从I2C升级革新到I3C，I3C能否取代传统接口？
i2c作为一种简单的双向二线制同步串行总线，已经为人们所熟知，在信息传输领域有着不少应用。此前大家对i2c的印象是结合了spi和uart的优点，但随着应用的发展，i2c速率低、功耗大的短板日趋明显，这时就需要新的升级版的总线协议来接棒。
i3c，全称improved inter integrated circuit，作为i2c的升级版接过了这个i2c手中的接力棒。i3c整合并统一了i2c和spi的关键属性，同时通过全面、可扩展的接口和体系结构改进每种方法的功能和性能。该规范还预测了未来移动、移动影响和嵌入式系统行业所需的传感器接口架构。
i3c，升级版i2c
在过去的几十年里，i2c的广泛应用可以说是有目共睹，但是其本身也有着两个避不开的缺点，一是速率受限，二是功耗偏大。此前也有不少spi代替i2c的做法，但是spi本身应用比较宽泛，最终也没能替代i2c。随着移动设备上传感器数量的增加，总线上数据量开始膨胀，i2c的瓶颈越来越明显。为了提升i2c的性能，早在2013年，mipi联盟传感器接口工作组就启动了基于i2c的需求升级。
i3c作为i2c的升级版，在使用功率和性能方面有重大改进，同时速率也升级到可以替代spi的中速，相当于spi 30mhz下的速率。i3c规范的主要制定者包括nxp，qualcomm，intel，还有invensense，ti，stm，synopsys，cadence，mentor，sony，knowles，lattice这些提供助力的厂商。
众所周知i2c是两根线，但是它的中断脚、使能脚等等都要通过gpio连到soc上，随着传感器数量的增加，使用i2c只能不断增加gpio。i3c将这些中断做成了内置，可以帮soc省去很多gpio。i3c也是向后兼容i2c，i2c可以平稳地过渡到i3c。这一升级有效助力了智能手机、可穿戴设备、物联网设备、增强现实/虚拟现实和汽车系统实现更多设计创新。
i3c优势与应用场景在哪里
i2c与i3c传感器接口框图对比，nxp
从上图i2c与i3c传感器接口框图对比可以很明显地看到，虽然i2c说是只有时钟线数据线，但是还需要很多额外的从线连到soc上，gpio数量的增加以添加soc包引脚和pcb层计数的形式增加了系统成本，相比之下i3c的布线情况就简洁很多，只需要两根信号线即可，可以显著缩小soc尺寸。
至于功耗，众所周知i2c的两根线scl和sda都是需要接上拉电阻的，上拉电阻的存在导致了i2c功耗会比较大，i3c的scl全程采用推挽，sda大部分时间也在推挽模式下工作，因此功耗会降低很大一部分。
功耗与速率对比，nxp
速率上i2c典型的速率有3 mbps max at 3.4 mhz (hs)、0.8 mbps max at 1 mhz (fm+)、0.35 mbps max at 400 khz (fm)。i3c典型的数据模式sdr是12mhz下的10.6mbps，最高速率是hdr模式下的三元采样，达到12.5mhz下的30mbps。
另外，i2c是没有命令字的，i3c则有着一整套通用命令字的集合。可以通过这些命令字实现动态地址分配、检查当前总线状态、时间控制、io扩展等等功能。整个功能比i2c有着全面的提升。
从i3c最典型的sdr信号处理上来看，动态地址分配后其启动条件与i2c相同（scl和sda从高降到底），但接下来就不同了，i3c scl可以达到4mhz，并且其高周期<45 ns，比i2c要求的50 ns低得多。接收到ack之后，主机就会将sda更改为推挽模式，并将其时钟增加到12.5 mhz使器件进入sdr模式。
地址仲裁可以说是i3c极为重要的特性。上面提到，i3c将中断内置（ibi）进来了，当slave产生中断时，ibi就会主动向主机发送中断信息，上传地址与其他信息。多个slave同时产生中断，这时候就有多个地址信息，就需要进行地址仲裁判别优先级。地址仲裁遵从一个原则，那就是0s优先，哪个slave小哪个优先级更高。地址冲裁也对热插拔、动态地址分配以及多主机申请判别同样有效。
i3c规范的更新
i3c协议v1.1.1的两部分（mipi会员版和基本版）均是在在去年发布。在最新的v1.1.1版本中，slave增加了reset机制，简单来讲就是使用退出hdr模式的方法增强了协议的故障恢复能力。
其次，增加了group的寻址方式，可以对多个slave进行分组然后进行寻址，类似于pmbus；再者是引入了hdr-bt模式，以12.5mhz提供高达97mbps的数据速率；对于ddr模式则增加了slave的中止、crc功能；另外，device-to-device tunnel机制也加入进来，实现slave之间的直接通信。
i3c厂商动向
nxp
nxp作为i3c协议的主要制定者，提供ip与silvaco合作，提供free basic slave、standard slave、advanced slave以及主机四种不同包装的i3c产品，根据不同具体应用的区别，可以为slave模块添加1.5k到2.5k的门，消耗的功率也很小，并支持采用时钟门控和其他方法来限制功耗。其后端可以在没有系统时钟的情况下运行。在nxp的rt系列mcu中，也可以看到i3c的身影。
synopsys
synopsys也发布了designware mipi i3c控制器ip，可以将更多传感器集成到系统中，同时简化电路板设计并降低总体成本和功耗。designware mipi i3c控制器ip多主机操作和32位arm amba 高级外设总线（apb）从接口。基于标准的apb接口将ip连接到soc的其余部分，同时总线连接到寄存器和直接存储器访问（dma）接口，从而实现轻松的ip集成，使设计人员能够拥有完整的传感器接口解决方案。
