MIPI I3C协议中文文档.pdf

发布时间：2022-06-16 发布人：admin 分类：说明书资料大小：3.46M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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1、I3C介绍

1.1 I3C接口协议目的

1.2 I3C接口关键特性

2、术语

2.1使用特殊条款

2.2 定义

2.3 缩写

3、技术概述

3.1 I3C总线基本原则

3.2 I3C主设备和从设备

3.2.1 I3C主设备

3.2.1.1 I3C主机设备角色

3.2.2 I3C从设备

3.2.2.1 I3C从设备角色

4、I3C总线协议

4.1 SDR Mode

4.1.1 总线配置

4.1.1.1 I3C设备特性

4.1.1.2 I3C特性寄存器

4.1.1.2.1 总线特性寄存器(BCR)

4.1.1.2.3 传统虚拟寄存器(LVR)

4.1.2 总线数据传输

4.1.2.1 I3C从器件角色

4.1.2.2 I3C协议地址头

4.1.2.2.1 I3C地址仲裁

4.1.2.2.2 I3C地址仲裁优化

4.1.2.2.3 Master使用I3C从机地址启动帧的后果

4.1.2.2.4重复START后的地址头是推挽式

4.1.2.2.5 I3C从机地址限制

4.1.2.3 I3C SDR数据字

5.1.2.3.1 从地址ACK到SDR主机开始写数据切换

4.1.2.3.2 主机写数据字的第九位作为奇偶校验位

4.1.2.3.3 从机返回SDR数据的第九位作为结束位

4.1.2.4 使用时钟速度防止传统I2C器件看到I3C传输

4.1.2.5 主时钟延迟

4.1.2.5.1 I3C/I2C传输，ACK/NACK阶段

4.1.2.5.2 写数据传输，奇偶校验位

4.1.2.5.3 I3C Read Transfer, Transition Bit

4.1.2.5.4 动态地址分配，分配地址第一位

4.1.3 总线条件

4.1.3.1 Bus Free Condition

4.1.3.2 Bus Available Condition

4.1.3.3 Bus Idle Condition

4.1.3.4 Activity States

4.1.4 总线初始化和动态地址分配

4.1.4.1 设备动态地址分配请求

4.1.4.1.1 唯一的身份标识

4.1.4.1.2 具有动态地址分配的总线初始化序列

4.1.4.3 临时ID冲突与检测

4.1.5 热插拔连接机制

4.1.6 带内中断

4.1.6.1 优先级

4.1.6.2 I3C从设备中断请求

4.1.7 第二主机功能

4.1.8 时序控制

4.1.9 通用命令代码(CCC)

4.1.9.1 通用命令代码格式

4.1.9.2 广播命令和直接命令的比较

4.1.9.2.1 CCC命令结束

4.1.9.2.2直接CCC命令的帧模型

4.1.9.2.3 Direct GET CCC命令的重试模式

4.1.9.3 CCC命令定义

4.1.9.3.1启用/禁用从器件事件命令(ENEC/DISEC)

4.1.9.3.2 输入活动状态0-3（ENTAS0-ENTAS3）

4.1.9.3.3重置动态地址分配（RSTDAA）

4.1.9.3.4 enter dynamic address assignment(ENTDAA)

