Zum Stand der Dinge bei I3C
MIPI Alliance: »Das I3C-Ecosystem expandiert rasant«
Die I3C-Schnittstelle soll die Nachteile älterer Interfaces wie I2C, SPI und UART überwinden. Wie weit verbreitet ist sie aktuell, und wie weit sind das Ecosystem und die Standardisierung fortgeschritten? Michele Scarlatella, IoT Technical Consultant der MIPI Alliance, gibt nähere Informationen.
Markt&Technik: Wie ist der aktuelle Stand der Nutzung von I3C? Wie schätzen Sie die Entwicklung in den kommenden Jahren ein?
Michele Scarlatella: Das MIPI-I3C-Ecosystem ist in den letzten Jahren sehr schnell gewachsen. Zahlreiche Unternehmen haben die universelle Utility- und Steuerungsbus-Schnittstelle als willkommene Ergänzung zu älteren Schnittstellen wie I2C, SPI und UART angenommen. Die einfachere Zweidraht-Schnittstelle hat einen niedrigeren Stromverbrauch und eine höhere Übertragungsrate und sie verfügt über eine Reihe moderner Funktionen, die sich für eine breite Palette von Anwendungen in Mobilgeräten, IoT und Fahrzeugen eignen. Angesichts der rasanten Expansion des I3C-Ecosystems in jüngster Zeit erwarten wir, dass dieses Wachstum auch in den kommenden Jahren anhalten wird.
MIPI I3C Basic stand auch im Mittelpunkt einer Reihe von Industriekooperationen. Es wurde von JEDEC in den Sideband-Bus und den DDR5-Standard übernommen und ist ein Schwerpunkt der MIPI-Liaison mit der DMTF (Distributed Management Task Force) und der TCA (Trusted Connectivity Alliance). Es wurde darüber hinaus von der ETSI in ihre Smart Secure Platform (SSP) mit eingebunden.
Wie setzt sich das Ecosystem für I3C derzeit zusammen?
Das Ecosystem von I3C-Produkten umfasst MCUs, MPUs, drahtlose IoT-SoCs, Sensoren und Spezial-ICs. Mittlerweile gibt es eine große Auswahl an Tools zur Unterstützung von Entwicklung und Testing – von Protokoll-Analysatoren über Entwicklungsboards bis hin zu USB-Host-Adaptern. Software-Treiber sind für Linux und das Zephyr-Echtzeitbetriebssystem verfügbar, und die Unternehmen haben Referenzanwendungen für ihre spezifischen Produkte bereitgestellt.
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Als Unterstützung für Entwickler hat MIPI Spezifikationen hinzugefügt, die die Integration von MIPI I3C erleichtern, darunter eine Discovery and Configuration Specification (DisCo) für I3C, ein I3C Host Controller Interface (MIPI I3C HCI), ein Transfer Command Response Interface (TCRI) und eine Debug for I3C Specification, die alle öffentlich verfügbar sind. Außerdem wurde dem Linux-Kernel ein I3C-HCI-Treiber hinzugefügt.
Welche Vorteile hat I3C gegenüber älteren Schnittstellen wie I2C, SPI oder UART?
Bei der Konzeption von MIPI I3C standen von Anfang an die Schlüsselmerkmale dieser älteren seriellen Schnittstellen im Vordergrund. Zugleich wurde die Schnittstelle effizienter und intelligenter gestaltet und mit Funktionen ausgestattet, die viele der Probleme beseitigen, mit denen Entwickler im Laufe der Jahre zu kämpfen hatten.
Zu den Merkmalen gehören unter anderem:
- Zweidraht-Schnittstelle SDA/SCL (von I2C übernommener Name)
- stromsparender Betrieb mit 1 V bis 3,3 V
- 12,5-MHz-Takt ermöglicht geringe EMI
- 11 Mbit/s Grunddatenrate pro Lane, mit höheren Datenraten bis zu 33 Mbit/s
- skalierbar bis zu 100 Mbit/s, mit mehrspuriger 2xSDA- und 4xSDA-Konfiguration
- einheitliche Befehlscodes für Buskonfiguration und -erkennung
- dynamische Adresszuweisung, die die Adressbeschränkung von I2C aufhebt
- spezielle Register für die Geräte- und Buserkennung
- In-Band-Interrupts und Hot-Join
- Kompatibilität/Koexistenz mit älteren I2C-Geräten und I2C-Busbetrieb
Wie lässt sich I3C in Mikrocontrollern implementieren?
MIPI I3C lässt sich in Mikrocontrollern sowohl als Controller/Target als auch als reines Target implementieren, ersteres ist die häufigste Variante. Ein reiner Target-Mikrocontroller wird meist für spezielle Anwendungen eingesetzt, zum Beispiel als Fernsteuerungseinheit in Servern. Eine MCU mit dualer I3C-Schnittstelle ist ebenfalls recht verbreitet.
Wie lässt sich I3C für spezifische Anwendungen optimieren?