cadence
作为联盟成员cadence可以提供mipi i3c控制器。适用于mipi i3c的cadence控制器ip符合mipi i3c规范，并与i2c规范兼容，其设计可快速轻松地集成到任何移动嵌入式soc设备中，并以更好的性能和电源效率扩展传感器通信能力。mipi i3c控制器具有成为i3c总线上的启动器/主机或目标的能力。
cadence
瑞萨电子
今年，瑞萨电子与intel联手推出了面向下一代服务器主板和其他基础设施设备的i3c智能开关器件rg3mxxb12系列，为机架内的每个子系统带来先进的平台管理功能。i3c智能开关产品家族允许以最大速度将两个发起设备（上行）端口扩展到四个、八个或更多的目标端口，是mipi i3c基础应用很好的用例。
瑞萨电子
ti
随着系统中目标设备数量的增加，主机控制器必须考虑减少延迟、实现关键警报功能以及降低通信期间的功耗。ti在今年推出了基于i3c的温度传感器tmp139，以解决ddr5 dimm等复杂系统中的低延迟热传感挑战。在i3c的助力下，tmp139温度精度超过了规范要求，可实现更高性能的ddr5存储器模块。
ti
小结
i3c作为一种可扩展、实用和控制的基于i2c升级而来的总线接口，能更为便捷得将外围设备连接到应用程序处理器，其简洁、集成性高、成本效率高的优势非常明显，给智能手机、可穿戴设备、汽车系统等任何移动产品提供了创新的设计思路。假以时日，i3c进一步开放授权并强化性能，i3c取代传统的i2c，spi，uart等接口也不是不可能。
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i3c，升级版i2c
在过去的几十年里，i2c的广泛应用可以说是有目共睹，但是其本身也有着两个避不开的缺点，一是速率受限，二是功耗偏大。此前也有不少spi代替i2c的做法，但是spi本身应用比较宽泛，最终也没能替代i2c。随着移动设备上传感器数量的增加，总线上数据量开始膨胀，i2c的瓶颈越来越明显。为了提升i2c的性能，早在2013年，mipi联盟传感器接口工作组就启动了基于i2c的需求升级。
i3c作为i2c的升级版，在使用功率和性能方面有重大改进，同时速率也升级到可以替代spi的中速，相当于spi 30mhz下的速率。i3c规范的主要制定者包括nxp，qualcomm，intel，还有invensense，ti，stm，synopsys，cadence，mentor，sony，knowles，lattice这些提供助力的厂商。
众所周知i2c是两根线，但是它的中断脚、使能脚等等都要通过gpio连到soc上，随着传感器数量的增加，使用i2c只能不断增加gpio。i3c将这些中断做成了内置，可以帮soc省去很多gpio。i3c也是向后兼容i2c，i2c可以平稳地过渡到i3c。这一升级有效助力了智能手机、可穿戴设备、物联网设备、增强现实/虚拟现实和汽车系统实现更多设计创新。
i3c优势与应用场景在哪里
i2c与i3c传感器接口框图对比，nxp
从上图i2c与i3c传感器接口框图对比可以很明显地看到，虽然i2c说是只有时钟线数据线，但是还需要很多额外的从线连到soc上，gpio数量的增加以添加soc包引脚和pcb层计数的形式增加了系统成本，相比之下i3c的布线情况就简洁很多，只需要两根信号线即可，可以显著缩小soc尺寸。
至于功耗，众所周知i2c的两根线scl和sda都是需要接上拉电阻的，上拉电阻的存在导致了i2c功耗会比较大，i3c的scl全程采用推挽，sda大部分时间也在推挽模式下工作，因此功耗会降低很大一部分。
功耗与速率对比，nxp
速率上i2c典型的速率有3 mbps max at 3.4 mhz (hs)、0.8 mbps max at 1 mhz (fm+)、0.35 mbps max at 400 khz (fm)。i3c典型的数据模式sdr是12mhz下的10.6mbps，最高速率是hdr模式下的三元采样，达到12.5mhz下的30mbps。
另外，i2c是没有命令字的，i3c则有着一整套通用命令字的集合。可以通过这些命令字实现动态地址分配、检查当前总线状态、时间控制、io扩展等等功能。整个功能比i2c有着全面的提升。
从i3c最典型的sdr信号处理上来看，动态地址分配后其启动条件与i2c相同（scl和sda从高降到底），但接下来就不同了，i3c scl可以达到4mhz，并且其高周期<45 ns，比i2c要求的50 ns低得多。接收到ack之后，主机就会将sda更改为推挽模式，并将其时钟增加到12.5 mhz使器件进入sdr模式。
地址仲裁可以说是i3c极为重要的特性。上面提到，i3c将中断内置（ibi）进来了，当slave产生中断时，ibi就会主动向主机发送中断信息，上传地址与其他信息。多个slave同时产生中断，这时候就有多个地址信息，就需要进行地址仲裁判别优先级。地址仲裁遵从一个原则，那就是0s优先，哪个slave小哪个优先级更高。地址冲裁也对热插拔、动态地址分配以及多主机申请判别同样有效。
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ti
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