Преобразование микросхем и системных коммуникаций

Смартфоны, носимые устройства, устройства Интернета вещей (IoT) и другие продукты, подключенные к мобильным устройствам, становятся все более совершенными и сложными. Дизайнеры и разработчики обнаруживают, что работают с все большим и большим количеством периферийных устройств, разбросанных вокруг печатной платы (PCB) или других систем в целом. Системы более плотно упакованы датчиками и другими компонентами, а процессорам приложений и / или концентраторам датчиков требуется больше от их интерфейсов для управления и передачи данных к ним / от них.

Спецификация интерфейса MIPI I3C v1.1, анонсированная 15 января 2020 года, связывает все эти периферийные устройства с процессором приложений на более высоких скоростях, чем это было возможно ранее, и с большей управляемостью, управляемостью и целостностью системы (рисунок 1). Расширяемое использование дополнительных шин (одинарных, двойных или четырехканальных) позволяет I3C v1.1 достигать эффективной скорости передачи данных, близкой к 100 Мбит / с, без дополнительных сложностей реализации, затрат или циклов разработки. А стратегически подобранный набор новых функций обеспечивает повышение общей надежности и отказоустойчивости системы.

Рис. 1. Схема системы MIPI I3C (MIPI Alliance)

I3C v1.1 идеально подходит для сегодняшних разработчиков системного уровня, которым требуется недорогое стандартное решение для служебной шины с небольшими размерами кремния и печатной платы, а также четко определенной и легко доступной экосистемой периферийных устройств, датчиков и приложений. Кроме того, это передовое решение для дизайнеров и разработчиков. MIPI I3C был разработан, чтобы легко адаптироваться к задачам следующего поколения, которые появятся в завтрашних устройствах Интернета вещей, смартфонах, носимых устройствах и других мобильных устройствах.

Растущие потребности в интеграции

Чтобы понять, насколько мощны и точно рассчитаны новые возможности I3C v1.1, важно взглянуть на контекст разработки, в котором они были определены.

Почти 40 лет назад я ² C преобразовал микросхемы связи. С момента изобретения в 1982 году последовательной компьютерной шины «Межинтегральная схема» практически все мировые производители микросхем приняли I ² C для междугородней связи. Со временем он появился как фактический интерфейс для подключения низкоскоростных периферийных устройств к процессорам в электронных системах.

Однако в сегодняшнюю эпоху все более разнообразных систем ограничения почтенного I ² C очевидны. Он остается функциональным ресурсом, но не полностью надежным в более сложных конфигурациях продукта и по мере роста потребности в скорости. Дизайнеры и разработчики стали настороженно относиться к реальной производительности, которая может быть достигнута с помощью I ² C. Они могут нацеливаться на операционный I ² C на частоте 1 МГц, например, но при реализации в сложной системе фактическая скорость, которая может быть достигнута, может быть снижена до 400 кГц.

2017 год принес еще одну трансформацию. MIPI I3C был введен для улучшения функций, производительности и энергопотребления I²C при сохранении обратной совместимости для большинства устройств. Отрасли, создающие устройства IoT, смартфоны, носимые устройства и другие продукты, подключенные к мобильным устройствам, объединились через рабочую группу MIPI I3C, чтобы создать спецификацию, которая еще больше упростит интеграцию все большего числа датчиков и других периферийных устройств в небольших форм-факторах с ограниченным пространством. Цель состояла в том, чтобы устранить ключевые болевые точки, с которыми сталкивались многие разработчики при работе с I ² C и другие устаревшие интерфейсы, такие как последовательный периферийный интерфейс (SPI) (рисунок 2).

Рис. 2. Сравнение MIPI I3C и I2C FM + Скорость передачи данных блоков данных в Мбит / с (тактовая частота 12,5 МГц) (MIPI Alliance)

Версия 1.0 MIPI I3C установила важную основу для нового протокола, и эта спецификация успешно использовалась в таких приложениях, как акселерометры, исполнительные механизмы, тактильная обратная связь, инфракрасное или ультрафиолетовое зондирование, связь в ближнем поле, времяпролетные камеры, сенсорное управление. экраны, преобразователи и ультразвуковые датчики. Недавно представленная версия 1.1 - первое обновление, построенное на основе MIPI I3C.

Разблокировка новых областей приложений

Передача данных между хостами и устройствами теперь может происходить по нескольким каналам во всех режимах I3C v1.1 (рисунок 3), включая новый режим массовой передачи, HDR-BT. Например, удлинение от двух до трех проводов удваивает скорость транспортировки, сокращая, таким образом, время, в течение которого хост находится в «активном» состоянии и ожидает обработки данных от устройства, и, таким образом, снижает энергопотребление системы. И резкое увеличение скорости может быть достигнуто по усмотрению разработчика, без необходимости внедрения более универсальных входов / выходов (GPIO), более продвинутых протоколов или более быстрой синхронизации. Это позволяет дизайнерам и разработчикам легко и экономично достичь нужной им скорости, с выбранными ими компромиссами, для новых перспективных приложений, таких как «постоянно включенное» создание изображений.

