利用 I3C 提升嵌入式系統(tǒng)

I3C 和 IoT 應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)幾乎涉及我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?，從家用電器到?fù)雜的樓宇自動(dòng)化和可穿戴設(shè)備。這些互聯(lián)設(shè)備收集和交換數(shù)據(jù)，從根本上塑造了我們的數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)。在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，不同類(lèi)型的傳感器發(fā)揮著關(guān)鍵作用，測(cè)量、監(jiān)控和傳遞溫度、濕度、壓力和距離等關(guān)鍵物理屬性。

I3C 協(xié)議為聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)提供了多種優(yōu)勢(shì)。它支持高速通信，在單數(shù)據(jù)速率 (SDR) 模式下速度高達(dá) 12.5 MHz。它還支持帶內(nèi)中斷和動(dòng)態(tài)尋址。在動(dòng)態(tài)尋址中，中央控制器為每個(gè)連接的設(shè)備分配的地址，以防止地址沖突。與其前身 I 2 C 相比，I3C 擁有更快的速度、更簡(jiǎn)單的 2 線(xiàn)接口、更高效的協(xié)議結(jié)構(gòu)，并且在更低的電壓下運(yùn)行以降低功耗。這些改進(jìn)使 I3C 非常適合高效管理連接網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)將具有內(nèi)置 I3C 外設(shè)的低成本 MCU 集成到 IoT 傳感器節(jié)點(diǎn)中作為模擬“聚合器”，可以增強(qiáng)整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能和效率。在此設(shè)置中，MCU 的片上模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 用于將來(lái)自多個(gè)模擬傳感器的讀數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。然后，這些數(shù)字值可以存儲(chǔ)在 MCU 的內(nèi)部存儲(chǔ)器中以供進(jìn)一步分析或組織起來(lái)以實(shí)現(xiàn)更高效的傳輸。聚合的傳感器數(shù)據(jù)以針對(duì)系統(tǒng)效率優(yōu)化的間隔通過(guò) I3C 總線(xiàn)傳輸?shù)街骺刂破鳌?br/>
與其他通信接口相比，I3C 需要更少的引腳和電線(xiàn)，能夠限度地降低組件復(fù)雜性、成本和功耗，因此它在基于傳感器的系統(tǒng)中具有明顯優(yōu)勢(shì)。對(duì)于在要求嚴(yán)格的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)環(huán)境中探索的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，具有 I3C 通信接口的緊湊型 MCU 是不可或缺的解決方案，有助于創(chuàng)建符合市場(chǎng)需求的成功物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

嵌入式設(shè)備中的多種協(xié)議和多種電壓

隨著技術(shù)需求的增長(zhǎng)，嵌入式開(kāi)發(fā)人員面臨著越來(lái)越大的向后兼容性挑戰(zhàn)。這種兼容性至關(guān)重要，因?yàn)樗试S嵌入式系統(tǒng)逐步更新，而不是完全重新設(shè)計(jì)。為了幫助簡(jiǎn)化向 I3C 的過(guò)渡，新的通信協(xié)議解決了 I 2 C 和 SMBus 的限制，同時(shí)使用與 I 2 C相同的兩個(gè)引腳來(lái)傳輸時(shí)鐘和數(shù)據(jù)，以保持兼容性。

盡管 I3C 旨在向后兼容 I 2 C/SMBus 協(xié)議，但 I3C 總線(xiàn)上存在 I 2 C/SMBus 設(shè)備會(huì)影響總線(xiàn)性能，即使對(duì) I3C 設(shè)備進(jìn)行了控制器優(yōu)化也是如此。為了解決這個(gè)問(wèn)題，帶有 I3C 模塊的 MCU 可以用作橋接設(shè)備，將 I 2 C/SMBus 目標(biāo)設(shè)備與“純”I3C 總線(xiàn)隔離開(kāi)來(lái)。這可以保持 I3C 總線(xiàn)的完整性，允許主 I3C 控制器通過(guò)橋接 MCU 與 I 2 C/SPI 設(shè)備通信。此外，MCU 可以整合來(lái)自 I 2 C/SMBus 設(shè)備的中斷，并使用帶內(nèi)中斷將它們傳輸?shù)街?I3C 控制器，而無(wú)需額外的引腳或信號(hào)。

嵌入式系統(tǒng)包含各種組件，例如 MCU、傳感器和其他電路。通常，這些組件需要相互連接，但它們?cè)诓煌碾妷河蛑羞\(yùn)行。例如，模擬傳感器通常在 5 V 下運(yùn)行，而 I 2 C 和 SMBus 等通信協(xié)議則需要 3.3 V。I3C 總線(xiàn)甚至可以在 1 V 下運(yùn)行，以滿(mǎn)足現(xiàn)代高速處理器的要求。

