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.

 

 

 

 

Wieso besteht die Notwendigkeit von I3C im Automotive Bereich?

Anwendungscontroller werden in der Regel über I2C (1982 von Bosch entwickelt) mit Sensoren sowie Peripheriegeräten verbunden. Bis vor einigen Jahren war dies die gängigste, kosteneffizienteste und einfachste Methode, um Peripheriegeräte mit Controllern zu verbinden, da in Mobilgeräten und Automobilen nur wenige Sensoren vorhanden waren. In der heutigen Zeit, in der pro Anwendungscontroller mindesten 10 verschiedene Systeme angeschlossen sind, führt dies zu Problemen. Aufgrund der großen Anzahl von Sensoren in Automobilien, ist der Anschluss über I2C an den Anwendungscontroller oder die primäre Berechnung teuer und nicht mehr kosteneffizient. Um die große Anzahl an Peripheriegeräten zu bewältigen, müssen mehrere Instanzen des I2C Busses vorhanden sein. Dies führt allerdings zu einer höheren GPIO Nachfrage, woraufhin Hersteller mit intelligenteren Sensoren reagierten, die sich so konfigurieren lassen, dass diese sich in einem Energiesparmodus befinden können sowie ihre Daten anzeigen und unterbrechen können, indem Sie beispielsweise einen dedizierten Pin von Low auf HIGH umstellen sobald eine Aktion erfolgt. Wenn 10 Sensoren vorhanden sind, existieren ebenfalls 10 GPIO Pins.

 

 

 

Sensors_automotive

 

 

 

 

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.

 

 

Alle Vorteile von I3C im Automobilbereich im Überblick

  • Weniger Pins und Signalpfade (Zeit, Aufwand und Kostenersparnis bei der Entwicklung)
  • Dynamische Adressierung (Zeit, Aufwand und Kostenersparnis bei der Entwicklung)
  • Sehr geringe Leistung (Höhere Energieeffizienz gegenüber alten Bus Spezifikationen wie SPI und I2C)
  • Höhere Bandbreite (Geringere Latenz sowie die Möglichkeit von optionaler Zeitsteuerung) 
  • Integriert I2C und SPI in eine erweiterte, konsolidierte Spezifikation
  • Abwärtkompatibel

 

 

 

 

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.

 

 

 

 

      PGY-I3C-EX-PD (Vollversion)

 

 

I3C-EX-PD-I3C-Protocol-Exerciser-and-Analyzer
 
 

Analysator

Check Voller Funktionsumfang

Check

 Kompatibel mit I2C/ I3C (V1.1/1.0) Bussystemen

 

Exerciser

Check

 SCL Frequenz: 400 KHz bis 13,5 MHz

 CheckBenutzerdefinierte I3C / I2C Trafficerzeugung 

Check

 Kompatibel mit I2C/ I3C (V1.1/1.0) Bussystemen

Check

 Konfigurerbar: 1 Master + 3 Slaves

Check

 Stufenweises einstellen der Betriebsspannung

Check Simulierter Echtzeit-Netzwerk-Traffic

Check Benutzerdefinierte Kommunikationsverzögerung

Check Unterstützt eine Vielzahl von Fehlerinjektionen 

Check

 API für Python und C++ verfügbar

 

 

      PGY I3C-EX-PD (Lite-Version)

 

 

I3C_Protocol_Analyzer_Lite_Version
 
 

Analysator

Check Voller Funktionsumfang (ausgenommen adv. Trigger)

Check

 Kompatibel mit I2C/ I3C (V1.1/1.0) Bussystemen

 

Exerciser

Check

 SCL Frequenz: 400 KHz bis 13,5 MHz

 CheckBenutzerdefinierte I3C / I2C Trafficerzeugung 

Check

 Kompatibel mit I2C/ I3C (V1.1/1.0) Bussystemen

Orang_minus

 Konfigurierbar: 1 Master + 1 Slave 

Orang_minus

 Feste Betriebspannung (1,2V/1,8V/2,5V/3,3V)

No

 Kein simulierter Echtzeit-Netzwerk-Traffic

No

 Keine benutzerdefinierte Kommunikationsverzögerung

No

 Keine Fehlerinjektion

No

 Keine API Unterstützung