原标题：I3C接口通信基础知识

　　I3C 是一种用于嵌入式系统的新型串行通信协议，可提供比 I 更高的数据吞吐量和更高级的功能2C. 借助 I3C，工程师和设计人员可以提高设计性能，同时添加热连接、带内中断 (IBI) 和高数据速率 (HDR) 模式等新功能。此外，I3C 向后兼容，可以与旧版 I 通信2C 目标。 表1 总结了 I3C 和 I 之间的差异2C.

　　表1 上述数据展示了 I3C 如何提供比 I 更高的数据吞吐量和更高级的功能2C. 资料来源： 微片

　　笔记：

　　标称值。不允许使用其他值。

　　时钟拉伸可以由主动控制器(而不是目标)执行，但对时序和总线状态有限制。

　　基本 I3C 通信不需要 HDR。I3C 总线支持 HDR 通信，即使连接了不支持的设备。有关详细信息，请参阅高数据速率 (HDR) 模式。

　　巴士速度

　　I 之间最明显的变化2C 和 I3C 是时钟速度。我2C 通常为 100 kHz、400 kHz 或 1 MHz，而 I3C 可以达到高达 12.5 MHz 的速度。这种增长的主要因素之一是在I3C中使用推挽输出。I3C 根据总线状态在漏极开路和推挽式驱动器之间切换。漏极开路在初始寻址或仲裁期间使用，其中多个目标可能同时控制线路。相反，当通信是单向的，并且没有另一个设备同时通信的机会时，使用推挽式。

　　电气特性

　　不像我2C、I3C不需要外部上拉电阻，因为总线上的主控制器提供这些功能。我2C 具有较宽的工作范围，最常见的是 3.3 V 和 5 V。I3C 具有三个标称电平：1.2 V、1.8 V 和 3.3 V。但是，允许其他操作范围。

　　设备寻址

　　我2C 支持目标设备的 7 位和 10 位寻址。使用 I3C，仅支持 7 位寻址。但是，I3C 使用动态寻址，其中主动控制器为每个目标分配一个唯一的地址以防止地址冲突。这与我形成鲜明对比2C，开发人员必须跟踪当前使用的地址，以防止两个设备共享同一地址。目标的动态寻址发生在总线初始化期间。

　　带内中断和热加入

　　在我2C，目标没有机制向控制器指示数据已准备就绪，而无需使用额外的 I/O 行。但在 I3C 中，目标设备可能会使用串行数据 (SDA) 和串行时钟 (SCL) 线路发出中断信号，从而使其成为真正的双线协议。同样，这种类型的带内信令也用于在I3C中实现热加入功能，因此设备可以在初始地址分配后加入。带内中断(IBI)和地址仲裁部分将更详细地讨论这个问题。

　　主动控制器和辅助控制器

　　我2C 支持多控制器总线，其中多个设备作为控制器运行，但一次只有一个设备主动通信。但是，在 I3C 中，只有一个设备可以作为主动控制器;其他支持的设备可能会请求成为总线上的主动控制器。此类设备称为辅助控制器。当辅助控制器不充当主动控制器时，它将充当 I3C 目标。

　　我2C 支持

　　I3C 支持与 I 通信2C 目标设备。为了使通信成为可能，I2C 目标必须：

　　具有 7 位地址

　　不时钟拉伸

　　还强烈建议 I2C 目标在其输入上包含 50ns 滤波器。如果满足这些要求，则 I2C 目标与 I3C 总线兼容。此外，一些 I3C 器件可以作为 I 运行2C 目标，直到分配了动态地址。在我2C模式，I3C设备具有用于通信的静态地址。此静态地址不一定与动态地址相同，但如果需要，可以为其分配相同的地址。I3C 总线的示例如下所示。