4.1.9.3.5 Set/Get Max Write Length(SETMWL)

4.1.9.3.6 Set/Get Max Read Length(SETMRL)

4.1.9.3.7 Define List of Slaves(DEFSLVS)

4.1.9.3.8 Enter Test Mode(ENTTM)

4.1.9.3.9 Enter HDR Mode 0-7(ENTHDR0-ENTHDR7)

4.1.9.3.10 Set Dynamic Address from Staic Address(SETDASA)

4.1.9.3.11 Set New Dynamic Address (SETNWDA)

4.1.9.3.12 Get Provisional ID(GETPID)

4.1.9.3.13 Get Bus Characteristics Regster(GETBCR)

4.1.9.3.14 Get Device Characteristics Regster(GETDCR)

4.1.9.3.15 Get Device Status (GETSTATUS)

4.1.10 SDR错误检测和恢复方法

4.1.10.1 Error Type S0

4.2 HDR Mode

4.2.1 HDR Exit Pattern and HDR Restart Pattern

4.2.1.1 HDR Exit Pattern

4.2.1.2 HDR Restart Pattern

4.2.1.3 HDR Exit Pattern Detector

4.2.2 HDR-DDR Mode

4.2.2.1 HDR-DDR 综述

4.2.2.2 HDR-DDR Command Code

4.2.2.3 HDR-DDR 总线转换

4.2.2.3.1 Command to Read Data from Slave

4.2.2.3.2 End of a Read Command Message

4.2.2.3.3 Master Termination of a Read Command Message

4.3 HDR-TSP and HDR-TSL

4.3.1 HDR三进制信令和编码协议

4.3.1.1 HDR三进制信令

4.3.1.1 HDR三进制编码协议

4.3.1 HDR三进制命令编码

4.3.2 HDR三进制总线转换

5、附录

目录 1、I3C 介绍 ..................................................................................................................................... 2 1.1 I3C 接口协议目的 ............................................................................................................ 2 1.2 I3C 接口关键特性 ............................................................................................................ 3 2、术语 ............................................................................................................................................ 3 2.1 使用特殊条款 .................................................................................................................... 3 2.2 定义 ................................................................................................................................... 4 2.3 缩写 ................................................................................................................................... 6 3、技术概述 .................................................................................................................................... 7 3.1 I3C 总线基本原则 ............................................................................................................ 7 3.2 I3C 主设备和从设备 ........................................................................................................ 9 3.2.1 I3C 主设备 ............................................................................................................ 9 3.2.2 I3C 从设备 .......................................................................................................... 11 4、I3C 总线协议 ........................................................................................................................... 11 4.1 SDR Mode ...................................................................................................................... 11 4.1.1 总线配置 ............................................................................................................. 12 4.1.2 总线数据传输 ..................................................................................................... 15 4.1.3 总线条件 ............................................................................................................. 27 4.1.4 总线初始化和动态地址分配 ............................................................................. 29 4.1.5 热插拔连接机制 ................................................................................................. 31 4.1.6 带内中断 ............................................................................................................. 32 4.1.7 第二主机功能 ..................................................................................................... 34 4.1.8 时序控制 ............................................................................................................. 34 4.1.9 通用命令代码(CCC) ......................................................................................... 34 4.1.10 SDR 错误检测和恢复方法 .............................................................................. 42 4.2 HDR Mode ..................................................................................................................... 42 4.2.1 HDR Exit Pattern and HDR Restart Pattern .................................................. 43 4.2.2 HDR-DDR Mode............................................................................................... 44 4.3 HDR-TSP and HDR-TSL ................................................................................................ 51 4.3.1 HDR 三进制信令和编码协议 ............................................................................ 52 4.3.1 HDR 三进制命令编码 ........................................................................................ 57 4.3.2 HDR 三进制总线转换 ........................................................................................ 59 5、附录 .......................................................................................................................................... 60

1、I3C 介绍移动无线和受移动影响的产品中传感器的激增已经产生了重大的设计挑战。由于没有一致的物理传感器接口方法，设备和平台设计人员面临着数字接口碎片，包括 I2C，SPI 和 UART 等。除了主接口之外，可能还需要其他信号，例如专用中断，芯片选择信号以及使能和睡眠信号。这增加了所需的主机 GPIO 数量，这反过来又增加了主机封装引脚和更多 PCB 层的系统成本。随着时间的推移和传感器的数量增加，这种情况变得越来越难以支持和管理。 MIPI I3C 接口的开发旨在通过为传感器提供快速，低成本，低功耗，双线数字接口来简化移动无线产品中的传感器系统设计架构。图 1 I3C 系统架构 1.1 I3C 接口协议目的 I3C 接口旨在改进 I2C 接口的功能，保持向下兼容性。本规范定义了主机处理器和外围传感器之间的标准多点接口。实施 I3C 规范极大地提高了移动终端系统设计者系统设计的灵活性，降低成本，支持更多扩展传感器。

1.2 I3C 接口关键特性对于 I3C 接口而言，两个主要问题是最重要的：在传输数据和控制时尽可能少地使用能量，同时减少接口使用的物理引脚数量。因此，I3C 接口的特点是：  使用推挽式，最高 12.5 MHz 的双线串行接口  传统 I2C 设备在同一总线上共存（有一些限制）  动态寻址，同时支持传统 I2C 器件的静态寻址  传统的 I2C 消息传递  类似 I2C 的单数据速率消息（SDR）  可选的高数据速率消息模式（HDR）  多点连接功能  多主机功能  带内中断支持  热插入支持  同步定时支持和异步时间戳 I3C 接口提供总线功耗的主要效率，同时提供比 I2C 接口高 10 倍以上的传输速度。图 2 图 2 中的条形图显示了与 I2C 相比，不同 I3C 模式的给定数据量的能耗（单位为每兆位毫焦耳），而右侧是数据吞吐量。两者都显示出 I3C 的显着优势。 2、术语 2.1 使用特殊条款   shall 表示严格遵守强制性要求，以符合规范，并且不允许偏差（应等于要求） should 表示在几种可能性中，建议特别适合，不提及或排除其他可能性;或者某种行动方案是首选但不一定是必需的;或者（以否定的形式）某种行为被弃用但不被禁止（应

