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SoC芯片上I3C控制器IP的設計與驗證

電子技術應用 11期

阮宇鵬1，劉威1，2，3，4

（1.武漢大學物理科學與技術學院，湖北武漢 430072；2.武漢大學微電子學院，湖北武漢 430072； 3.湖北珞珈實驗室，湖北武漢 430072；4.武漢量子技術研究院，湖北武漢 430072）

摘要： 介紹一種可用APB總線配置的I3C控制器IP的設計與驗證，I3C（Improved Inter Integrated Circuit），即改進的I2C，是一種新型的串行通信模塊，同樣是用于SoC設計中的外圍IP模塊。與I2C相比，它支持新的通信模式、更高的通信速度（高達12.5 MHz）、動態地址分配，并帶有內置中斷（IBI）。這些特性使得I3C與I2C相比優勢明顯，未來大規模地普及和商用也是大勢所趨。首先介紹I3C協議的基本原理和優勢，然后詳細描述I3C控制器的設計架構和功能模塊，在設計完成后，對I3C控制器進行了功能驗證并展示其驗證結果，證明了所提出方法的有效性和可靠性。

關鍵詞： I3C控制器仲裁機制通用命令代碼動態地址分配

中圖分類號：TN40
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.233958
引用格式：阮宇鵬，劉威. SoC芯片上I3C控制器IP的設計與驗證[J]. 電子技術應用，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）接口是一種廣泛應用于集成電路領域的串行通信協議，它可以將多個設備連接到同一條總線上，特別適用于嵌入式系統和其他需要少量設備通信的應用。然而，隨著行業的發展，移動無線和受移動影響的產品中傳感器的數量激增，這給設計者帶來了巨大的挑戰，因為沒有一致的物理傳感器接口方法，使得傳感器的接口設計變得更加復雜和多樣化，從而影響了系統的性能和可靠性。設備和平臺設計人員面臨著來自各種數字接口的挑戰，包括但不限于I2C、SPI和UART等[1]。例如I2C速率低、功耗大的短板日趨明顯，為了增強I2C的性能，MIPI將I3C (Improved Inter Integrated Circuit)接口標準作為I2C協議的演進。MIPI聯盟是一個由ARM、諾基亞、意法半導體和德州儀器等公司于2003年發起成立的國際組織，旨在為移動應用處理器提供一個開放的標準和規范，以降低設計復雜度和成本，提高設計靈活性和效率，并為此制定了一套完整的接口標準[2-4]。

I3C是一種雙線總線：串行數據（SDA）和串行時鐘（SCL），它能夠在某些高數據率（HDR）情況下充當時鐘引腳或數據引腳。并且I3C總線可以支持不同類型的混合消息，例如：使用最高12.5 MHz的SCL時鐘速度傳輸類似I2C的單數據率（SDR）消息和實現更高數據率的HDR消息，該規范還為I3C從設備之間的點對點通信提供了條件[2]。

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【作者信息】

阮宇鵬1，劉威1，2，3，4

（1.武漢大學物理科學與技術學院，湖北武漢 430072；2.武漢大學微電子學院，湖北武漢 430072；

3.湖北珞珈實驗室，湖北武漢 430072；4.武漢量子技術研究院，湖北武漢 430072）

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