　　　图1 该图突出显示了 I3C 总线。 来源：Microchip

　　I3C 通信基础知识

　　在 I3C 总线上开始任何通信之前，必须配置总线，并且必须将动态地址分配给目标。

　　然后，沟通开始像我一样2C. 生成 START 条件，然后发送 7 位动态地址，其中 R/nW 位后跟来自目标的 ACK 或 NACK。接下来，I3C 使用 9 位串行传输，如 I2C，但功能9千 位已从 ACK/NACK 更改为转换位或 T 位。T位有两个功能;当控制器写入目标时，T 位是发送的数据字节的奇偶校验位。当控制器从目标读取时，T 位用作数据结束标志。此标志可以由控制器断言，以指示它已完成读取数据，也可以由目标断言，以指示它没有更多数据要返回。为了完成数据传输，控制器在总线上生成停止或重新启动条件。请注意，如果使用 RESTART 标头，则标头将以推挽方式传输，因为没有仲裁。

　　图2 I3C 中数据传输的简化图显示了 1 个数据字节。来源：微芯片

　　I3C的一个关键变化是缺乏时钟拉伸。我2C 使用时钟拉伸为目标设备提供更多时间进行处理，然后再返回数据。对于 I3C，时钟仅由主动控制器驱动，处于单数据速率 (SDR) 模式。因此，时钟拉伸只能在有限的情况下由控制器执行。

　　但是，目标器件可以在总线初始化过程中指示速度限制，以指示最大工作频率、读写周转时间以及其他时序参数。

　　通用命令代码 (CCC)

　　通用命令代码 (CCC) 是 I3C 中的一个新概念。主动控制器使用 CCC 来初始化和/或配置 I3C 总线。CCC 可以广播到每个目标，也可以私下定向到特定目标。要发送 CCC，首先，发送地址 7'h7E/W。所有 I3C 设备都必须确认并侦听此地址。我2C 设备无法匹配此地址，因为每个 I 保留 7'h7E2C 规范。接下来，发送CCC代码。对于将数据写入目标的 CCC，请继续发送数据，直到完成。对于读取值的 CCC，发送任何参数(根据需要)，重新启动总线，然后开始读取数据。

　　有太多的CCC需要讨论，但这里有一些重要的：

　　输入动态地址分配 (ENTDAA)

　　输入动态地址分配会通知所有目标活动控制器正在分配动态地址。如果目标已经分配了地址，它将执行此命令。

　　设置新的动态地址分配 (SETNEWDA)

　　设置新的动态地址分配用于更改设备的动态地址。

　　启用事件 (ENEC)/禁用事件 (DISEC)

　　“启用”或“禁用事件”命令指示总线上当前是否允许热加入或带内中断等事件。

　　重置动态地址分配 (RSTDAA)

　　“重置动态地址”会清除当前分配的地址，但不会重新分配地址。在 I3C 规范的 v1.1 中，重置动态地址分配的直接形式已被弃用。

　　设置最大读取长度 (SETMRL)/获取最大读取长度 (GETMRL)

　　“设置”或“获取最大读取长度”指定一次可以读取的最大字节数。

　　设置最大写入长度 (SETMWL)/获取最大写入长度 (GETMWL)

　　“设置”或“获取最大写入长度”设置一次可以读取或写入的最大字节数。

　　获取设备特征寄存器 (GETDCR)

　　设备特性寄存器 (DCR) 是指定目标设备类型的寄存器。这方面的一个例子是代码0xC6，即微控制器的代码。I3C 规范定义了 DCR 值。这些代码的列表是 可用 来自MIPI联盟。

　　获取总线特性寄存器 (GETBCR)

　　总线特性寄存器(BCR)是一个寄存器，用于定义目标上存在的I3C功能。该寄存器还用于确定目标是否需要速度限制。

　　目标休息操作 (RSTACT)

　　CCC 中的目标复位操作定义检测到带内复位模式时目标会发生什么情况。要生成复位，SDA 保持低电平，而 SCL 时钟 14 次，然后重新启动，然后停止。目标检测带内复位模式，并根据分配的内容进行操作。此 CCC 不会触发重置，而是分配目标行为。如果未按照此命令重置，则下一个 START 条件将清除分配的操作。

　　进入高数据速率模式 (ENTHDRx)

