chip- en systeemcommunicatie transformeren

Smartphones, wearables, Internet of Things (IoT)-apparaten en andere mobiel verbonden producten worden steeds geavanceerder en gecompliceerder. Ontwerpers en ontwikkelaars werken met steeds meer randapparatuur verspreid over een printplaat (PCB) of andere systemen. Systemen zijn dichter opeengepakt met sensoren en andere componenten, en applicatieprocessors en/of sensorhubs hebben meer van hun interfaces nodig om gegevens te controleren en van/naar hen te verzenden.

De MIPI I3C v1.1 interfacespecificatie, aangekondigd op 15 januari 2020, koppelt al deze randapparatuur terug aan een applicatieprocessor met hogere snelheden dan voorheen mogelijk was en met een grotere systeembeheersbaarheid, beheersbaarheid en integriteit (Figuur 1). Uitbreidbaar gebruik van extra busbanen (single, dual of quad) stelt I3C v1.1 in staat om een ​​effectieve datasnelheid van bijna 100 Mbps te bereiken zonder extra implementatiecomplexiteit, kosten of ontwikkelingscycli. En een strategisch gekozen reeks nieuwe functies zorgt voor verbeteringen in de algehele systeembetrouwbaarheid en veerkracht.

Figuur 1. MIPI I3C-systeemdiagram (MIPI Alliance)

I3C v1.1 is ideaal voor de huidige implementeerders op systeemniveau die op zoek zijn naar een goedkope, kant-en-klare gestandaardiseerde busoplossing voor nutsvoorzieningen met kleine silicium- en PCB-voetafdrukken en een goed gedefinieerd en direct beschikbaar ecosysteem van randapparatuur, sensoren en applicaties. Bovendien is het een vooruitstrevende oplossing voor ontwerpers en ontwikkelaars. MIPI I3C is ontworpen om naadloos aan te passen aan de uitdagingen van de volgende generatie die de IoT-apparaten, smartphones, wearables en andere mobiel verbonden producten van morgen bieden.

Evoluerende integratiebehoeften

Om te begrijpen hoe krachtig en perfect getimed de nieuwe mogelijkheden in I3C v1.1 zijn, is het belangrijk om te kijken naar de ontwikkelingscontext waarin ze zijn gedefinieerd.

Bijna 40 jaar geleden, I ² C getransformeerde chipcommunicatie. Sinds de uitvinding van de seriële computerbus "Inter-Integrated Circuit" in 1982, hebben vrijwel alle chipfabrikanten ter wereld I ² geadopteerd. C voor communicatie op korte afstand. Het is in de loop der jaren ontstaan ​​als een feitelijke interface om low-speed randapparatuur aan te sluiten op processors in elektronische systemen.

In het huidige tijdperk van steeds diverser wordende systemen zijn de beperkingen van de eerbiedwaardige I ² C zijn duidelijk. Het blijft een functionele hulpbron, maar niet volledig vertrouwd in complexere productconfiguraties en naarmate de behoefte aan snelheid is geëvolueerd. Ontwerpers en ontwikkelaars zijn op hun hoede geworden voor de daadwerkelijke prestaties die kunnen worden bereikt via I ² C. Ze kunnen zich richten op operationele I ² C op 1 MHz bijvoorbeeld, maar wanneer geïmplementeerd in een complex systeem, kan de werkelijke snelheid die kan worden bereikt terugvallen tot 400 KHz.

2017 bracht weer een transformatie met zich mee. MIPI I3C is geïntroduceerd om de functies, prestaties en stroomverbruik van I²C te verbeteren, terwijl de achterwaartse compatibiliteit voor de meeste apparaten behouden blijft. De industrieën die IoT-apparaten, smartphones, wearables en andere mobiel verbonden producten maken, kwamen samen via de MIPI I3C-werkgroep om een ​​specificatie te creëren die de integratie van steeds meer sensoren en andere randapparatuur in kleine, beperkte vormfactoren verder zou vereenvoudigen. Het doel was om de belangrijkste pijnpunten aan te pakken waarmee veel ontwikkelaars te maken hadden bij het werken met I ² C en andere verouderde interfaces zoals de seriële randapparatuurinterface (SPI) (Afbeelding 2). 

Figuur 2. MIPI I3C vs. I2C FM+ datablokken bitsnelheden in Mbps (12,5 MHz klok) (MIPI Alliance)

Versie 1.0 van MIPI I3C vormde een cruciale basis voor het nieuwe protocol, en er werd met succes vertrouwd op de specificatie in toepassingen zoals versnellingsmeters, actuatoren, haptische feedback, infrarood- of ultravioletdetectie, near-field-communicatie, time-of-flight-camera's, aanraking schermen, transducers en ultrasone sensoren. De nieuw geïntroduceerde v1.1 is de eerste update die voortbouwt op de MIPI I3C-basis.

Nieuwe applicatieruimten ontgrendelen

Gegevenstransport tussen hosts en apparaten kan nu plaatsvinden over meerdere rijstroken in alle modi van I3C v1.1 (Figuur 3), inclusief de nieuwe bulktransportmodus, HDR-BT. Door bijvoorbeeld twee naar drie draden uit te breiden, wordt de transportsnelheid verdubbeld, waardoor de host minder lang 'wakker' is en wacht om gegevens van het apparaat te verwerken, en dus het stroomverbruik van het systeem vermindert. En dramatische snelheidsverhogingen kunnen worden bereikt als de uitvoerder dat nodig acht, zonder de implementatie van meer algemene input/outputs (GPIO's), geavanceerdere protocollen of snellere timing. Dit maakt het voor ontwerpers en ontwikkelaars eenvoudig en kostenefficiënt om de verkeersdrempel te bereiken die ze nodig hebben, met de afwegingen die ze kiezen, voor geavanceerde opkomende toepassingen zoals "always-on" imaging.

