改变芯片和系统通信

智能手机、可穿戴设备、物联网 (IoT) 设备和其他移动连接产品正变得越来越先进和复杂。设计人员和开发人员发现自己使用越来越多的外围设备，这些外围设备散布在印刷电路板 (PCB) 或其他系统周围。系统更密集地包含传感器和其他组件，应用处理器和/或传感器集线器需要更多的接口来控制和传输数据。

2020 年 1 月 15 日公布的 MIPI I3C v1.1 接口规范以比以前更高的速度将所有这些外设链接回应用处理器，并具有更高的系统可控性、可管理性和完整性（图 1）。额外总线通道（单、双或四）的可扩展使用允许 I3C v1.1 达到接近 100 Mbps 的有效数据速率，而无需额外的实施复杂性、成本或开发周期。一系列战略性选择的新功能改进了整体系统的可靠性和弹性。

图 1. MIPI I3C 系统图（MIPI 联盟）

I3C v1.1 非常适合当今寻求低成本、现成的标准化实用总线解决方案的系统级实施者，该解决方案具有较小的硅和 PCB 占用空间以及定义明确且随时可用的外围设备、传感器和应用生态系统。此外，它是面向设计师和开发人员的前瞻性解决方案。 MIPI I3C 旨在无缝适应未来物联网设备、智能手机、可穿戴设备和其他移动连接产品所面临的下一代挑战。

不断变化的集成需求

要了解 I3C v1.1 中的新功能的强大和完美时机，请务必查看定义它们的开发环境。

大约 40 年前，我 ² C 改变了芯片通信。自 1982 年“集成电路间”串行计算机总线发明以来，世界上几乎所有的芯片制造商都采用了 I ² C 用于短距离通信。多年来，它作为一种事实上的接口出现，用于将低速外围设备连接到电子系统中的处理器。

然而，在当今系统日益多样化的时代，令人尊敬的 I ² 的局限性 C 很明显。它仍然是一种功能性资源——但在更复杂的产品配置中以及随着对速度的需求的发展，它并不是一个完全值得信赖的资源。设计人员和开发人员越来越担心通过 I ² 可以实现的实际性能 C. 他们可能针对操作 I ² 例如，C 在 1 MHz，但在复杂系统中实现时，实际可以达到的速度可能会回落到 400 KHz。

2017 年带来了另一个转变。引入 MIPI I3C 是为了改进 I²C 的特性、性能和功耗，同时保持对大多数设备的向后兼容性。创建物联网设备、智能手机、可穿戴设备和其他移动连接产品的行业通过 MIPI I3C 工作组聚集在一起，创建了一个规范，该规范将进一步简化越来越多的传感器和其他外围设备在小型、空间受限的外形尺寸中的集成。目标是解决许多开发人员在使用 I ² 时遇到的关键痛点 C 和其他传统接口，例如串行外设接口 (SPI)（图 2）。

图 2. MIPI I3C 与 I2C FM+ 数据块比特率的 Mbps（12.5 Mhz 时钟）（MIPI 联盟）

MIPI I3C 1.0 版为新协议建立了关键基线，该规范成功地成为加速计、执行器、触觉反馈、红外或紫外传感、近场通信、飞行时间相机、触摸等应用的依赖屏幕、换能器和超声波传感器。新推出的 v1.1 是第一个建立在 MIPI I3C 基础上的更新。

解锁新的应用空间

主机和设备之间的数据传输现在可以在 I3C v1.1（图 3）的所有模式下跨多个通道进行，包括新的批量传输模式 HDR-BT。例如，从两根线延长到三根线，传输速度加倍，从而减少主机“唤醒”和等待处理来自设备的数据的时间，从而降低系统功耗。并且可以在实施者认为合适的情况下实现显着的速率提高，而无需实施更多通用输入/输出 (GPIO)、更高级的协议或更快的计时。这使得设计人员和开发人员可以简单且经济高效地实现他们需要的减速带，并做出他们选择的权衡，用于“永远在线”成像等高级新兴应用。

图 3. MIPI I3C 多通道有效比特率，以 Mbps 为单位（MIPI 联盟）

此外，v1.1 提供了多种关键的新特性——全面的流控制、增强的错误检测/恢复、分组寻址、外部端传输、从设备复位和改进的通用命令代码 (CCC) 功能，其中包括。 MIPI I3C v1.1 在标准互补金属氧化物半导体 (CMOS) I/O 上实施并利用简单的时钟和数据接口，使主机处理器能够评估周围不同外设中发生的情况PCB 或系统。例如，增强系统对热量、性能、完整性、安全性和其他属性的理解和责任，使主机控制器能够更好地了解它正在编排的整个系统的真实世界中正在发生的事情，这些是MIPI I3C 设计用于总线连接的各种任务和设备。传统接口是针对特定属性（可能是数据速率、低引脚数和/或内置总线管理）选择的，然后通过通用的更高级别协议链接在一起，而 MIPI I3C 旨在提供所有这些优势。通过这种方式，系统可以向一个新的公共总线迁移，而不是一个碎片化的集合。

此外，v1.1 中推出的新功能的广泛适用性和吸引力共同作用，使 I3C 能够以全新的方式使用。我们可能会在系统级封装 (SiP) 内或不同的大型系统之间看到 I3C 通信，以推动使用案例，例如 DIMM5 (SDRAM) 内存边带通道、成像设备控制、服务器系统管理、调试应用程序通信、触摸屏命令和通信，以及传感器设备命令、控制和数据传输。

此外，v1.1 中的功能使 MIPI I3C 更有可能在产品的关键路径中受到开发人员和设计人员的信任，并将接口定位以跟上具有更多传感器和其他外围设备的新兴设备的带宽需求，例如360 度摄像头、智能工业设备、机器人和无人机。在物联网边缘设备中，I3C 可以帮助减少所需的接口引脚数量，以实现更小、更低成本的 MCU 封装设计。凭借其更高、更高效的数据传输，I3C 还可以降低功耗，鉴于许多物联网设备都是电池供电和/或净零能耗，这一点很有价值。

因为 MIPI I3C 工作组在 v1.1 中启用的许多进步——例如标准化的从复位功能和改进的错误处理和流量控制——都与缺点和额外的工作有关，通常必须完成这些工作才能获得我 ² C 和 SPI 功能，开发社区现在已准备好大规模迁移到 I3C。新版本从几十年前的旧界面提供了强大、适应性强且灵活的升级路径。

已经在工作，预计明天的需求

借助 MIPI I3C，移动和其他多个市场（包括汽车、PC 客户端、数据中心、无人机、工业和物联网）的开发人员和设计人员可以利用一个支持良好、充满活力且不断发展的生态系统，该生态系统基于并致力于互操作性。行业联络机构正在形成，以进一步提高系统的可管理性和安全性。例如，JEDEC 固态技术协会与 MIPI 合作开发了新的 1.0v JEDEC Module SidebandBus，这是 MIPI I3C Basic 总线的超集。

MIPI I3C 生态系统是启动下一个芯片和系统通信创新周期的基础。鼓励公司参与 MIPI 联盟的互操作性研讨会和规范制定活动。

那么，I3C 的下一步是什么？

MIPI I3C 工作组正在努力确保规范的功能集和范围保持相关性。关于增强功能的讨论已经在进行中——更长的覆盖范围、各种改进、汽车要求、速度提高、新的多通道使用、标准化的连接器和其他功能改进——下一版 MIPI I3C 可能需要这些功能。