內(nèi)沒有交易發(fā)生，就會發(fā)生這種情況。當活動控制器檢測到來自目標的啟動條件時，它提供時鐘信號以完成事務。如果兩個目標試圖同時通信，尋址仲裁就會發(fā)生。

　　仲裁是確定允許哪個設備與控制器通信的過程。例如，假設兩個設備 A 和 B 想同時與活動控制器通信。設備 A 的地址為 7‘h10，而設備 B 的地址為 7’h14。當帶內(nèi)中斷產(chǎn)生時，兩個設備都會嘗試將它們的地址傳輸?shù)交顒涌刂破?。在這種總線狀態(tài)下，數(shù)據(jù)線是漏極開路的。在開漏通信期間，線路通過上拉電阻被動返回“1”，并可以主動斷言為“0”。這可以防止同時傳輸 1 和 0 的兩個設備發(fā)生短路。

　　圖 4 SDA 線的簡化視圖顯示了上拉電阻是如何內(nèi)置在主控制器中的。資料

　　仲裁中的獲勝地址是控制器收到的地址。跟隨圖5，首先，從每個設備地址發(fā)送兩個零。接下來，兩者都將釋放其地址中“1”的數(shù)據(jù)線。然后，另一個 0 將由雙方傳輸。此時，兩個設備都沒有贏得仲裁，因為此時接收到的地址與兩者匹配。但是，對于下一位，其中一個目標將釋放數(shù)據(jù)線以發(fā)送“1”，而另一個目標將嘗試發(fā)送“0”。

　　圖 5該示例顯示地址為 7‘h10 和 7’h14 的 I3C 仲裁。資料

　　“1”的發(fā)送器將失去仲裁，因為“1”由開漏配置被動驅(qū)動，而另一個目標主動斷言“0”。完成剩余的傳輸序列后，您可以看到控制器接收到地址 7‘h10，而不是 7’h14。因此，設備 B 仲裁失敗并停止通信。在 I3C 仲裁中，高地址設備總是輸給低地址設備。

　　I3C：一系列新功能

　　I3C 帶來了串行總線帶寬的顯著增加，以及一系列新功能。本文觸及了總線的特性和功能，但它并不是可能的特性和命令的詳盡列表。MIPI 聯(lián)盟提供了有關(guān)I3C 規(guī)范的更多詳細信息。