【導讀】物聯網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化和可穿戴設備。這些互聯設備收集和交換數據，從根本上塑造了我們的數字生態系統。在物聯網設備中，不同類型的傳感器發揮著關鍵作用，測量、監控和傳遞溫度、濕度、壓力和距離等關鍵物理屬性。
I3C 和 IoT 應用
物聯網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化和可穿戴設備。這些互聯設備收集和交換數據，從根本上塑造了我們的數字生態系統。在物聯網設備中，不同類型的傳感器發揮著關鍵作用，測量、監控和傳遞溫度、濕度、壓力和距離等關鍵物理屬性。
I3C 協議為聯網傳感器節點提供了多種優勢。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態尋址。在動態尋址中，中央控制器為每個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、更簡單的 2 線接口、更高效的協議結構，并且在更低的電壓下運行以降低功耗。這些改進使 I3C 非常適合高效管理連接網絡內的多個傳感器節點將具有內置 I3C 外設的低成本 MCU 集成到 IoT 傳感器節點中作為模擬“聚合器”，可以增強整個傳感器網絡的功能和效率。在此設置中，MCU 的片上模數轉換器 (ADC) 用于將來自多個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一步分析或組織起來以實現更高效的傳輸。聚合的傳感器數據以針對系統效率優化的間隔通過 I3C 總線傳輸到主控制器。
與其他通信接口相比，I3C 需要更少的引腳和電線，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勢。對于在要求嚴格的物聯網市場環境中探索的系統設計人員來說，具有 I3C 通信接口的緊湊型 MCU 是不可或缺的解決方案，有助于創建符合市場需求的成功物聯網設備。
嵌入式設備中的多種協議和多種電壓
隨著技術需求的增長，嵌入式開發人員面臨著越來越大的向后兼容性挑戰。這種兼容性至關重要，因為它允許嵌入式系統逐步更新，而不是完全重新設計。為了幫助簡化向 I3C 的過渡，新的通信協議解決了 I 2 C 和 SMBus 的限制，同時使用與 I 2 C相同的兩個引腳來傳輸時鐘和數據，以保持兼容性。
盡管 I3C 旨在向后兼容 I 2 C/SMBus 協議，但 I3C 總線上存在 I 2 C/SMBus 設備會影響總線性能，即使對 I3C 設備進行了控制器優化也是如此。為了解決這個問題，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 總線隔離開來。這可以保持 I3C 總線的完整性，允許主 I3C 控制器通過橋接 MCU 與 I 2 C/SPI 設備通信。此外，MCU 可以整合來自 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 等通信協議則需要 3.3 V。I3C 總線甚至可以在 1 V 下運行，以滿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題，無需使用電平轉換器。此功能使 I3C 和 I 2 C /SMBus 總線能夠同時在不同電壓下運行。例如，MCU 可以在 1 V 下運行 I3C 總線，同時將 I 2 C /SMBus 總線保持在更高的 3.3 V 下，以兼容舊設備。
如圖1所示，Microchip 的 PIC18-Q20 MCU 支持 MVIO，提供多種通信協議，如 I3C、SPI、I 2 C 和 UART，以及多三個獨立的工作電壓域。這種靈活性在設備使用不同協議和電壓的復雜網絡環境中非常有用，使嵌入式開發人員能夠保留現有協議，同時確保其設計面向未來。
圖 1支持 MVIO 的 PIC18-Q20 MCU 提供多種通信協議，如 I3C、SPI、I 2 C 和 UART，以及多三個獨立的工作電壓域。這為嵌入式設備可能使用不同協議和電壓的網絡環境提供了靈活性。
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程度。從進行商業和金融交易到瀏覽互聯網、存儲數據、參與社交網絡、參加虛擬會議和享受數字娛樂，所有這些活動都由數據中心促成。這些中心確保我們的數據安全、互聯網快速，并且我們的數字服務始終可用。
數據中心的是現代刀片服務器：一種高度先進的計算機，旨在限度地提高空間效率并大規模優化網絡性能。由于其功能的關鍵性，每個服務器機箱內的某些系統任務被委托給邊帶控制器。當主處理單元專注于管理主要數據流時，邊帶控制器介入以增強網絡性能。它建立了一個輔助通信通道來監督單個服務器刀片，并處理重要任務，例如監控系統運行狀況、檢測故障、發現和配置設備、更新固件以及在不中斷主處理器的情況下進行診斷。這確保了平穩高效的運行。邊帶管理是一個關鍵工具，可以大大提高數據中心的可靠性、可用性和效率。
固態硬盤 (SSD) 也常用于數據中心存儲和快速訪問數據。的 SSD 外形尺寸，SNIA 企業和數據中心標準外形尺寸 (EDSFF)，已采用 I3C 協議進行邊帶通信，這是現有 SMBus 協議的自然升級。I3C 滿足了對更快性能、更高數據傳輸速率和更高功率效率的需求。I3C 的高速通信可實現更快的總線管理和配置修改，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環境中的系統管理任務。這些 MCU 具有多兩個獨立的 I3C 接口，可以輕松連接到 SSD 控制器以執行系統管理任務，以及通過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 系列可通過邊帶連接輕松連接到 SSD 和 BMC 控制器。
I3C 日益普及
I3C 協議的集成已成為嵌入式系統的推動力。增強的通信能力、更低的功耗以及與現有協議的兼容性使 I3C 成為下一代物聯網和計算應用的基石。通過優化物聯網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 中時可以為現代電子系統提供堅實的基礎。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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