该等于推荐。  may 表示在规范范围内允许的行动方案（可以等于允许）  can 表示可能性和能力的陈述，无论是物质，物理还是因果（可以等于） 2.2 定义 ACK：“确认”的缩写。另见 NACK。地址仲裁：确定仲裁地址以解决争用的过程。地址：指定设备或寄存器位置的一组位。可仲裁：取决于仲裁裁决。仲裁：如果两个设备同时开始传输，则需要仲裁来确定总线控制。如果主设备寻址多个从设备，则在从设备传输期间也可能需要仲裁。桥接器件：I3C 总线上的器件，允许从本机 I3C 总线协议转换为另一种协议（如 SPI，UART 等）。广播：使用广播地址 7'h7E 为多个从设备发出的命令。总线：SCL 和 SDA 线路的物理和逻辑实现。总线可用条件：I3C 总线上的状态，其中 SCL 线和 SDA 线均为高电平至少为 tAVAL（参见表），并且器件能够在总线上启动事务。总线空闲条件：在 STOP 之后和 START 之前在 I3C 总线上时间间隔至少 tCAS（参见表 74）。 Bus Idle Condition：在总线空闲条件时间内，表示设备可能尝试热连接 I3C 总线。总线周转：当发送设备发送命令，然后接收设备接管 I3C 总线以响应。特征：量化设备的可用特性和功能。时钟到数据周转时间：接收 SCL 边沿和开始驱动 SDA 之间的持续时间。见表 75 中的 tSCO。 CRC5：具有五阶多项式长度的循环冗余校验。 Current Master: 当前主设备，当前具有 I3C 总线主控制功能的 I3C 设备。设备 ID：定义传感器系统中设备的特性或功能。动态地址：在总线初始化期间分配或分配的设备地址。上电后通常会发生。故障保护：如果 I3C 设备总线焊盘在未通电时泄漏不会增加，则认为它是故障安全的。由于设备未通电，因此其垫可以是无动力的，因为其 IO 轨道未通电或被夹紧，或两者兼而有之。故障保护仅适用于某些热连接设备。 Frame: 帧以 START 开始，然后是目标从站的地址，数据，最后是 STOP。高数据速率（HDR）：高数据速率模式，通过在两个时钟边沿传输数据来实现更高的速度。 High-Keeper: 当 SDA（有时是 SCL）相对于所有设备处于高阻态时使用的弱上拉型设备。 Host: 提供移动设备核心功能的硬件和软件。 Hot-Join: 在已经启动的情况下加入总线的从属服务器，无论是因为它们之前未被供电还是因为它们已被物理插入总线; Hot-Join 机制允许 Slave 通知 Master 它已准备好获得动态地址。 In-Band Interrupt：带内中断（IBI）;一种方法，通过该方法，从器件将其地址发送到 I3C 总线上的仲裁地址头，以通知主器件中断。 I2C 器件：满足 I2C 规范要求的主器件或从器件 I3C 设备：满足 I3C 规范要求的主设备或从设备。传统 I2C：I3C 维护 I2C 的行业标准架构，并支持现有的 I2C 从器件。 I3C 不支持 I2C 总线主控器。

