功能简介
I3C(Improved Inter Integrated Circuit)总线是由MIPI Alliance开发的一种简单、低成本的双向二线制同步串行总线。
I3C是两线双向串行总线,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。相比于I2C,I3C总线拥有更高的速度、更低的功耗,支持带内中断、从设备热接入以及切换当前主设备,同时向后兼容I2C从设备。I3C增加了带内中断(In-Bind Interrupt)功能,支持I3C设备进行热接入操作,弥补了I2C总线需要额外增加中断线来完成中断的不足。I3C总线上允许同时存在I2C设备、I3C从设备和I3C次级主设备。
I3C接口定义了完成I3C传输的通用方法集合,包括:
-
I3C控制器管理:打开或关闭I3C控制器。
-
I3C控制器配置:获取或配置I3C控制器参数。
-
I3C消息传输:通过消息传输结构体数组进行自定义传输。
-
I3C带内中断:请求或释放带内中断。
基本概念
-
IBI(In-Band Interrupt)
带内中断。在SCL线没有启动信号时,I3C从设备可以通过拉低SDA线使主设备发出SCL启动信号,从而发出带内中断请求。若有多个从机同时发出中断请求,I3C主机则通过从机地址进行仲裁,低地址优先相应。
-
DAA(Dynamic Address Assignment)
动态地址分配。I3C支持对从设备地址进行动态分配从而避免地址冲突。在分配动态地址之前,连接到I3C总线上的每个I3C设备都应以两种方式之一来唯一标识:
1)设备可能有一个符合I2C规范的静态地址,主机可以使用此静态地址;
2)在任何情况下,设备均应具有48位的临时ID。 除非设备具有静态地址且主机使用静态地址,否则主机应使用此48位临时ID。
-
CCC(Common Command Code)
通用命令代码,所有I3C设备均支持CCC,可以直接将其传输到特定的I3C从设备,也可以同时传输到所有I3C从设备。
-
BCR(Bus Characteristic Register)
总线特性寄存器,每个连接到 I3C 总线的 I3C 设备都应具有相关的只读总线特性寄存器 (BCR),该寄存器描述了I3C兼容设备在动态地址分配和通用命令代码中的作用和功能。
-
DCR(Device Characteristic Register)
设备特性寄存器,连接到 I3C 总线的每个 I3C 设备都应具有相关的只读设备特性寄存器 (DCR)。 该寄存器描述了用于动态地址分配和通用命令代码的 I3C 兼容设备类型(例如,加速度计、陀螺仪等)。
运作机制
在HDF框架中,I3C模块接口适配模式采用统一服务模式,这需要一个设备服务来作为I3C模块的管理器,统一处理外部访问,这会在配置文件中有所体现。统一服务模式适合于同类型设备对象较多的情况,如I3C可能同时具备十几个控制器,采用独立服务模式需要配置更多的设备节点,且服务会占据内存资源。相反,采用统一服务模式可以使用一个设备服务作为管理器,统一处理所有同类型对象的外部访问(这会在配置文件中有所体现),实现便捷管理和节约资源的目的。
相比于I2C,I3C总线拥有更高的速度、更低的功耗,支持带内中断、从设备热接入以及切换当前主设备,同时向后兼容I2C从设备。一路I3C总线上,可以连接多个设备,这些设备可以是I2C从设备、I3C从设备和I3C次级主设备,但只能同时存在一个主设备,一般为控制器本身。
图 1 I3C物理连线示意图
约束与限制
I3C模块当前仅支持轻量和小型系统内核(LiteOS-A),不支持在用户态使用。
使用指导
场景介绍
I3C可连接单个或多个I3C、I2C从器件,它主要用于:
-
与传感器通信,如陀螺仪、气压计或支持I3C协议的图像传感器等;
-
通过软件或硬件协议转换,与其他接口(如 UART 串口等)的设备进行通信。
接口说明
I3C模块提供的主要接口如表1所示,具体API详见//drivers/hdf_core/framework/include/platform/i3c_if.h。
表 1 I3C驱动API接口功能介绍
接口名 | 接口描述 |
---|---|
DevHandle I3cOpen(int16_t number) | 打开I3C控制器 |
void I3cClose(DevHandle handle) | 关闭I3C控制器 |
int32_t I3cTransfer(DevHandle handle, struct I3cMsg *msg, int16_t count, enum TransMode mode) | 自定义传输 |
int32_t I3cSetConfig(DevHandle handle, struct I3cConfig *config) | 配置I3C控制器 |
int32_t I3cGetConfig(DevHandle handle, struct I3cConfig *config) | 获取I3C控制器配置 |
int32_t I3cRequestIbi(DevHandle handle, uint16_t addr, I3cIbiFunc func, uint32_t payload) | 请求带内中断 |
int32_t I3cFreeIbi(DevHandle handle, uint16_t addr) | 释放带内中断 |
说明:
本文涉及的所有接口,仅限内核态使用,不支持在用户态使用。
开发步骤
I3C的使用流程如图2所示。
图 2 I3C使用流程图
打开I3C控制器
在进行I3C通信前,首先要调用I3cOpen打开I3C控制器。
DevHandle I3cOpen(int16_t number);