　　最后，还有高数据速率或HDR，入门CCC。此 CCC 指示活动控制器正在进入四种 HDR 模式(0、1、2 或 3)之一。

　　高数据速率 (HDR) 模式

　　I3C 规范目前定义了四种 HDR 模式。

　　HDR 双倍数据速率 (HDR-DDR) [模式 0]

　　HDR 三元符号纯总线 (HDR-TSP) [模式 1]

　　HDR 三元符号传统包含总线 (HDR-TSL) [模式 2]

　　HDR 散装运输 (HDR-BT) [模式 3]

　　在 HDR 中，时钟速率不会改变数据的编码方式。I3C 基本通信不需要 HDR。不支持 HDR 的设备在检测到 HDR 退出模式之前会忽略通信。

　　HDR-DDR

　　HDR-DDR 是一种使用时钟的两个边缘来传输数据的模式。这显著提高了总线的数据速率(但由于协议中的额外开销，不会将其加倍)。

　　HDR-TSP 和 HDR-TSL

　　在HDR-TSP和HDR-TSL中，数据以三元传输，从SDA和SCL线创建三个定义的符号。根据规范，符号由以下公式电气定义：

　　仅 SCL 更改

　　仅 SDA 更改

　　标准及校正实验所及标准统计局均有更改

　　HDR-TSP和TDR-TSL之间的选择取决于是否2存在 C 靶标。HDR-TSP 只能在存在 I3C 目标时使用，而 HDR-TSL 在传统目标2存在 C 靶标。

　　高清版-BT

　　HDR-BT允许同时使用多个数据通道，以提高并行性。为了兼容，只有SDA线路的最低有效位或LSB用于单数据速率(SDR)通信。HDR-BT 支持双线和四线配置。 图3 显示了一个示例配置。

　　图3 该图提供了支持 HDR-BT 的混合 I3C 总线的示例。来源：微芯片

　　带内中断 (IBI) 和地址仲裁

　　不像我2C，目标可以在总线空闲(或空闲)时生成 IBI 的启动条件。如果在一定时间内没有事务发生，则会发生这种情况。当主动控制器检测到来自目标的启动条件时，它会提供时钟信号以完成事务。如果两个目标尝试同时通信，则会发生寻址仲裁。

　　仲裁是确定允许哪个设备与控制器通信的过程。例如，假设两个设备 A 和 B 希望同时与活动控制器通信。设备 A 的地址为 7'h10，而设备 B 的地址为 7'h14。生成带内中断时，两个设备都将尝试将其地址传输到主动控制器。在这种总线状态下，数据线为漏极开路。在漏极开路通信期间，线路通过上拉电阻无源返回“1”，并可主动置位至“0”。这可以防止两个同时传输 1 和 0 的设备短路。

　　图4 SDA线的简化视图显示了上拉电阻是如何在主控制器中构建的。来源：微芯片

　　仲裁中的胜诉地址是控制者收到的地址。跟随一起 图5，首先，从每个设备地址传输两个零。接下来，两者都将释放其地址中“1”的数据线。然后，两者将传输另一个 0。此时，两台设备都没有赢得仲裁，因为此时收到的地址与两者匹配。但是，在下一位中，其中一个目标将释放数据线以发送“1”，而另一个目标将尝试发送“0”。

　　图5 该示例显示了地址为 7'h10 和 7'h14 的 I3C 仲裁。来源：微芯片

　　“1”的发射器将失去仲裁，因为“1”由漏极开路配置被动驱动，而另一个目标主动置位“0”。完成传输序列的其余部分，您可以看到控制器收到的地址为 7'h10，而不是 7'h14。因此，设备B输掉了仲裁并停止了通信。在 I3C 仲裁中，高地址设备将始终丢失并让位于低地址设备。

　　I3C：一系列新功能

　　I3C带来了串行总线带宽的显着增加，以及一系列新功能。本文已经触及了总线的高级特性和功能，但并不是可能的特性和命令的详尽列表。有关 I3C 规范 可从MIPI联盟获得。

　　Robert Perkel是Microchip Technology Inc.的8位MCU业务部门的应用工程师。