Einfachere Integration von Geräten
»I3C hat Probleme von I²C beseitigt«
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Erhebliche Energieeinsparungen möglich
Wie hoch ist der Stromverbrauch von I3C?
I3C kann aufgrund der effizienten Bustransaktion der Schnittstelle erhebliche Energieeinsparungen ermöglichen. Die Verwendung des Push-Pull-Modus, der nur beim Schalten von Übergängen der I/O-Treiber Strom verbraucht, kann dies in dafür geeigneten Anwendungsfällen noch verstärken. Zusätzliche Einsparungen ergeben sich durch Faktoren wie die höheren Datenraten des Protokolls (weil ein Gerät schneller in den Ruhezustand versetzt werden kann), die Funktionalität für In-Band-Interrupts als kostengünstiger Wake-Mechanismus, die Hot-Join-Funktion, mit der ein Teil eines Systems abgeschaltet und dann bei Bedarf mit einem Befehl für ein »Target-Reset«-Muster wieder aufgeweckt werden kann, und die Möglichkeit für Targets, alle internen Taktsignale abzuschalten, während sie auf dem I3C-Bus weiterhin korrekt funktionieren.
Dieses Spektrum an integrierten Funktionen hilft Systementwicklern bei der Einhaltung ihres Energiebudgets und erweitert die standardisierte Spannungsunterstützung von 1,2 V für serielle Schnittstellen. All diese Funktionen wirken zusammen, um den Energiebedarf auf innovative Weise zu senken.
Betrachten wir als Beispiel eine Sicherheitskamera, die kontinuierlich hochauflösendes, farbiges Bildmaterial liefert. Eine solche Anwendung erfordert naturgemäß einen hohen Energiebedarf im gesamten System. Mit dem MIPI Camera Serial Interface 2 (MIPI CSI-2) über I3C könnte jedoch eine AOSC-Funktion (Always-On Sentinel Conduit) implementiert werden, um die Kamera in den Schwarz-Weiß-Modus zu versetzen und Bilder mit reduzierter Auflösung bei geringerer Datengeschwindigkeit über I3C zu übertragen. Wenn dann bestimmte Ereignisse erkannt werden, etwa eine Bewegung, lassen sich die Infrarot-LEDs und andere Systemelemente aktivieren, um Bilder in besserer Qualität zu liefern.
Die I3C- und I3C-Basic-Spezifikationen gibt es nun schon seit einigen Jahren, und die Version 1.2 des MIPI-I3C-Host-Controller-Interface wurde im April veröffentlicht.
Welches Ecosystem hat sich bis dato um die Schnittstelle formiert?
Immer mehr kommerzielle eigenentwickelte Intellectual-Property-Optionen sind jetzt in einer wachsenden Anzahl von Konfigurationen mit I3C und I3C Basic verfügbar. Mehrere Unternehmen haben darüber hinaus schon Produkte mit integrierter Controller- und Target-Unterstützung eingeführt. Es gibt auch Unternehmen, die ganze IP-Blöcke und die dazugehörige Verifizierungssoftware anbieten, um I3C-Bus-Unterstützung in integrierte Schaltungsdesigns zu integrieren. Und einige Unternehmen stellen Protokollanalysatoren und Verifizierungshardware zur Verfügung, um den Traffic auf dem I3C-Bus zu Test- und Entwicklungszwecken zu analysieren.
Neben der MIPI-I3C-HCI-Spezifikation hat MIPI auch weiterhin unterstützende Spezifikationen und Tools veröffentlicht, die I3C-Entwicklern helfen sollen, ihre Produktentwicklungen schneller abzuschließen.
Eine der jüngsten Neuerungen ist die I3C-Transfer-Command-Response-Spezifikation (MIPI I3C TCRI), wobei die MIPI Discovery and Configuration Specification for I3C (DisCo for I3C), die die Softwareintegration von Sensoren und anderen I3C nutzenden Peripheriegeräten vereinfacht, schon 2019 eingeführt wurde. Außerdem hat MIPI einen I3C-HCI-Treiber entwickelt, der im Dezember 2020 in den Linux-Kernel aufgenommen wurde.
Darüber hinaus entwickelt MIPI eine Protokollanpassungsschicht, die die Abläufe und Mechanismen für die Übertragung von I3C über MIPI A-PHY definiert, die SerDes-Physical-Layer-Schnittstelle mit großer Reichweite für Automobilanwendungen.
Zum besseren Verständnis der Funktionsweise, der Merkmale und der Implementierung der Spezifikation in verschiedene Systemtypen hat MIPI eine Reihe von Ressourcen veröffentlicht, darunter FAQs, White Papers und einen Anwendungsleitfaden (Application-Note) für Unternehmen, die I3C-Controller und Zielgeräte entwickeln.
Wie werden Sensoren, Aktoren, Steuerungen und Benutzerschnittstellen-Komponenten mithilfe von I3C an Host-Prozessoren angeschlossen, und welche Aufgaben übernehmen die Host-Prozessoren dann?
