I2C為何一定要升級(jí)到I3C？I3C能取代傳統(tǒng)通信接口？

什么是I2C接口？

I2C總線(xiàn)是大家比較熟悉的同步串行總線(xiàn)技術(shù)，是飛利浦公司于1981年發(fā)明的。它是一種2線(xiàn)（SDA、SCL）同步串行接口，廣泛用于連接外設(shè)與處理器和MCU，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的短距離通信。后來(lái)許多公司都推出了使用I2C總線(xiàn)規(guī)范的產(chǎn)品，其中包括Texas Instruments、NEC、Nordic Semiconductor、STMicroelectronics、Siemens、Intersil等科技公司。

I2C 接口主要特性：

（1）支持雙向數(shù)據(jù)傳輸。

（2）兩線(xiàn)接口通信（SDA（串行數(shù)據(jù)）和 SCL（串行時(shí)鐘）。

（3）從設(shè)備使用7位、10位進(jìn)行尋址。

（4）傳輸速率低，HS模式下僅3.4 Mbps。

（5）無(wú)固定傳輸長(zhǎng)度。

I2C具有能夠在控制器和外圍設(shè)備之間進(jìn)行快速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)可支持互連多個(gè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。但隨著應(yīng)用場(chǎng)景需求的變化，其局限性也被凸顯出來(lái)，如有限的速率、傳輸距離較短、功耗偏大等。為擺脫新需求下I2C的性能缺失，I3C應(yīng)運(yùn)而生。

什么是I3C接口？

I3C：Improved Inter Integrated Circuit。MIPI聯(lián)盟于2016年正式發(fā)布了第一個(gè)I3C規(guī)范v1.0。I3C是改進(jìn)型內(nèi)部集成電路的縮寫(xiě)形式，是類(lèi)似于I2C的2線(xiàn)數(shù)字接口。它對(duì)之前發(fā)布的I2C和SPI接口進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，解決了I2C通信速度慢的問(wèn)題，優(yōu)化了SPI通過(guò)四線(xiàn)連接的缺點(diǎn)。I3C同時(shí)解決I2C功耗較高的問(wèn)題，I3C成為低功耗、低成本和快速數(shù)字接口，它支持主機(jī)MCU和傳感器等外圍設(shè)備之間的多點(diǎn)連接以及多主控設(shè)備。

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I3C 接口主要特性：

（1）2線(xiàn)串行接口（使用SDA和SCL），時(shí)鐘頻率高達(dá)12.5 MHz。

（2）向下兼容I2C。

（3）I3C采用動(dòng)態(tài)尋址。

（4）支持靜態(tài)I2C尋址。

（5）支持I2C單數(shù)據(jù)速率消息傳送 (SDR)。

（6）支持可選的高數(shù)據(jù)速率消息傳送模式 (HDR)。

（7）支持多點(diǎn)、帶內(nèi)中斷和熱插拔。

I2C 與 I3C 的區(qū)別

以下是I2C 和 I3C 在主要功能和參數(shù)上的差異：

與I2C相比，I3C存在許多優(yōu)勢(shì)和差異，MIPI聯(lián)盟雖盡量使I3C向后兼容I2C，但也并非完全向后兼容。如以下方面還存在顯著區(qū)別：

1. 時(shí)鐘延展

當(dāng)設(shè)備間進(jìn)行通信，出現(xiàn)設(shè)備要讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)但傳輸?shù)臄?shù)據(jù)尚未準(zhǔn)備好的情況時(shí)，一些I2C設(shè)備會(huì)通過(guò)時(shí)鐘延展來(lái)暫停時(shí)鐘，從而允許更多的時(shí)間來(lái)滿(mǎn)足某些時(shí)序要求。而I3C通信所支持的設(shè)備完全獨(dú)立于SCL時(shí)鐘，是禁止使用時(shí)鐘停滯的。因此，支持時(shí)鐘延展的I2C設(shè)備為能與I3C兼容，必須在無(wú)延展的時(shí)鐘頻率上工作。

2. 速率模式

I2C具有時(shí)序和最大通信速率各不相同的幾種速率模式。但I(xiàn)3C并不支持I2C提供的所有速率模式，僅支持其中的兩種速率模式，即快速模式和快速模式+。當(dāng)I3C控制器與I2C目標(biāo)設(shè)備通信時(shí)，控制器會(huì)降低總線(xiàn)速率。

3. Glitch濾波器

Glitch濾波器用于濾除通信總線(xiàn)上的各種無(wú)用噪聲。許多I2C設(shè)備在串行線(xiàn)上內(nèi)置50ns的Glitch濾波器，可以防止對(duì)數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的干擾。由于I3C支持更高的通信速率，因此沒(méi)有在I3C中內(nèi)置此類(lèi)濾波器。

兼容I3C的設(shè)備需要哪些條件？

（1）使用適合此類(lèi)I3C目標(biāo)的ENTDAA、SETDASA和SETAASA CCC的任意組合，為I3C（2）總線(xiàn)上的任何I3C目標(biāo)分配唯一的動(dòng)態(tài)地址。

（3）特定的CCC和已知的靜態(tài)地址（如果有的話(huà)）必須是預(yù)先配置的，即系統(tǒng)設(shè)計(jì)者已知的。

（4）管理其上拉結(jié)構(gòu)，包括SDA和SCL的開(kāi)漏類(lèi)上拉和High-Keeper上拉。

（5）在漏極開(kāi)路模式下管理START請(qǐng)求和地址標(biāo)頭仲裁。

（6）使用錯(cuò)誤恢復(fù)升級(jí)模型恢復(fù) I3C 目標(biāo)設(shè)備。

（7）支持控制器強(qiáng)制執(zhí)行的所有CCC命令，包括ENEC、DISEC、ENTDAA、SETDASA、RSTDAA、GETCAPS、RSTACT、GETPID、GETBCR、GETDCR 和 GETSTATUS。

上述要求適用于作為其I3C總線(xiàn)主控的I3C設(shè)備。在總線(xiàn)初始化期間作為輔助控制器的 I3C 設(shè)備（或在總線(xiàn)初始化后隨后加入的設(shè)備）不需要滿(mǎn)足所有這些要求。

I3C最初的設(shè)計(jì)初衷是作為用于所有數(shù)字接口傳感器的單一接口用于移動(dòng)應(yīng)用。但它現(xiàn)在適用于MCU、傳感器、控制器、電源調(diào)節(jié)器、FPGA等所有中速嵌入式和深度嵌入式應(yīng)用。由于I3C的低功耗特性，允許多點(diǎn)連接，適用于所有嵌入式系統(tǒng)。I3C和I2C兩種協(xié)議混用的情況將變得更加常見(jiàn)。