《電子技術(shù)應用》
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SoC芯片上I3C控制器IP的设计与验证
电子技术应用 11期
阮宇鹏1，刘威1，2，3，4
（1.武汉大学 物理科学与技术学院，湖北 武汉 430072；2.武汉大学 微电子学院，湖北 武汉 430072； 3.湖北珞珈实验室， 湖北 武汉 430072；4.武汉量子技术研究院，湖北 武汉 430072）
摘要： 介绍一种可用APB总线配置的I3C控制器IP的设计与验证，I3C（Improved Inter Integrated Circuit），即改进的I2C，是一种新型的串行通信模块，同样是用于SoC设计中的外围IP模块。与I2C相比，它支持新的通信模式、更高的通信速度（高达12.5 MHz）、动态地址分配，并带有内置中断（IBI）。这些特性使得I3C与I2C相比优势明显，未来大规模地普及和商用也是大势所趋。首先介绍I3C协议的基本原理和优势，然后详细描述I3C控制器的设计架构和功能模块，在设计完成后，对I3C控制器进行了功能验证并展示其验证结果，证明了所提出方法的有效性和可靠性。
中圖分類號：TN40
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.233958
引用格式： 阮宇鵬，劉威. SoC芯片上I3C控制器IP的設(shè)計與驗證[J]. 電子技術(shù)應用，2023，49(11)：140-145.
Design and verification of I3C controller IP on SoC chip
Ruan Yupeng1，Liu Wei1，2，3，4
(School of Physics and Technology， Wuhan U(1.School of Physics and Technology， Wuhan University， Wuhan 430072， China；2.School of Microelectronics， Wuhan University， Wuhan 430072， China；3.Hubei Luojia Laboratory， Wuhan 430072， China；4.Wuhan Institute of Quantum Technology， Wuhan 430072， China)niversity， Wuhan 430072， China)
Abstract： This article presents the design and verification of an I3C controller IP that can be configured with an APB bus. I3C, which stands for Improved Inter Integrated Circuit, is a new serial communication module that is used as a peripheral IP module in System-on-Chip (SoC) designs. Compared to I2C, I3C supports new communication modes, higher communication speeds (up to 12.5 MHz), dynamic address allocation, and built-in interrupts (IBI). These features make I3C significantly advantageous over I2C and its large-scale popularity and commercial use is a future trend. This article first introduces the basic principles and advantages of the I3C protocol and then describes the design architecture and functional modules of the I3C controller in detail. After completing the design, the I3C controller was functionally verified, and its verification results were demonstrated, proving the effectiveness and reliability of the proposed method.
Key words : I3C controller；arbitration mechanism；general command code；dynamic address allocation

【引言】

I2C （Inter-Integrated Circuit）接口是一種廣泛應用于集成電路領(lǐng)域的串行通信協(xié)議，它可以將多個設(shè)備連接到同一條總線上，特別適用于嵌入式系統(tǒng)和其他需要少量設(shè)備通信的應用。然而，隨著行業(yè)的發(fā)展，移動無線和受移動影響的產(chǎn)品中傳感器的數(shù)量激增，這給設(shè)計者帶來了巨大的挑戰(zhàn)，因為沒有一致的物理傳感器接口方法，使得傳感器的接口設(shè)計變得更加復雜和多樣化，從而影響了系統(tǒng)的性能和可靠性。設(shè)備和平臺設(shè)計人員面臨著來自各種數(shù)字接口的挑戰(zhàn)，包括但不限于I2C、SPI和UART等[1]。例如I2C速率低、功耗大的短板日趨明顯，為了增強I2C的性能，MIPI將I3C (Improved Inter Integrated Circuit)接口標準作為I2C協(xié)議的演進。MIPI聯(lián)盟是一個由ARM、諾基亞、意法半導體和德州儀器等公司于2003年發(fā)起成立的國際組織，旨在為移動應用處理器提供一個開放的標準和規(guī)范，以降低設(shè)計復雜度和成本，提高設(shè)計靈活性和效率，并為此制定了一套完整的接口標準[2-4]。

I3C是一種雙線總線：串行數(shù)據(jù)（SDA）和串行時鐘（SCL），它能夠在某些高數(shù)據(jù)率（HDR）情況下充當時鐘引腳或數(shù)據(jù)引腳。并且I3C總線可以支持不同類型的混合消息，例如：使用最高12.5 MHz的SCL時鐘速度傳輸類似I2C的單數(shù)據(jù)率（SDR）消息和實現(xiàn)更高數(shù)據(jù)率的HDR消息，該規(guī)范還為I3C從設(shè)備之間的點對點通信提供了條件[2]。


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【作者信息】

阮宇鵬1，劉威1，2，3，4

（1.武漢大學 物理科學與技術(shù)學院，湖北 武漢 430072；2.武漢大學 微電子學院，湖北 武漢 430072；

3.湖北珞珈實驗室， 湖北 武漢 430072；4.武漢量子技術(shù)研究院，湖北 武漢 430072）




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