利用 I3C 提升嵌入式系统

出处:网络整理 发布于:2024-06-05 16:07:56

  I3C 和 IoT 应用
  物联网几乎涉及我们日常生活的方方面面,从家用电器到复杂的楼宇自动化和可穿戴设备。这些互联设备收集和交换数据,从根本上塑造了我们的数字生态系统。在物联网设备中,不同类型的传感器发挥着关键作用,测量、监控和传递温度、湿度、压力和距离等关键物理属性。
  I3C 协议为联网传感器节点提供了多种优势。它支持高速通信,在单数据速率 (SDR) 模式下速度高达 12.5 MHz。它还支持带内中断和动态寻址。在动态寻址中,中央控制器为每个连接的设备分配的地址,以防止地址冲突。与其前身 I 2 C 相比,I3C 拥有更快的速度、更简单的 2 线接口、更高效的协议结构,并且在更低的电压下运行以降低功耗。这些改进使 I3C 非常适合高效管理连接网络内的多个传感器节点  将具有内置 I3C 外设的低成本 MCU 集成到 IoT 传感器节点中作为模拟“聚合器”,可以增强整个传感器网络的功能和效率。在此设置中,MCU 的片上模数转换器 (ADC) 用于将来自多个模拟传感器的读数转换为数字值。然后,这些数字值可以存储在 MCU 的内部存储器中以供进一步分析或组织起来以实现更高效的传输。聚合的传感器数据以针对系统效率优化的间隔通过 I3C 总线传输到主控制器。
  与其他通信接口相比,I3C 需要更少的引脚和电线,能够限度地降低组件复杂性、成本和功耗,因此它在基于传感器的系统中具有明显优势。对于在要求严格的物联网市场环境中探索的系统设计人员来说,具有 I3C 通信接口的紧凑型 MCU 是不可或缺的解决方案,有助于创建符合市场需求的成功物联网设备。
  嵌入式设备中的多种协议和多种电压
  随着技术需求的增长,嵌入式开发人员面临着越来越大的向后兼容性挑战。这种兼容性至关重要,因为它允许嵌入式系统逐步更新,而不是完全重新设计。为了帮助简化向 I3C 的过渡,新的通信协议解决了 I 2 C 和 SMBus 的限制,同时使用与 I 2 C相同的两个引脚来传输时钟和数据,以保持兼容性。
  尽管 I3C 旨在向后兼容 I 2 C/SMBus 协议,但 I3C 总线上存在 I 2 C/SMBus 设备会影响总线性能,即使对 I3C 设备进行了控制器优化也是如此。为了解决这个问题,带有 I3C 模块的 MCU 可以用作桥接设备,将 I 2 C/SMBus 目标设备与“纯”I3C 总线隔离开来。这可以保持 I3C 总线的完整性,允许主 I3C 控制器通过桥接 MCU 与 I 2 C/SPI 设备通信。此外,MCU 可以整合来自 I 2 C/SMBus 设备的中断,并使用带内中断将它们传输到主 I3C 控制器,而无需额外的引脚或信号。
  嵌入式系统包含各种组件,例如 MCU、传感器和其他电路。通常,这些组件需要相互连接,但它们在不同的电压域中运行。例如,模拟传感器通常在 5 V 下运行,而 I 2 C 和 SMBus 等通信协议则需要 3.3 V。I3C 总线甚至可以在 1 V 下运行,以满足现代高速处理器的要求。
  具有多电压 I/O (MVIO) 功能的 MCU 可解决电压不兼容问题,无需使用电平转换器。此功能使 I3C 和 I 2 C /SMBus 总线能够同时在不同电压下运行。例如,MCU 可以在 1 V 下运行 I3C 总线,同时将 I 2 C /SMBus 总线保持在更高的 3.3 V 下,以兼容旧设备。

  如图1所示,Microchip 的 PIC18-Q20 MCU 支持 MVIO,提供多种通信协议,如 I3C、SPI、I 2 C 和 UART,以及多三个独立的工作电压域。这种灵活性在设备使用不同协议和电压的复杂网络环境中非常有用,使嵌入式开发人员能够保留现有协议,同时确保其设计面向未来。

  图 1支持 MVIO 的 PIC18-Q20 MCU 提供多种通信协议,如 I3C、SPI、I 2 C 和 UART,以及多三个独立的工作电压域。这为嵌入式设备可能使用不同协议和电压的网络环境提供了灵活性。
  现代计算基础设施
  人们很容易低估我们在日常数字生活中对数据中心的依赖程度。从进行商业和金融交易到浏览互联网、存储数据、参与社交网络、参加虚拟会议和享受数字娱乐,所有这些活动都由数据中心促成。这些中心确保我们的数据安全、互联网快速,并且我们的数字服务始终可用。
  数据中心的是现代刀片服务器:一种高度先进的计算机,旨在限度地提高空间效率并大规模优化网络性能。由于其功能的关键性,每个服务器机箱内的某些系统任务被委托给边带控制器。当主处理单元专注于管理主要数据流时,边带控制器介入以增强网络性能。它建立了一个辅助通信通道来监督单个服务器刀片,并处理重要任务,例如监控系统运行状况、检测故障、发现和配置设备、更新固件以及在不中断主处理器的情况下进行诊断。这确保了平稳高效的运行。边带管理是一个关键工具,可以大大提高数据中心的可靠性、可用性和效率。
  固态硬盘 (SSD) 也常用于数据中心存储和快速访问数据。的 SSD 外形尺寸,SNIA 企业和数据中心标准外形尺寸 (EDSFF),已采用 I3C 协议进行边带通信,这是现有 SMBus 协议的自然升级。I3C 满足了对更快性能、更高数据传输速率和更高功率效率的需求。I3C 的高速通信可实现更快的总线管理和配置修改,从而增强系统响应能力。

  灵活的 MCU(例如 PIC18-Q20 系列(图 2))特别适合数据中心和企业环境中的系统管理任务。这些 MCU 具有多两个独立的 I3C 接口,可以轻松连接到 SSD 控制器以执行系统管理任务,以及通过边带连接连接到基板管理控制器 (BMC)。此外,凭借内置的传统通信协议(如 I 2 C/SMBus、SPI 和 UART),这些设备是当前和下一代 SSD 设计的理想解决方案。

  图 2:PIC18-Q20 系列可通过边带连接轻松连接到 SSD 和 BMC 控制器。
  I3C 日益普及
  I3C 协议的集成已成为嵌入式系统的推动力。增强的通信能力、更低的功耗以及与现有协议的兼容性使 I3C 成为下一代物联网和计算应用的基石。通过优化物联网设备和数据中心通信中的传感器功能,I3C 的多功能性在集成到 MCU 中时可以为现代电子系统提供坚实的基础。I3C 的采用正在迅速普及,从而提高了性能、可靠性和效率。
关键词:I3C

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