Рис. 3. Многополосная эффективная скорость передачи данных MIPI I3C в Мбит / с (Альянс MIPI)

Вдобавок, v1.1 предоставляет ряд ключевых новых функций, среди которых комплексное управление потоком, улучшенное обнаружение / восстановление ошибок, групповая адресация, передача сторонней стороне, сброс подчиненного устройства и улучшенные возможности общего командного кода (CCC). MIPI I3C v1.1, реализованный на стандартном дополнительном вводе-выводе для металлооксидных полупроводников (CMOS) и использующий простой интерфейс синхронизации и данных, позволяет хост-процессору оценивать, что происходит в различных периферийных устройствах. печатную плату или систему. Например, улучшенное понимание системы и ответственность за тепловыделение, производительность, целостность, безопасность и другие атрибуты позволяют хост-контроллеру работать с лучшим представлением о том, что происходит в реальном мире всей системы, которую он оркестрирует, а именно:типы задач и устройств, которые MIPI I3C был разработан для совместной работы. В то время как унаследованные интерфейсы выбираются для определенных атрибутов (например, скорости передачи данных, малого количества выводов и / или встроенного управления шиной), а затем связываются вместе по общим протоколам более высокого уровня, MIPI I3C был разработан для обеспечения всех этих преимуществ. Таким образом, системы могут перейти на одну новую общую шину вместо фрагментированной коллекции.

Кроме того, широкая применимость и привлекательность новых функций, представленных в v1.1, работают вместе, позволяя использовать I3C совершенно по-новому. Мы можем видеть связь I3C внутри системы-в-пакете (SiP) или между различными крупными системами для поддержки сценариев использования, таких как канал боковой полосы памяти DIMM5 (SDRAM), управление устройством формирования изображений, управление серверной системой, отладочная связь приложений, команды на сенсорном экране и связь, а также управление сенсорными устройствами, управление и передача данных.

Кроме того, функции в версии 1.1 делают MIPI I3C более вероятным для разработчиков и дизайнеров на критическом пути разработки продуктов - и позволяют адаптировать интерфейс к требованиям полосы пропускания новых устройств с большим количеством датчиков и других периферийных устройств, таких как 360-градусные камеры, интеллектуальные промышленные устройства, роботы и дроны. В периферийных устройствах IoT I3C может помочь уменьшить количество интерфейсных выводов, необходимых для создания более компактных и недорогих корпусов MCU. Благодаря более высокой и эффективной передаче данных I3C также может снизить энергопотребление, что очень ценно, учитывая, что многие устройства IoT работают от батарей и / или имеют нулевое энергопотребление.

Потому что многие из достижений, которые рабочая группа MIPI I3C включила в v1.1, такие как стандартизованная возможность сброса ведомого устройства и улучшенная обработка ошибок и управление потоком, были связаны с недостатками и дополнительной работой, которую обычно приходилось выполнять, чтобы получить I ² C и SPI, сообщество разработчиков теперь готово к широкомасштабному переходу на I3C. Новая версия обеспечивает надежный, адаптируемый и гибкий путь обновления устаревших интерфейсов десятилетней давности.

Уже работает, предчувствуя потребности завтрашнего дня

С MIPI I3C разработчики и дизайнеры на мобильных и многих других рынках, включая автомобильную промышленность, клиенты ПК, центры обработки данных, дроны, промышленность и Интернет вещей, могут воспользоваться преимуществами хорошо поддерживаемой, динамичной и растущей экосистемы, которая основана на совместимость. Формируются связи с отраслью для повышения управляемости и безопасности системы. Например, ассоциация JEDEC Solid State Technology Association совместно с MIPI разработала новый модуль SidebandBus 1.0v JEDEC Module SidebandBus, надмножество шины MIPI I3C Basic.

Эта экосистема MIPI I3C является фундаментом, на котором будет приведен в движение следующий цикл инноваций в области обмена данными между микросхемами и системами. Компаниям рекомендуется участвовать в семинарах по совместимости и разработке спецификаций MIPI Alliance.

Итак, что дальше с I3C?

Рабочая группа MIPI I3C стремится к тому, чтобы набор функций и объем спецификации оставались актуальными. Уже ведутся дискуссии о расширенных возможностях - увеличенном радиусе действия, различных улучшениях, требованиях к автомобилестроении, увеличении скорости, новом многополосном использовании, стандартизованных разъемах и других улучшениях функций - которые могут потребоваться в следующей версии MIPI I3C.