Microchip Technology Inc.
Avtorja: Stephenie Pinteric in Ulises Iniguez, Microchip
V sodobni elektroniki so ugnezdeni sistemi postali vse bolj kompleksni, saj vključujejo različne senzorje in komponente v številnih aplikacijah, vključno z IoT, računalništvom, nosljivimi napravami in varnostno občutljivimi aplikacijami.
Da bi zadostili rastočim zahtevam teh trgov, je MIPI Alliance [1] razvila vmesnik Improved Inter-Integrated Circuit® (I3C). I3C je napreden serijski komunikacijski vmesnik, ki ponuja pomembno nadgradnjo v načinu komuniciranja elektronskih komponent med seboj, saj zagotavlja hitrejše komunikacijske hitrosti, nižjo porabo energije in izboljšano fleksibilnost oblikovanja. Mikrokontrolerji (MCU) so ključni sestavni del ugnezdenih sistemov in se uporabljajo za nadzorovanje funkcij aplikacij, kot so zajemanje signalov senzorjev in krmiljenje v zaprti zanki. Poglobili se bomo v več aplikacij, ki lahko uporabljajo MCU z komunikacijskim vmesnikom I3C, ki ponuja robustno nadgradnjo in združljivost za implementacije I2C in SPI.
I3C in IoT aplikacije
Internet stvari (IoT) vpliva na skoraj vse vidike našega vsakdanjega življenja, od gospodinjskih pripomočkov do sofisticirane avtomatizacije stavb in nosljivih naprav. Te med seboj povezane naprave zbirajo in izmenjujejo podatke, s čimer bistveno oblikujejo naš digitalni ekosistem. V IoT napravah imajo ključno vlogo različni tipi senzorjev, ki merijo, spremljajo in prenašajo pomembne fizikalne lastnosti, kot so temperatura, vlažnost, tlak, razdalja in druge.
Protokol I3C ponuja več prednosti za omrežna senzorska vozlišča. Omogoča zelo hitro komunikacijo s hitrostjo do 12,5 MHz v načinu SDR (Single Data Rate). Podpira tudi prekinitve v pasu in dinamično naslavljanje. Pri dinamičnem naslavljanju centralni krmilnik dodeli edinstvene naslove vsaki priključeni napravi, s čimer prepreči konflikte naslovov. V primerjavi s predhodnikom I2C se I3C ponaša z višjimi hitrostmi, enostavnejšim 2-žičnim vmesnikom, učinkovitejšo strukturo protokola in deluje pri nižjih napetostih, kar zmanjšuje porabo energije. Te izboljšave omogočajo, da je I3C primeren za učinkovito upravljanje več senzorskih vozlišč v povezani mreži.
Vključitev poceni mikrokontrolerja z vgrajenimi I3C perifernimi napravami v IoT senzorska vozlišča kot analogni „agregat“ lahko izboljša funkcionalnost in učinkovitost celotnega senzorskega omrežja. V tej konfiguraciji se analogno-digitalni pretvornik (ADC) na čipu mikrokontrolerja uporablja za pretvorbo odčitkov iz več analognih senzorjev v digitalne vrednosti. Te digitalne vrednosti se nato lahko shranijo v notranji pomnilnik mikrokontrolerja za nadaljnjo analizo ali organizirajo za učinkovitejši prenos. Zbirni podatki senzorjev se prenašajo na glavni krmilnik prek I3C vodila v intervalih, ki so optimizirani za učinkovitost sistema.
Izrazita prednost I3C v sistemih, ki temeljijo na senzorjih, postane očitna, ko upoštevamo njegovo sposobnost zmanjševanja kompleksnosti komponent, stroškov in porabe energije, saj v primerjavi z alternativnimi komunikacijskimi vmesniki zahteva manj priključkov in žic. Za sistemskei načrtovalce, ki se spopadajo z zahtevnim IoT trgom, se kompaktni mikrokontroler s komunikacijskim vmesnikom I3C kaže kot bistvena rešitev, ki olajšuje ustvarjanje uspešnih IoT naprav, ki so v skladu z zahtevami trga.
Več protokolov in več napetosti v ugnezdenih napravah
S povečevanjem tehnoloških zahtev se razvijalci ugnezdenih sistemov soočajo z vse večjimi izzivi glede združljivosti s starejšimi različicami. Ta združljivost je ključnega pomena, saj omogoča postopno posodabljanje ugnezdenih sistemov, namesto da bi jih bilo treba popolnoma na novo zasnovati. Da bi olajšali prehod na I3C, novi komunikacijski protokol odpravlja omejitve I2C in SMBus, hkrati pa za ohranitev združljivosti uporablja ista dva priključka kot I2C za uro in podatke.
Čeprav je cilj I3C zagotoviti združljivost z protokoli I2C/SMBus, lahko prisotnost I2C/SMBus naprave na I3C vodilu vpliva na zmogljivost vodila, tudi če je krmilnik optimiziran za I3C naprave. Da bi to rešili, lahko mikrokontroler z I3C modulom služi kot povezovalna naprava, ki loči ciljne I2C/SMBus naprave od „čistega“ I3C vodila. Tako se ohrani celovitost I3C vodila, glavni I3C krmilnik pa lahko komunicira z I2C/SPI napravami prek premostitvenega MCU. Poleg tega lahko MCU združi prekinitve iz I2C/SMBus naprav in jih prenese glavnemu I3C krmilniku z uporabo prekinitev v pasu, brez dodatnih priključkov ali signalov.