Main Master：掌握 I3C 总线的总体控制权。包括对第二主机的控制和切换。 Master：控制 I3C 总线的 I3C 设备。 Mastership: 控制 I3C 总线，担任主机角色。消息：设备之间的分组通信。 Minimal Bus: 具有一个主设备的 I3C 总线（可能具有减少的功能），以及一个具有固定和保留从设备地址值 7'h01 的有效从设备。其他只读从设备也可以选择存在于最小总线中，但不能有其他读写从设备。 MIPI 制造商 ID：MIPI 兼容设备供应商的双字节/16 位唯一标识符 Mixed Fast Bus: 混合快速总线，I3C 总线拓扑结构，I2C 和 I3C 器件都存在于 I3C 总线上，其中 I2C 器件在 SCL 线路上具有真正的 I2C 50ns 尖峰滤波器。 Mixed Slow/Limited Bus: 混合慢速限制总线，I3C 总线拓扑结构，I2C 和 I3C 器件都存在于 I3C 总线上，其中 I2C 器件在 SCL 线路上没有真正的 I2C 50 ns 尖峰滤波器。 Mode：区分 I3C 中使用的不同数据传输方法，包括传统 I2C 模式，单数据速率模式（SDR），高数据速率模式（HDR），双数据速率模式（HDR-DDR），三进制传统模式（HDR-TSL）和纯总线模式的三进制（HDR-TSP）。 Multi-Drop：一条通过仲裁过程进行通信以确定哪个设备发送信息的总线。其他设备侦听它们要接收的数据。 Multi-Master：总线上有多个总线主站。当总线上的多个节点需要启动传输时使用。 NACK：“不确认”的缩写，表示没有确认 ACK。另见 ACK。离线功能：离线功能设备能够断开与物理 I3C 总线的连接和能够忽略 I3C 总线上的 I3C 流量。设备的离线功能是其总线特性寄存器中反映的功能之一。开漏：高阻态，有效下拉。通常与无源上拉一起使用。驻留：在转换总线之前由主机（或从机读取）设置的逻辑电平高电平，允许另一个驱动逻辑电平为低电平（通过弱上拉保持高电平）。报头：HDR-DDR 模式中数据字之前的位。 Pull-Down：用于将总线拉至逻辑低状态的活动机制。上拉：用于将总线拉至逻辑高状态的机制。该机制可以是主动的也可以是被动的。纯总线：仅存在 I3C 器件的总线拓扑。Pure Bus 上不允许使用 I2C 设备。推挽：输出驱动器上的有源下拉和有源上拉。重复 START：连续 START 的两个或多个实例，没有干预 STOP。在主机希望继续在 I3C 总线上进行通信而无需先生成 STOP 的情况下，使用重复 START。在本说明书中，重复 START 缩写为“Sr”。这相当于在 I2C 中重复 START。 SDR-Only：设备仅支持 SDR 模式，即不支持 HDR 模式。辅助主控制器：辅助控制器仅在获得主控制器的许可后才控制 I3C 总线。总线的控制是暂时的，并且总是以控制权返回主控制器结束。单数据速率（SDR）：单数据速率仅在时钟的一个边沿传输数据。 Slave：从站设备只能响应主站的通用或单独命令。从设备无法生成时钟。尖峰滤波器：一种滤波器，用于消除持续时间短于 50 ns 的 SCL（和 SDA）尖峰。请参阅 I2C 规范中的输入滤波器（tSP 参数）。也称为毛刺滤波器。 Stall：I3C Master 在特定条件下保持 SCL 线低电平的行为。 START：START 是 SDA 线上从高电平到低电平转换的 I3C 总线条件，而 SCL 线保持高电平。在本规范中，START 缩写为“S”。 START Request：Slave 强制 Master 在空闲 I3C 总线上发出 START 的方法。静态地址：固定且无法更改的设备地址。

STOP：STOP 是 SDA 线上从低电平到高电平转换的 I3C 总线条件，而 SCL 线保持高电平。在本规范中，STOP 缩写为“P”。 Symbol: 在 I3C 三进制编码中，符号是一种抽象，可以具有三种状态中的任何一种。这些状态表示（对于 I3C 总线上的给定时段）SCL 线是否改变状态，SDA 线是否改变状态，或两条线是否改变状态。如果两行都没有更改状态，则不会为该时段生成符号。 T-Bit：转换位，是 ACK/NACK 机制的替代方案。三态模式：I3C HDR-TSP（纯母线的三进制）模式或 HDR-TSL（三进制传统）模式。时间戳：确定和分配事件发生时间的行为。定时控制：交换和控制系统定时信息的方法，旨在同步和时间戳 I3C 总线设备和事件。 Word：包含 16 个有效负载位和两个奇偶校验位的传输。 Word Types：使用四种 World 类型：命令字，用户数据字，CRC 字和保留字。 2.3 缩写 ACK Acknowledge e.g. For example (Latin: exempli gratia) i.e. That is (Latin: id est) High-Z 设置为高阻抗模式的输出驱动器（不能提供或吸收电流） NACK Not Acknowledge P STOP PHY Physical Layer S START Sr Repeated START T Transition Bit BCR 总线特性寄存器 BER 误码率 BMB 总线管理块 CCC 通用命令代码 CRC 循环冗余校验 DAR 动态地址请求 DCR 设备特性寄存器 DDR Double Data Rate，双倍数据速率 ESD Electro Static Discharge FSM Finite State Machine，有限状态机 HDR High Data Rate，高数据速率 HDR-DDR HDR Double Data Rate Mode，HDR双倍数据速率模式 IBI In-Band Interrupt，带内中断 ISTO Industry Standards and Technology Organization，行业标准与技术组织 LCR Legacy Characteristics Register，保留特征寄存器 LSb 最低有效位 MSb 最高有效位 NVMEM Non-Volatile Memory，非易失性存储器 OD Open Drain，开漏输出 PICS Protocol Implementation Conformance Statement