I3C ist ein äußerst flexibles Protokoll für den universellen Einsatz. Der Bus kann von verschiedenen Applikationen für den Austausch von Anwendungsdaten genutzt werden, sodass in vielen Use Cases keine Anpassungen mehr erforderlich sind.
Die Spezifikation umfasst außerdem Mechanismen, die es ermöglichen, anwendungsspezifische Anforderungen zu erfüllen. Der Befehlscode SETBUSCON (Set Bus Context) ermöglicht beispielsweise neue, spezielle Busbefehlscodes, die den Anforderungen einer bestimmten Anwendung entsprechen.
Für welche Anwendungen ist I3C besonders geeignet?
MIPI I3C ist ideal für das Auslesen von Sensoren mit hohem Datendurchsatz, bei denen die Schnittstelle einen klaren Vorteil gegenüber I2C und SPI bietet. Die Übertragungsgeschwindigkeit von I2C reicht für solche Datenraten nicht aus; SPI kann den Datendurchsatz zwar bewältigen, benötigt aber eine große Anzahl von Leitungen. I3C ist auch für Steuerungsfunktionen nützlich, weil es Aktoren für hochpräzises Timing ansteuern kann. Die hohe Flexibilität macht I3C zu einer guten Wahl als Control-Sideband-Bus in Hochleistungsverbindungen.
Zu den wichtigsten Anwendungsfällen gehören bislang:
- Anschluss von Peripheriegeräten an Prozessoren in mobilen und eingebetteten Geräten
- System-Debug and -Trace, wie in der MIPI Debug over I3C Specification beschrieben
- Verwendung als Control-Sideband-Bus für:
- DDR5-DRAM-Speicherschnittstellen
- SSD-Steuerungsschnittstellen
- MIPI Camera Control Interface (CCI) (Kamerasteuerungsschnittstellen)
Als Schnittstelle für Bildsensoren ist MIPI CSI-2 sehr beliebt, aber auch I3C eignet sich als Schnittstelle für Bildverarbeitungsanwendungen mit geringer Bandbreite. Bitte erläutern Sie, wie die jeweiligen Spezifikationen für die Bildverarbeitung verwendet werden können.
MIPI CSI-2 ist die weltweit am häufigsten implementierte Bildverarbeitungsschnittstelle. Sie hat sich wegen ihrer Benutzerfreundlichkeit und ihrer Fähigkeit durchgesetzt, eine breite Palette von Hochleistungsanwendungen wie 1080p, 4K, 8K und mehr sowie hochauflösende Fotografie zu unterstützen.
In jüngster Zeit hat sich MIPI I3C für das Streaming von Graustufenbildern mit geringer Auflösung (Sub-VGA) und niedrigem Stromverbrauch bewährt. »Türklingel«-Kameras für Überwachungszwecke beispielsweise sind batteriebetrieben und stellen strenge Anforderungen an den Stromverbrauch. Die Graustufenbilder reichen aus, um eine KI-basierte Personen- oder Ereigniserkennung durchzuführen und einen Stream in voller Auflösung mit dem leistungsfähigeren, aber energieintensiveren CSI-2 zu starten. Hier ist MIPI I3C eine ideale Ergänzung zu den klassischen Breitband-Videoübertragungsprotokollen.
Sind derzeit neue Spezifikationsaktivitäten für I3C in Arbeit? Wenn ja, welche?
MIPI I3C v1.2 steht den MIPI-Mitgliedern seit Februar 2025 zur Verfügung, und MIPI I3C Basic v1.2 wird voraussichtlich in den kommenden Wochen bereitstehen. I3C Basic ist eine umfangreiche, lizenzfreie und öffentlich verfügbare Unterversion der I3C-Spezifikation.
Die neuen 1.2-Versionen enthalten strukturelle Änderungen an der Spezifikation, die die Entwicklung I3C-fähiger Produkte unterstützen sollen. Die Struktur des Dokuments ist klar gegliedert, mit einem Abschnitt für obligatorische Funktionen und einer Liste mit zehn optionalen Funktionen, die Entwickler je nach Anforderungen ihrer Anwendungen implementieren können.
Die MIPI I3C Working Group arbeitet auch an der Aktualisierung einer wichtigen Application Note und ihrem umfassenden FAQ-Dokument. Darüber hinaus ist eine Interop-Veranstaltung in Warschau im Rahmen der nächsten MIPI-Mitgliederversammlung im Juni geplant.
Welche Roadmap verfolgt die MIPI Alliance in den kommenden Jahren?
Nach der Veröffentlichung von v1.2 wird die I3C Working Group die Anwendungsfälle und die Anwendbarkeit der Spezifikation für kabelgebundene Verbindungen mit hoher Reichweite, Security, geringen Stromverbrauch und andere Bereiche prüfen. Ein weiterer Schwerpunkt wird die Aktualisierung der zugehörigen Spezifikationen sein, um das MIPI-I3C-Ecosystem weiter auszubauen.
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