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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。

關鍵詞： I3C控制器仲裁机制通用命令代码动态地址分配

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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