Ugnezdeni sistemi vključujejo različne komponente, kot so mikrokontrolerji, senzorji in druga vezja. Pogosto je treba te komponente med seboj povezati, vendar delujejo v različnih napetostnih območjih. Na primer, analogni senzorji običajno delujejo pri 5 voltih, medtem ko komunikacijski protokoli, kot sta I2C in SMBus, zahtevajo 3,3 volte. I3C vodilo lahko deluje celo pri 1 voltu, da ustreza zahtevam sodobnih hitrih procesorjev.
Mikrokontrolerji z večnapetostno I/O (MVIO) funkcijo odpravljajo nezdružljivosti napetosti in odpravljajo potrebo po pretvornikih napetosti. Ta funkcija omogoča, da I3C in I2C/SMBus vodila delujejo hkrati pri različnih napetostih. Na primer, mikrokontroler lahko poganja I3C vodilo pri 1 V, medtem ko I2C/SMBus vodilo ohranja višjo napetost 3,3 V za združljivost s starejšimi napravami.
Mikrokontrolerji PIC18-Q20 podjetja Microchip s podporo MVIO ponujajo več komunikacijskih protokolov, kot so I3C, SPI, I2C in UART, ter do tri neodvisne domene delovne napetosti. Ta prilagodljivost se izkaže za zelo koristno v kompleksnih omrežnih okoljih, kjer naprave uporabljajo različne protokole in napetosti, saj omogoča razvijalcem ugnezdenih sistemov, da ohranijo obstoječe protokole in hkrati zagotovijo varnost svojih zasnov v prihodnosti.
Sodobna računalniška infrastruktura
Večina ljudi podcenjuje, kako zelo smo v našem vsakdanjem digitalnem življenju odvisni od podatkovnih centrov. Od poslovnih in finančnih transakcij do brskanja po internetu, shranjevanja podatkov, sodelovanja v družbenih omrežjih, udeležbe na virtualnih sestankih in uživanja v digitalni zabavi – vse te dejavnosti omogočajo podatkovni centri. Ti centri zagotavljajo, da so naši podatki varni, internet hiter in digitalne storitve vedno na voljo.
V osrčju podatkovnega centra je sodoben »blade« strežnik, zelo napreden računalnik, zasnovan za maksimalno izkoriščanje prostora in optimizacijo zmogljivosti omrežja v velikem obsegu. Zaradi ključnega pomena njihove funkcije so nekatere sistemske naloge znotraj vsakega strežniškega ohišja prenesene na stranski pasovni krmilnik. Medtem ko se glavna procesna enota osredotoča na upravljanje primarnega pretoka podatkov, stranski pasovni krmilnik poskrbi za izboljšanje zmogljivosti omrežja. Ustanavlja sekundarni komunikacijski kanal za nadzor posameznih »blade« strežnikov in opravlja pomembne naloge, kot so spremljanje delovanja sistema, odkrivanje napak, odkrivanje in konfiguriranje naprav, posodabljanje strojne programske opreme in izvajanje diagnostike brez motenja glavnega procesorja. To zagotavlja nemoteno in učinkovito delovanje. Upravljanje stranskega pasu je ključno orodje, ki lahko znatno izboljša zanesljivost, razpoložljivost in učinkovitost podatkov
Tudi v podatkovnih centrih se za shranjevanje podatkov in hiter dostop do njih pogosto uporabljajo trdi diski (SSD). Najnovejša oblika SSD, SNIA® Enterprise and Datacenter Standard Form Factor (EDSFF), je kot naravno nadgradnjo obstoječega protokola SMBus sprejela I3C protokol za stransko pasovno komunikacijo. I3C odgovarja na potrebe po hitrejši zmogljivosti, višjih hitrostih prenosa podatkov in izboljšani energetski učinkovitosti. Zelo hitra I3C komunikacija omogoča hitrejše upravljanje vodila in spremembe konfiguracije za izboljšano odzivnost sistema.
Prilagodljivi mikrokontrolerji, kot je družina PIC18-Q20, so še posebej primerni za naloge upravljanja sistemov v podatkovnih centrih in podjetniških okoljih. S pomočjo do dveh ločenih I3C vmesnikov se ti mikrokontrolerji lahko enostavno povežejo s SSD krmilnikom za izvajanje nalog upravljanja sistema, pa tudi s krmilnikom Baseboard Management Controller (BMC) prek stranskega pasu. Poleg tega so te naprave z vgrajenimi starejšimi komunikacijskimi protokoli, kot so I2C/SMBus, SPI in UART, idealna rešitev za sedanje in prihodnje generacije SSD-jev.
Zaključek
Integracija protokola I3C se je izkazala kot gonilna sila v ugnezdenih sistemih. Izboljšane komunikacijske zmogljivosti, nižja poraba energije in združljivost z obstoječimi protokoli delajo I3C temelj za naslednjo generacijo IoT in računalniških aplikacij.
Z optimizacijo funkcionalnosti senzorjev v IoT napravah in komunikaciji podatkovnih centrov, vsestranskost I3C, ko je integriran v mikrokontrolerje, zagotavlja trdno podlago za razvijajoče se okolje elektronskih sistemov. S tehnološkim napredkom postaja uporaba I3C vseprisotna, kar omogoča izboljšano zmogljivost, zanesljivost in učinkovitost v mnogih elektronskih aplikacijah.
Za več informacij o mikrokontrolerju z naprednimi I3C zmogljivostmi obiščite: www.microchip.com/Q20
Viri:
1: https://www.mipi.org/specifications/i3c-sensor-specification
Opomba: Ime in logotip Microchip sta registrirani blagovni znamki podjetja Microchip Technology Incorporated v ZDA in drugih državah. Vse druge blagovne znamke, ki so morda tu omenjene, so last njihovih podjetij.
