Il bus I3C nel settore automobilistico
Cos'è l'I3C (Improved-Inter-Integrated-Circuit)?
L'I3C è stato rilasciato nel 2016 come collaborazione tra aziende di elettronica e computer con la Mobile Industry Processor Interface Alliance (MIPI Alliance). L'I3C aggiunge un numero significativo di funzioni di interfaccia di sistema mantenendo la compatibilità verso l'alto con i dispositivi slave I²C esistenti, mentre i dispositivi I3C nativi supportano velocità di trasmissione dati più elevate simili a quelle dell'SPI (Serial Peripheral Interface). In generale, l'I3C integra e unifica gli attributi chiave di I2C e SPI, migliorando le capacità e le prestazioni di ciascun approccio con un'interfaccia e un'architettura completa e scalabile. La specifica prevede anche architetture di interfaccia per sensori di cui l'industria dei sistemi mobili ed embedded avrà bisogno in futuro.
Perché c'è bisogno di I3C nel settore automobilistico?
I controllori applicativi sono solitamente collegati ai sensori e alle periferiche tramite I2C (sviluppato da Bosch nel 1982). Fino a qualche anno fa, questo era il metodo più comune, economico e semplice per collegare le periferiche ai controller, dato che i sensori nei dispositivi mobili e nelle automobili erano pochi. Nel mondo di oggi, in cui per ogni controller di un'applicazione vengono collegati almeno 10 sistemi diversi, questo comporta dei problemi. A causa dell'elevato numero di sensori presenti nelle automobili, il collegamento tramite I2C al controllore dell'applicazione o al calcolatore principale è costoso e non più conveniente. Per gestire l'elevato numero di periferiche, è necessario disporre di più istanze del bus I2C. Tuttavia, questo comporta una maggiore richiesta di GPIO, alla quale i produttori hanno risposto con sensori più intelligenti che possono essere configurati per essere in modalità di risparmio energetico e per visualizzare e interrompere i loro dati, ad esempio commutando un pin dedicato da basso ad alto non appena si verifica un'azione. Se ci sono 10 sensori, ci sono anche 10 pin GPIO.
Quali sono i vantaggi di I3C nell'ingegneria automobilistica?
L'I3C ha un processo di assegnazione dinamica degli indirizzi che standardizza un metodo semplice per riconoscere, elencare e assegnare gli indirizzi. L'I2C, invece, utilizza indirizzi fissi, che possono portare rapidamente a conflitti, soprattutto quando si utilizza un gran numero di periferiche. Con l'SPI, ogni dispositivo richiede una linea CS (chip select) dedicata per poter essere indirizzato. Con I3C, è stata implementata una funzione di interrupt in-band che consente di utilizzare tutti i GPIO dedicati fuori banda, permettendo ai sensori di interrompere l'host tramite una delle due linee I3C. Questo comporta vantaggi in termini di sforzo di sviluppo e di costi. L'I3C è un'interfaccia durevole e a bassa velocità che nasce dalle esigenze dei sensori e viene utilizzata ovunque si trovino I2C, SPI e, in molti casi, UART.
Un altro vantaggio dell'I3C è la sua efficienza energetica. L'I2C è un bus open drain. Ogni volta che viene inviato uno 0, la resistenza di pull up deve essere superata e questo influisce sulla velocità del bus, che in genere va da 400 kHz a 1 MHz. Questo processo influisce sui processori applicativi, che devono rimanere attivi per molto tempo fino alla lettura dei buffer FIFO dei dati. Con l'I3C, il clock è stato incrementato e sono state aggiunte funzionalità push / pull in modo da non dover superare le resistenze di pull-up. Questo non solo influisce sull'efficienza energetica dell'intero progetto embedded, ma anche sulle velocità molto più elevate dei controller delle applicazioni e dei processori durante il polling dei dati dai sensori.
Oltre al funzionamento più veloce a velocità di trasmissione singola, I3C include modalità ad alta velocità di trasmissione dei dati - velocità di trasmissione doppia e transcodifica ternaria dei simboli - che possono essere supportate opzionalmente. Queste modalità ad alta velocità di trasmissione dati possono raddoppiare (al massimo triplicare) il throughput effettivo per la stessa quantità di energia utilizzata per il clock a 12,5 MHz, quindi l'energia in millijoule per bit inizia a diminuire con l'adozione di queste modalità. L'interfaccia è anche sufficientemente veloce da consentire all'host di sincronizzare temporalmente l'acquisizione dei dati del sensore. Questo è importante per i sensori o le applicazioni che si basano sul tempo di volo. Questo non può essere fatto in modo nativo con le interfacce più vecchie come I2C o SPI.
Tutti i vantaggi dell'I3C nel settore automobilistico in sintesi
- Meno pin e percorsi di segnale (risparmio di tempo, fatica e costi nello sviluppo)
- Indirizzamento dinamico (risparmio di tempo, fatica e costi di sviluppo)
- Bassissima potenza (maggiore efficienza energetica rispetto alle vecchie specifiche dei bus come SPI e I2C)
- Larghezza di banda più elevata (latenza più bassa e possibilità di temporizzazione opzionale)
- Integra I2C e SPI in una specifica estesa e consolidata
- Compatibile con le versioni precedenti
Strumenti per testare i progetti I3C
L'analizzatore di protocollo I3C e l'adattatore host di Prodigy sono strumenti leader che consentono ai progettisti e ai tecnici di test di verificare i progetti I3C in base alle loro specifiche configurando PGY-I3C-EXED come master/slave, generando traffico I3C con capacità di iniezione di errori e decodificando i pacchetti di decodifica del protocollo I3C. La serie I3C Analyzer and Exerciser di Prodigy comprende una versione Lite e una versione Full. La versione Lite offre tutte le funzioni di analisi del protocollo ma solo funzioni limitate di host adapter / exerciser. Con la versione completa è possibile utilizzare tutte le funzioni di analisi del protocollo e di exerciser, ad esempio la generazione simultanea di traffico di rete simulato in tempo reale e l'analisi del protocollo, oltre a poter eseguire molti più scenari di test e debug.
