【導讀】物聯(lián)網(wǎng)幾乎涉及我們日常生活的方方面面，從家用電器到復雜的樓宇自動(dòng)化和可穿戴設備。這些互聯(lián)設備收集和交換數據，從根本上塑造了我們的數字生態(tài)系統。在物聯(lián)網(wǎng)設備中，不同類(lèi)型的傳感器發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用，測量、監控和傳遞溫度、濕度、壓力和距離等關(guān)鍵物理屬性。
I3C 和 IoT 應用
物聯(lián)網(wǎng)幾乎涉及我們日常生活的方方面面，從家用電器到復雜的樓宇自動(dòng)化和可穿戴設備。這些互聯(lián)設備收集和交換數據，從根本上塑造了我們的數字生態(tài)系統。在物聯(lián)網(wǎng)設備中，不同類(lèi)型的傳感器發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用，測量、監控和傳遞溫度、濕度、壓力和距離等關(guān)鍵物理屬性。
I3C 協(xié)議為聯(lián)網(wǎng)傳感器節點(diǎn)提供了多種優(yōu)勢。它支持高速通信，在單數據速率 (SDR) 模式下速度高達 12.5 MHz。它還支持帶內中斷和動(dòng)態(tài)尋址。在動(dòng)態(tài)尋址中，中央控制器為每個(gè)連接的設備分配的地址，以防止地址沖突。與其前身 I 2 C 相比，I3C 擁有更快的速度、更簡(jiǎn)單的 2 線(xiàn)接口、更高效的協(xié)議結構，并且在更低的電壓下運行以降低功耗。這些改進(jìn)使 I3C 非常適合高效管理連接網(wǎng)絡(luò )內的多個(gè)傳感器節點(diǎn)將具有內置 I3C 外設的低成本 MCU 集成到 IoT 傳感器節點(diǎn)中作為模擬“聚合器”，可以增強整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò )的功能和效率。在此設置中，MCU 的片上模數轉換器 (ADC) 用于將來(lái)自多個(gè)模擬傳感器的讀數轉換為數字值。然后，這些數字值可以存儲在 MCU 的內部存儲器中以供進(jìn)一步分析或組織起來(lái)以實(shí)現更高效的傳輸。聚合的傳感器數據以針對系統效率優(yōu)化的間隔通過(guò) I3C 總線(xiàn)傳輸到主控制器。
與其他通信接口相比，I3C 需要更少的引腳和電線(xiàn)，能夠限度地降低組件復雜性、成本和功耗，因此它在基于傳感器的系統中具有明顯優(yōu)勢。對于在要求嚴格的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)環(huán)境中探索的系統設計人員來(lái)說(shuō)，具有 I3C 通信接口的緊湊型 MCU 是不可或缺的解決方案，有助于創(chuàng )建符合市場(chǎng)需求的成功物聯(lián)網(wǎng)設備。
嵌入式設備中的多種協(xié)議和多種電壓
隨著(zhù)技術(shù)需求的增長(cháng)，嵌入式開(kāi)發(fā)人員面臨著(zhù)越來(lái)越大的向后兼容性挑戰。這種兼容性至關(guān)重要，因為它允許嵌入式系統逐步更新，而不是完全重新設計。為了幫助簡(jiǎn)化向 I3C 的過(guò)渡，新的通信協(xié)議解決了 I 2 C 和 SMBus 的限制，同時(shí)使用與 I 2 C相同的兩個(gè)引腳來(lái)傳輸時(shí)鐘和數據，以保持兼容性。
盡管 I3C 旨在向后兼容 I 2 C/SMBus 協(xié)議，但 I3C 總線(xiàn)上存在 I 2 C/SMBus 設備會(huì )影響總線(xiàn)性能，即使對 I3C 設備進(jìn)行了控制器優(yōu)化也是如此。為了解決這個(gè)問(wèn)題，帶有 I3C 模塊的 MCU 可以用作橋接設備，將 I 2 C/SMBus 目標設備與“純”I3C 總線(xiàn)隔離開(kāi)來(lái)。這可以保持 I3C 總線(xiàn)的完整性，允許主 I3C 控制器通過(guò)橋接 MCU 與 I 2 C/SPI 設備通信。此外，MCU 可以整合來(lái)自 I 2 C/SMBus 設備的中斷，并使用帶內中斷將它們傳輸到主 I3C 控制器，而無(wú)需額外的引腳或信號。
嵌入式系統包含各種組件，例如 MCU、傳感器和其他電路。通常，這些組件需要相互連接，但它們在不同的電壓域中運行。例如，模擬傳感器通常在 5 V 下運行，而 I 2 C 和 SMBus 等通信協(xié)議則需要 3.3 V。I3C 總線(xiàn)甚至可以在 1 V 下運行，以滿(mǎn)足現代高速處理器的要求。