Figuur 3. MIPI I3C Multi-Lane Effectieve Bitsnelheden, in Mbps (MIPI Alliance)

Daarnaast biedt v1.1 een aantal belangrijke nieuwe functies, waaronder uitgebreide stroomregeling, verbeterde foutdetectie/-herstel, gegroepeerde adressering, overdracht van buitenstaanders, slave-reset en verbeterde Common Command Code (CCC)-mogelijkheden. MIPI I3C v1.1 is geïmplementeerd op een standaard complementaire metaaloxidehalfgeleider (CMOS) I/O en maakt gebruik van een eenvoudige klok- en gegevensinterface. een printplaat of systeem. Een beter begrip van het systeem en een betere verantwoordelijkheid voor warmte, prestaties, integriteit, beveiliging en andere attributen stellen een hostcontroller bijvoorbeeld in staat te werken met een beter idee van wat er in de echte wereld van het totale systeem dat het orkestreert, en deze zijn het soort taken en apparaten waarvoor MIPI I3C is ontworpen om samen te werken. Terwijl legacy-interfaces worden gekozen voor bepaalde kenmerken (misschien datasnelheid, laag aantal pins en/of ingebouwd busbeheer) en vervolgens aan elkaar worden gekoppeld via gemeenschappelijke, hogere protocollen, is MIPI I3C ontworpen om al dergelijke voordelen te bieden. Op deze manier kunnen systemen migreren naar één nieuwe gemeenschappelijke bus, in plaats van naar een gefragmenteerde verzameling.

Bovendien werken de brede toepasbaarheid en aantrekkingskracht van de nieuwe functies die in v1.1 zijn uitgerold, samen om I3C op geheel nieuwe manieren te kunnen gebruiken. Mogelijk zien we I3C-communicatie binnen een systeem-in-pakket (SiP) of tussen verschillende, grote systemen om gebruiksscenario's te voeden, zoals DIMM5 (SDRAM) geheugenzijbandkanaal, besturing van beeldapparatuur, serversysteembeheer, foutopsporing van toepassingscommunicatie, touchscreen-opdracht en communicatie, evenals besturing, besturing en gegevenstransport van sensorapparaten.

Bovendien zorgen de functies in v1.1 ervoor dat MIPI I3C eerder wordt vertrouwd door ontwikkelaars en ontwerpers op het kritieke pad van producten - en positioneert de interface om gelijke tred te houden met de bandbreedte-eisen van opkomende apparaten met meer sensoren en andere randapparatuur, zoals 360 graden camera's, slimme industriële apparaten, robots en drones. In IoT edge-apparaten kan I3C helpen het aantal interface-pinnen te verminderen dat nodig is om kleinere, goedkopere MCU-pakketontwerpen mogelijk te maken. Met zijn hogere, efficiëntere gegevenstransport kan I3C ook het stroomverbruik verminderen, wat waardevol is aangezien veel IoT-apparaten op batterijen werken en/of netto-energieneutraal zijn.

Omdat zoveel van de vorderingen die de MIPI I3C-werkgroep in v1.1 mogelijk maakte, zoals een gestandaardiseerde slave-resetmogelijkheid en verbeterde foutafhandeling en flow control, verband hielden met de nadelen en extra werk dat doorgaans moest worden gedaan om I ² C en SPI te laten functioneren, is de ontwikkelingsgemeenschap nu klaar voor grootschalige migratie naar I3C. De nieuwe versie biedt een robuust, aanpasbaar en flexibel upgradepad van de decennia-oude legacy-interfaces.

Al aan het werk om te anticiperen op de eisen van morgen

Met MIPI I3C kunnen ontwikkelaars en ontwerpers in mobiele en meerdere andere markten, waaronder auto's, pc-clients, datacenters, drones, industrieel en het IoT, profiteren van een goed ondersteund, levendig en groeiend ecosysteem dat is gebaseerd op en toegewijd is aan interoperabiliteit. Er worden contacten met de industrie gevormd om de beheersbaarheid en beveiliging van het systeem te verbeteren. Zo heeft de JEDEC Solid State Technology Association samengewerkt met MIPI bij de ontwikkeling van de nieuwe 1.0v JEDEC Module SidebandBus, een superset van de MIPI I3C Basic-bus.

Dit MIPI I3C-ecosysteem vormt de basis waarop de volgende cyclus van innovatie in chip- en systeemcommunicatie in gang wordt gezet. Bedrijven worden aangemoedigd om deel te nemen via de interoperabiliteitsworkshops en specificatie-ontwikkelingsactiviteiten van MIPI Alliance.

Dus, wat biedt I3C de toekomst?

De MIPI I3C-werkgroep streeft ernaar dat de functies en reikwijdte van de specificatie relevant blijven. Er zijn al discussies gaande over de verbeterde mogelijkheden - groter bereik, verschillende verbeteringen, automobielvereisten, snelheidsverhogingen, nieuwe multi-lane toepassingen, gestandaardiseerde connectoren en andere verfijningen van functies - die de volgende versie van MIPI I3C mogelijk vereist.