利用 I3C 提升嵌入式系統(tǒng)

I3C 和 IoT 應用

物聯(lián)網(wǎng)幾乎涉及我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妫瑥募矣秒娖鞯綇碗s的樓宇自動化和可穿戴設(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，不同類型的傳感器發(fā)揮著關(guān)鍵作用，測量、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)點提供了多種優(yōu)勢。它支持高速通信，在單數(shù)據(jù)速率 (SDR) 模式下速度高達 12.5 MHz。它還支持帶內(nèi)中斷和動態(tài)尋址。在動態(tài)尋址中，中央控制器為每個連接的設(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、更簡單的 2 線接口、更高效的協(xié)議結(jié)構(gòu)，并且在更低的電壓下運行以降低功耗。這些改進使 I3C 非常適合高效管理連接網(wǎng)絡內(nèi)的多個傳感器節(jié)點將具有內(nèi)置 I3C 外設(shè)的低成本 MCU 集成到 IoT 傳感器節(jié)點中作為模擬“聚合器”，可以增強整個傳感器網(wǎng)絡的功能和效率。在此設(shè)置中，MCU 的片上模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 用于將來自多個模擬傳感器的讀數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。然后，這些數(shù)字值可以存儲在 MCU 的內(nèi)部存儲器中以供進一步分析或組織起來以實現(xiàn)更高效的傳輸。聚合的傳感器數(shù)據(jù)以針對系統(tǒng)效率優(yōu)化的間隔通過 I3C 總線傳輸?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，能夠限度地降低組件復雜性、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。對于在要求嚴格的物聯(lián)網(wǎng)市場環(huán)境中探索的系統(tǒng)設(shè)計人員來說，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，嵌入式開發(fā)人員面臨著越來越大的向后兼容性挑戰(zhàn)。這種兼容性至關(guān)重要，因為它允許嵌入式系統(tǒng)逐步更新，而不是完全重新設(shè)計。為了幫助簡化向 I3C 的過渡，新的通信協(xié)議解決了 I 2 C 和 SMBus 的限制，同時使用與 I 2 C相同的兩個引腳來傳輸時鐘和數(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 總線上存在 I 2 C/SMBus 設(shè)備會影響總線性能，即使對 I3C 設(shè)備進行了控制器優(yōu)化也是如此。為了解決這個問題，帶有 I3C 模塊的 MCU 可以用作橋接設(shè)備，將 I 2 C/SMBus 目標設(shè)備與“純”I3C 總線隔離開來。這可以保持 I3C 總線的完整性，允許主 I3C 控制器通過橋接 MCU 與 I 2 C/SPI 設(shè)備通信。此外，MCU 可以整合來自 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，而無需額外的引腳或信號。

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，但它們在不同的電壓域中運行。例如，模擬傳感器通常在 5 V 下運行，而 I 2 C 和 SMBus 等通信協(xié)議則需要 3.3 V。I3C 總線甚至可以在 1 V 下運行，以滿足現(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題，無需使用電平轉(zhuǎn)換器。此功能使 I3C 和 I 2 C /SMBus 總線能夠同時在不同電壓下運行。例如，MCU 可以在 1 V 下運行 I3C 總線，同時將 I 2 C /SMBus 總線保持在更高的 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，以及多三個獨立的工作電壓域。這種靈活性在設(shè)備使用不同協(xié)議和電壓的復雜網(wǎng)絡環(huán)境中非常有用，使嵌入式開發(fā)人員能夠保留現(xiàn)有協(xié)議，同時確保其設(shè)計面向未來。

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，以及多三個獨立的工作電壓域。這為嵌入式設(shè)備可能使用不同協(xié)議和電壓的網(wǎng)絡環(huán)境提供了靈活性。

現(xiàn)代計算基礎(chǔ)設(shè)施

人們很容易低估我們在日常數(shù)字生活中對數(shù)據(jù)中心的依賴程度。從進行商業(yè)和金融交易到瀏覽互聯(lián)網(wǎng)、存儲數(shù)據(jù)、參與社交網(wǎng)絡、參加虛擬會議和享受數(shù)字娛樂，所有這些活動都由數(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)字服務始終可用。

數(shù)據(jù)中心的是現(xiàn)代刀片服務器：一種高度先進的計算機，旨在限度地提高空間效率并大規(guī)模優(yōu)化網(wǎng)絡性能。由于其功能的關(guān)鍵性，每個服務器機箱內(nèi)的某些系統(tǒng)任務被委托給邊帶控制器。當主處理單元專注于管理主要數(shù)據(jù)流時，邊帶控制器介入以增強網(wǎng)絡性能。它建立了一個輔助通信通道來監(jiān)督單個服務器刀片，并處理重要任務，例如監(jiān)控系統(tǒng)運行狀況、檢測故障、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行診斷。這確保了平穩(wěn)高效的運行。邊帶管理是一個關(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 (SSD) 也常用于數(shù)據(jù)中心存儲和快速訪問數(shù)據(jù)。的 SSD 外形尺寸，SNIA 企業(yè)和數(shù)據(jù)中心標準外形尺寸 (EDSFF)，已采用 I3C 協(xié)議進行邊帶通信，這是現(xiàn)有 SMBus 協(xié)議的自然升級。I3C 滿足了對更快性能、更高數(shù)據(jù)傳輸速率和更高功率效率的需求。I3C 的高速通信可實現(xiàn)更快的總線管理和配置修改，從而增強系統(tǒng)響應能力。

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。這些 MCU 具有多兩個獨立的 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，以及通過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)備是當前和下一代 SSD 設(shè)計的理想解決方案。圖 2：PIC18-Q20 系列可通過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)的推動力。增強的通信能力、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)和計算應用的基石。通過優(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 中時可以為現(xiàn)代電子系統(tǒng)提供堅實的基礎(chǔ)。I3C 的采用正在迅速普及，從而提高了性能、可靠性和效率。