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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。
中图分类号：TN40
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.233958
引用格式： 阮宇鹏，刘威. SoC芯片上I3C控制器IP的设计与验证[J]. 电子技术应用，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）接口是一种广泛应用于集成电路领域的串行通信协议，它可以将多个设备连接到同一条总线上，特别适用于嵌入式系统和其他需要少量设备通信的应用。然而，随着行业的发展，移动无线和受移动影响的产品中传感器的数量激增，这给设计者带来了巨大的挑战，因为没有一致的物理传感器接口方法，使得传感器的接口设计变得更加复杂和多样化，从而影响了系统的性能和可靠性。设备和平台设计人员面临着来自各种数字接口的挑战，包括但不限于I2C、SPI和UART等[1]。例如I2C速率低、功耗大的短板日趋明显，为了增强I2C的性能，MIPI将I3C (Improved Inter Integrated Circuit)接口标准作为I2C协议的演进。MIPI联盟是一个由ARM、诺基亚、意法半导体和德州仪器等公司于2003年发起成立的国际组织，旨在为移动应用处理器提供一个开放的标准和规范，以降低设计复杂度和成本，提高设计灵活性和效率，并为此制定了一套完整的接口标准[2-4]。

I3C是一种双线总线：串行数据（SDA）和串行时钟（SCL），它能够在某些高数据率（HDR）情况下充当时钟引脚或数据引脚。并且I3C总线可以支持不同类型的混合消息，例如：使用最高12.5 MHz的SCL时钟速度传输类似I2C的单数据率（SDR）消息和实现更高数据率的HDR消息，该规范还为I3C从设备之间的点对点通信提供了条件[2]。


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【作者信息】

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）




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