Der I3C Bus im Automobilbereich

Was ist I3C (Improved-Inter-Integrated-Circuit)?

I3C wurde in Zusammenarbeit zwischen Elektronik- und Computerunternehmen mit der Mobile Industry Prozessor Interface Alliance (MIPI Alliance) im Jahre 2016 veröffentlicht.  I3C fügt eine beträchtliche Anzahl von Systemschnittstellenfunktionen hinzu und behält gleichzeitig die Aufwärtskompatibilität mit vorhandenen I²C-Slave-Geräten bei, während native I3C-Geräte ähnlich wie SPI (Serial Peripheral Interface) höhere Datenraten unterstützen. Im Allgemeinen integriert und vereinheitlicht I3C die Schlüsselattribute von I2C und SPI und verbessert gleichzeitig die Fähigkeiten und die Leistung jedes Ansatzes mit einer umfassenden, skalierbaren Schnittstelle und Architektur. Die Spezifikation sieht auch Sensorschnittstellenarchitekturen vor, die die mobile, von Mobilgeräten beeinflusste und eingebettete Systemindustrie in Zukunft benötigen wird.

Worin bestehen die Vorteile von I3C in der Automobiltechnik?

I3C verfügt über ein dynamisches Adresszuweisungsverfahren, bei der eine einfache Methode zur Erkennung, Auflistung und Zuweisung von Adressen standardisiert wird. I2C hingegen verwendet feste Adressen, dies kann schnell zu Konflikten führen, insbesondere bei Verwendungen von einer großen Anzahl an Peripheriegeräten. Bei SPI benötigt jedes Gerät eine dedizierte CS Leitung (Chip Select), damit das Gerät adressiert werden kann. Bei I3C wurde eine In-Band-Interrupt Funktion implementiert, mit der alle dedizierten Out-of-Band-GPIOs verwendet werden können, mit denen Sensoren den Host über eine der beiden I3C Leitungen unterbrechen können. Dies bringt Entwicklungsaufwandsvorteile und Kostenvorteile mit sich. I3C ist eine dauerhafte Schnittstelle mit niedriger Geschwindigkeit, die sich aus den Anforderungen an Sensoren ergibt, und überall dort Einsatz findet, wo I2C, SPI und in vielen Fällen UART gefunden wurden.

Ein weiterer Vorteil von I3C ist die Energieeffizienz. I2C ist ein Open Drain Bus. Jedes Mal, wenn eine 0 gesendet wird, muss der Pull Up Widerstand überwunden werden, dies wirkt sich auf die Busgeschwindigkeit aus, die in der Regel 400 kHz bis 1 MHz beträgt. Dieser Vorgang wirkt sich auf die Anwendungsprozessoren aus, die in Relation gesehen, lange Zeit aktiv bleiben müssen, bis die Daten FIFO-Puffer ausgelesen sind. Bei I3C wurde der Takt hochgefahren und die Push / Pull Fähigkeit hinzugefügt, damit die Pull-Up Widerstände nicht überwunden werden müssen. Dies wirkt sich nicht nur auf die Energieeffizienz des gesamten Embedded Designs aus, sondern auch auf die wesentlich höheren Geschwindigkeiten der Anwendungscontroller sowie Prozessoren, bei der Datenabfrage von Sensoren.
Zusätzlich zu einer schnelleren Operation mit einer einzelnen Datenrate enthält I3C ein Modi mit hohe Datenraten - doppelte Datenrate und Transcodierung mit ternären Symbolen - die optional unterstützt werden können. Mit diesen Modi mit hoher Datenrate können bei gleicher Energiemenge, die für das Takten mit 12,5 MHz verwendet wird, der effektive Durchsatz verdoppelt (max. verdreifacht) werden, sodass die Energie in Millijoule pro Bit mit der Übernahme dieser Modi zu sinken beginnt. Die Schnittstelle ist zudem schnell genug, sodass eine optionale Zeitsteuerung integriert ist, sodass der Host die Sensordatenerfassung zeitlich synchronisieren kann. Dies ist für Sensoren oder Anwendungen wichtig, die auf Flugzeiten basieren. Mit älteren Schnittstellen wie I2C oder SPI kann dies nativ nicht erfolgen.

Werkzeuge für das Testen I3C Designs

Der Prodigy I3C Protocol Analyzer und Host Adapter ist das führende Instrument, mit dem Konstrukteure und Testingenieure die I3C-Konstruktionen auf ihre Spezifikationen testen können, indem sie PGY-I3C-EXED als Master / Slave konfigurieren, I3C-Verkehr mit Fehlerinjektionsfunktion generieren und die Dekodierung des I3C-Protokolls dekodieren Pakete. Die I3C Analyzer und Exerciser Serie von Prodigy umfasst eine Lite-Version und eine Vollversion. Die Lite Version bietet volle Protcol Analyse Funktionen jedoch nur begrenzte Host Adapter / Exerciser Funktionen. Mit der Vollversion kann der volle Protokoll Analyse und Exerciser Umfang benutzt werden, so kann beispielsweise die gleichzeitige Erzeugung von simulierter Echtzeit-Netzwerk-Verkehr und Protokoll Analyse erfolgen und noch zahlreiche weitere Test- und Debugszenarien durchgeführt werden.