Die MIPI-Spezifikationen I3C HCI und I3C TCRI sind klar definierte APIs, mit denen der Prozessor die Bussteuerung für verschiedene Parameter verwalten kann. I3C HCI standardisiert die Schnittstelle, über die die Plattformsoftware auf I3C-Zielgeräte und deren Fähigkeiten zugreift, und I3C TCRI definiert Standardübertragungsbefehls- und -antwortstrukturen für die Anbindung an jede Anwendung.
Inwieweit ist die Schnittstelle inzwischen in Halbleiter implementiert, also Teil von Embedded-Prozessoren, Mikrocontrollern usw.?
MIPI unterstützt die Zusammenarbeit mit verschiedenen externen Organisationen, um I3C und I3C Basic für weitere Branchen nutzbar zu machen. So hat beispielsweise die JEDEC I3C Basic in ihre Seitenband-Bus- und DDR5-Normen aufgenommen, und das ETSI Technical Committee Secure Element Technologies hat es als physische und logische Verbindungsschicht für seine ETSI Smart Secure Platform (SSP) übernommen. Diese Kooperationen sind entscheidend für die Ausweitung und Beschleunigung der I3C-Einführung, die Stärkung des Ecosystems rund um die Spezifikation sowie die Förderung einer breiteren Interoperabilität.
Inwieweit sind IP- und Testspezifikationen oder Testanwendungen bereits verfügbar?
Zunächst einmal hat die MIPI Alliance die Conformance Test Suite für I3C v1.1.1 und I3C Basic v1.1.1 öffentlich zugänglich gemacht, um die Interoperabilität und Kompatibilität zwischen den Implementierungen der verschiedenen Anbieter sicherzustellen.
Zur weiteren Unterstützung hat MIPI eine Reihe von »Plugfests« oder Interoperabilitäts-Workshops angeboten, um dem Ecosystem die Möglichkeit zu geben, in einer vertraulichen Umgebung an einer Reihe von ersten bis fortgeschrittenen Tests teilzunehmen. Die jüngste Veranstaltung fand im Juni 2023 mit Teilnehmern aus zehn Unternehmen statt. Zu den Organisationen, die an solchen Testveranstaltungen teilgenommen haben, gehören unter anderem Binho, Intel, Introspect Technology, Prodigy Technovations, Robert Bosch S.p.A. und STMicroelectronics.
Welche Protokolle sind für die Datenübertragung über I3C verwendbar? Lassen sich Daten über I3C auch mit Feldbus- oder Industrial-Ethernet-Protokollen übertragen?
I3C ermöglicht einen vielseitigen Datentransport, wobei die Länge der Datenübertragungen auf Benutzerebene definiert wird. Damit ist es völlig unabhängig vom Datenübertragungsprotokoll. Die erste Version von I3C ermöglichte die Integration von mechanischen, Bewegungs-, biometrischen, Umwelt- und anderen Sensoren. Die nachfolgenden Versionen, I3C v1.1 und v1.1.1, haben diese Fähigkeiten durch die Einführung von Funktionen für die Systemverwaltung und die Steuerung von Peripheriegeräten sowie die Kommunikation mit einem Host-Prozessor über eine kurze Distanz erweitert.
Umfasst I3C auch Cybersecurity-Funktionen? Wenn ja, welche?
Cybersecurity wird normalerweise von Protokollen auf höherer Ebene behandelt. Die MIPI I3C Working Group befasst sich jedoch mit dem Thema Sicherheit als Option für zukünftige Aktualisierungen der Spezifikation.
Welche Roadmap verfolgt die MIPI Alliance mit I3C für die kommenden Jahre? Welche weiteren Entwicklungen sind geplant oder in Arbeit?
Derzeit befinden sich zwar keine Funktionen in der aktiven Entwicklung, aber die Arbeitsgruppe untersucht kontinuierlich mögliche neue Funktionen und entwickelt Schulungen und Ressourcen zur Unterstützung von Implementierern. Dies umfasst auch den Ausbau der Reichweite von I3C, das Hinzufügen von Funktionen für die Automobilindustrie sowie die Entwicklung von Sicherheitsfunktionen für I3C und die Weiterentwicklung bestehender Funktionen.
Die MIPI I3C Working Group trifft sich regelmäßig und prüft Vorschläge für I3C, und die Arbeitsgruppe ist stets bestrebt, die Spezifikationen zu perfektionieren. Darüber hinaus arbeitet MIPI kontinuierlich mit Partnern aus der Industrie zusammen, um sicherzustellen, dass die Spezifikationen den Bedürfnissen der Mitglieder und der Industrie gerecht werden.
Entwickler und Implementierer können sich bei Fragen oder Feedback zur Spezifikation an die MIPI Alliance wenden. MIPI-Contributor-Mitglieder sind eingeladen, der Arbeitsgruppe beizutreten, um an der Entwicklung zukünftiger Versionen und Implementierungsressourcen mitzuwirken.
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