具有多電壓 I/O (MVIO) 功能的 MCU 可解決電壓不兼容問(wèn)題，無(wú)需使用電平轉換器。此功能使 I3C 和 I 2 C /SMBus 總線(xiàn)能夠同時(shí)在不同電壓下運行。例如，MCU 可以在 1 V 下運行 I3C 總線(xiàn)，同時(shí)將 I 2 C /SMBus 總線(xiàn)保持在更高的 3.3 V 下，以兼容舊設備。
如圖1所示，Microchip 的 PIC18-Q20 MCU 支持 MVIO，提供多種通信協(xié)議，如 I3C、SPI、I 2 C 和 UART，以及多三個(gè)獨立的工作電壓域。這種靈活性在設備使用不同協(xié)議和電壓的復雜網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中非常有用，使嵌入式開(kāi)發(fā)人員能夠保留現有協(xié)議，同時(shí)確保其設計面向未來(lái)。
圖 1支持 MVIO 的 PIC18-Q20 MCU 提供多種通信協(xié)議，如 I3C、SPI、I 2 C 和 UART，以及多三個(gè)獨立的工作電壓域。這為嵌入式設備可能使用不同協(xié)議和電壓的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境提供了靈活性。
現代計算基礎設施
人們很容易低估我們在日常數字生活中對數據中心的依賴(lài)程度。從進(jìn)行商業(yè)和金融交易到瀏覽互聯(lián)網(wǎng)、存儲數據、參與社交網(wǎng)絡(luò )、參加虛擬會(huì )議和享受數字娛樂(lè )，所有這些活動(dòng)都由數據中心促成。這些中心確保我們的數據安全、互聯(lián)網(wǎng)快速，并且我們的數字服務(wù)始終可用。
數據中心的是現代刀片服務(wù)器：一種高度先進(jìn)的計算機，旨在限度地提高空間效率并大規模優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )性能。由于其功能的關(guān)鍵性，每個(gè)服務(wù)器機箱內的某些系統任務(wù)被委托給邊帶控制器。當主處理單元專(zhuān)注于管理主要數據流時(shí)，邊帶控制器介入以增強網(wǎng)絡(luò )性能。它建立了一個(gè)輔助通信通道來(lái)監督單個(gè)服務(wù)器刀片，并處理重要任務(wù)，例如監控系統運行狀況、檢測故障、發(fā)現和配置設備、更新固件以及在不中斷主處理器的情況下進(jìn)行診斷。這確保了平穩高效的運行。邊帶管理是一個(gè)關(guān)鍵工具，可以大大提高數據中心的可靠性、可用性和效率。
固態(tài)硬盤(pán) (SSD) 也常用于數據中心存儲和快速訪(fǎng)問(wèn)數據。的 SSD 外形尺寸，SNIA 企業(yè)和數據中心標準外形尺寸 (EDSFF)，已采用 I3C 協(xié)議進(jìn)行邊帶通信，這是現有 SMBus 協(xié)議的自然升級。I3C 滿(mǎn)足了對更快性能、更高數據傳輸速率和更高功率效率的需求。I3C 的高速通信可實(shí)現更快的總線(xiàn)管理和配置修改，從而增強系統響應能力。
靈活的 MCU（例如 PIC18-Q20 系列（圖 2））特別適合數據中心和企業(yè)環(huán)境中的系統管理任務(wù)。這些 MCU 具有多兩個(gè)獨立的 I3C 接口，可以輕松連接到 SSD 控制器以執行系統管理任務(wù)，以及通過(guò)邊帶連接連接到基板管理控制器 (BMC)。此外，憑借內置的傳統通信協(xié)議（如 I 2 C/SMBus、SPI 和 UART），這些設備是當前和下一代 SSD 設計的理想解決方案。圖 2：PIC18-Q20 系列可通過(guò)邊帶連接輕松連接到 SSD 和 BMC 控制器。
I3C 日益普及
I3C 協(xié)議的集成已成為嵌入式系統的推動(dòng)力。增強的通信能力、更低的功耗以及與現有協(xié)議的兼容性使 I3C 成為下一代物聯(lián)網(wǎng)和計算應用的基石。通過(guò)優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)設備和數據中心通信中的傳感器功能，I3C 的多功能性在集成到 MCU 中時(shí)可以為現代電子系統提供堅實(shí)的基礎。I3C 的采用正在迅速普及，從而提高了性能、可靠性和效率。
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