PUR Pull-Up Resistor，上拉电阻 SDR Single Data Rate，单数据速率 3、技术概述本节概述了 I3C 总线，I3C 接口和 I3C 主设备和从设备。 I3C 是一款双线双向串行总线，针对多个传感器从设备进行了优化，并且一次只能由一个 I3C 主设备控制。I3C 向下兼容许多传统 I2C 设备，但 I3C 设备还支持更高的速度，新的通信模式和新的设备角色，包括随时间更改设备角色的能力（例如初始 Master 可以合作地将 Master 角色传递给支持该功能的辅助 master I3C 设备）。I3C 包括：  支持许多传统 I2C 从设备和消息  I3C 单数据速率（SDR）模式：新的 I3C 协议增强了 I2C 协议私信支持，并添加两种标准内置消息： 1)、广播消息：发送给总线上的所有 I3C 从设备。 2)、直接消息：发送给特定的从设备。  I3C 高数据速率（HDR）模式：又分为 3 种模式，HDR-DDR，HDR-TSL，HDR-TSP。 1)、双数据速率（HDR-DDR）模式：使用与 SDR 模式相同的信令（即与 I2C 协议没有显着差异），但运行速度约为 SDR 速度的 2 倍。 2)、三进制传统（HDR-TSL）模式：对于混合使用 I2C 和 I3C 器件的总线，具有高数据速率加上三进制编码。与 I2C 协议有很大不同。 3)、三进制纯总线（HDR-TSP）模式：对于仅具有 I3C 器件的总线，具有更高的数据速率和三进制编码。与 I2C 协议有很大不同。 3.1 I3C 总线基本原则 I3C 支持多种通信格式，均共享双线接口。两条线指定为 SDA 和 SCL：  SDA(串行数据)是双向数据引脚  在某些 HDR 模式下，SCL(串行时钟)可以是时钟引脚或双向数据引脚 I3C 总线支持各种混合类型的消息：  类似 I2C 的 SDR 消息，SCL 时钟速度高达 12.5MHz  BroadCast CCC 和 Direct CCC 允许 Master 分别与 I3C 总线上的所有或一个 Slave 通信的消息。  HDR 模式消息，每个等效时钟周期实现更高的数据速率,双边沿采集数据。  Master 到传统 I2C Slave 的 I2C 消息。  Slave 向 Master 发起的 START 请求，例如发送带内中断或主控制权请求。图 3 I3C 总线上数据传输示例所有 I3C 通信都以帧的形式发生。帧以 START 开始，然后是一个或多个传输，以及 STOP。

对于 HDR 模式：首先，Master 使用专用广播 I3C 地址（7'h7E）发送给 I3C 总线上的所有从器件。然后发出一个进入 HDR 模式的通用命令代码(CCC)，表示主机正在进入 HDR 模式。每种 HDR 模式都有自己的进入 HDR 模式的通用命令代码。接下来是一次或多次 HDR 传输。使用 HDR 退出模式协议结束 HDR 模式。 I3C 基于帧封装方法。帧包括数据有效载荷。数据有效载荷的传输协议是 SDR 或 HDR。帧类似于类似 I2C 的总线管理。I3C 帧始终至少包括 START，HEADER，DATA 和 STOP。 START 之后的 HEADER 用于总线仲裁。主设备使用 HEADER 来寻址从设备。从设备可以将 HEADER 仲裁用于多种目的：用于带内中断，热连接和主控制权请求功能。进入 HDR 模式需要使用 Enter HDR CCC 命令。HDR 消息的 I3C 总线活动不遵循传统 I2C 格式。例如，HDR-TSP 有效载荷使用三进制进行编码，其中 SDA 线和 SCL 线都传输数据，其中时钟嵌入在数据传输协议中。在某一时刻 I3C 只允许一个 Master 控制 I3C 总线。I3C 协议提供了将主设备从一个设备切换到另一个设备的机制。图 4 I3C 通信流程图

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