具有多電壓 I/O (MVIO) 功能的 MCU 可解決電壓不兼容問(wèn)題，無(wú)需使用電平轉(zhuǎn)換器。此功能使 I3C 和 I 2 C /SMBus 總線(xiàn)能夠同時(shí)在不同電壓下運(yùn)行。例如，MCU 可以在 1 V 下運(yùn)行 I3C 總線(xiàn)，同時(shí)將 I 2 C /SMBus 總線(xiàn)保持在更高的 3.3 V 下，以兼容舊設(shè)備。

如圖1所示，Microchip 的 PIC18-Q20 MCU 支持 MVIO，提供多種通信協(xié)議，如 I3C、SPI、I 2 C 和 UART，以及多三個(gè)獨(dú)立的工作電壓域。這種靈活性在設(shè)備使用不同協(xié)議和電壓的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中非常有用，使嵌入式開(kāi)發(fā)人員能夠保留現(xiàn)有協(xié)議，同時(shí)確保其設(shè)計(jì)面向未來(lái)。

圖 1支持 MVIO 的 PIC18-Q20 MCU 提供多種通信協(xié)議，如 I3C、SPI、I 2 C 和 UART，以及多三個(gè)獨(dú)立的工作電壓域。這為嵌入式設(shè)備可能使用不同協(xié)議和電壓的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供了靈活性。

現(xiàn)代計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施

人們很容易低估我們?cè)谌粘?shù)字生活中對(duì)數(shù)據(jù)中心的依賴(lài)程度。從進(jìn)行商業(yè)和金融交易到瀏覽互聯(lián)網(wǎng)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、參與社交網(wǎng)絡(luò)、參加虛擬會(huì)議和享受數(shù)字娛樂(lè)，所有這些活動(dòng)都由數(shù)據(jù)中心促成。這些中心確保我們的數(shù)據(jù)安全、互聯(lián)網(wǎng)快速，并且我們的數(shù)字服務(wù)始終可用。

數(shù)據(jù)中心的是現(xiàn)代刀片服務(wù)器：一種高度先進(jìn)的計(jì)算機(jī)，旨在限度地提高空間效率并大規(guī)模優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。由于其功能的關(guān)鍵性，每個(gè)服務(wù)器機(jī)箱內(nèi)的某些系統(tǒng)任務(wù)被委托給邊帶控制器。當(dāng)主處理單元專(zhuān)注于管理主要數(shù)據(jù)流時(shí)，邊帶控制器介入以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)性能。它建立了一個(gè)輔助通信通道來(lái)監(jiān)督單個(gè)服務(wù)器刀片，并處理重要任務(wù)，例如監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況、檢測(cè)故障、發(fā)現(xiàn)和配置設(shè)備、更新固件以及在不中斷主處理器的情況下進(jìn)行診斷。這確保了平穩(wěn)高效的運(yùn)行。邊帶管理是一個(gè)關(guān)鍵工具，可以大大提高數(shù)據(jù)中心的可靠性、可用性和效率。

固態(tài)硬盤(pán) (SSD) 也常用于數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)和快速訪問(wèn)數(shù)據(jù)。的 SSD 外形尺寸，SNIA 企業(yè)和數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸 (EDSFF)，已采用 I3C 協(xié)議進(jìn)行邊帶通信，這是現(xiàn)有 SMBus 協(xié)議的自然升級(jí)。I3C 滿(mǎn)足了對(duì)更快性能、更高數(shù)據(jù)傳輸速率和更高功率效率的需求。I3C 的高速通信可實(shí)現(xiàn)更快的總線(xiàn)管理和配置修改，從而增強(qiáng)系統(tǒng)響應(yīng)能力。

靈活的 MCU（例如 PIC18-Q20 系列（圖 2））特別適合數(shù)據(jù)中心和企業(yè)環(huán)境中的系統(tǒng)管理任務(wù)。這些 MCU 具有多兩個(gè)獨(dú)立的 I3C 接口，可以輕松連接到 SSD 控制器以執(zhí)行系統(tǒng)管理任務(wù)，以及通過(guò)邊帶連接連接到基板管理控制器 (BMC)。此外，憑借內(nèi)置的傳統(tǒng)通信協(xié)議（如 I 2 C/SMBus、SPI 和 UART），這些設(shè)備是當(dāng)前和下一代 SSD 設(shè)計(jì)的理想解決方案。圖 2：PIC18-Q20 系列可通過(guò)邊帶連接輕松連接到 SSD 和 BMC 控制器。

I3C 日益普及

I3C 協(xié)議的集成已成為嵌入式系統(tǒng)的推動(dòng)力。增強(qiáng)的通信能力、更低的功耗以及與現(xiàn)有協(xié)議的兼容性使 I3C 成為下一代物聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算應(yīng)用的基石。通過(guò)優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和數(shù)據(jù)中心通信中的傳感器功能，I3C 的多功能性在集成到 MCU 中時(shí)可以為現(xiàn)代電子系統(tǒng)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。I3C 的采用正在迅速普及，從而提高了性能、可靠性和效率。