表 2 I3cOpen参数和返回值描述
参数 | 参数描述 |
---|---|
number | int16_t类型,I3C控制器号 |
返回值 | 返回值描述 |
NULL | 打开I3C控制器失败 |
控制器句柄 | 打开的I3C控制器句柄 |
假设系统中存在8个I3C控制器,编号从0到7,以下示例代码为打开1号控制器:
DevHandle i3cHandle = NULL; // I3C控制器句柄
// 打开I3C控制器
i3cHandle = I3cOpen(1);
if (i3cHandle == NULL) {
HDF_LOGE("I3cOpen: i3c open fail.\n");
return NULL;
}
获取I3C控制器配置
int32_t I3cGetConfig(DevHandle handle, struct I3cConfig *config);
表 3 I3cGetConfig参数和返回值描述
参数 | 参数描述 |
---|---|
handle | DevHandle类型,I3C控制器句柄 |
config | 结构体指针,I3C控制器配置 |
返回值 | 返回值描述 |
HDF_SUCCESS | 获取成功 |
负数 | 获取失败 |
获取I3C控制器配置示例:
struct I3cConfig config;
int32_t ret = I3cGetConfig(i3cHandle, &config);
if (ret != HDF_SUCCESS) {
HDF_LOGE("I3cGetConfig: get config fail, ret:%d", ret);
return ret;
}
配置I3C控制器
int32_t I3cSetConfig(DevHandle handle, struct I3cConfig *config);
表 4 I3cSetConfig参数和返回值描述
参数 | 参数描述 |
---|---|
handle | DevHandle类型,I3C控制器句柄 |
config | 结构体指针,I3C控制器配置 |
返回值 | 返回值描述 |
HDF_SUCCESS | 配置成功 |
负数 | 配置失败 |
配置I3C控制器示例:
struct I3cConfig config;
config->busMode = I3C_BUS_HDR_MODE;
config->curMaster = NULL;
int32_t ret = I3cSetConfig(i3cHandle, &config);
if (ret != HDF_SUCCESS) {
HDF_LOGE("I3cSetConfig: set config fail, ret:%d", ret);
return ret;
}
进行I3C通信
消息传输
int32_t I3cTransfer(DevHandle handle, struct I3cMsg *msgs, int16_t count, enum TransMode mode);
表 5 I3cTransfer参数和返回值描述
参数 | 参数描述 |
---|---|
handle | DevHandle类型,I3C控制器句柄 |
msgs | 结构体指针,待传输数据的消息结构体数组 |
count | int16_t类型,消息数组长度 |
mode | 枚举类型,传输模式,0:I2C模式;1:I3C模式;2:发送CCC |
返回值 | 返回值描述 |
正整数 | 成功传输的消息结构体数目 |
负数 | 执行失败 |
I3C传输消息类型为I3cMsg,每个传输消息结构体表示一次读或写,通过一个消息数组,可以执行若干次的读写组合操作。
int32_t ret;
uint8_t wbuff[2] = { 0x12, 0x13 };
uint8_t rbuff[2] = { 0 };
struct I3cMsg msgs[2]; // 自定义传输的消息结构体数组
msgs[0].buf = wbuff; // 写入的数据
msgs[0].len = 2; // 写入数据长度为2
msgs[0].addr = 0x3F; // 写入设备地址为0x3F
msgs[0].flags = 0; // 传输标记为0,默认为写
msgs[1].buf = rbuff; // 要读取的数据
msgs[1].len = 2; // 读取数据长度为2
msgs[1].addr = 0x3F; // 读取设备地址为0x3F
msgs[1].flags = I3C_FLAG_READ // I3C_FLAG_READ置位
// 进行一次I2C模式自定义传输,传输的消息个数为2
ret = I3cTransfer(i3cHandle, msgs, 2, I2C_MODE);
if (ret != 2) {
HDF_LOGE("I3cTransfer: transfer fail, ret:%d\n", ret);
return HDF_FAILURE;
}
注意:
- I3cMsg结构体中的设备地址不包含读写标志位,读写信息由flags成员变量的读写控制位传递。
- 本函数不对消息结构体个数做限制,其最大个数度由具体I3C控制器决定。
- 本函数不对每个消息结构体中的数据长度做限制,同样由具体I3C控制器决定。
- 本函数可能会引起系统休眠,禁止在中断上下文调用。
请求IBI(带内中断)
int32_t I3cRequestIbi(DevHandle handle, uint16_t addr, I3cIbiFunc func, uint32_t payload);
表 6 I3cRequestIbi参数和返回值描述
参数 | 参数描述 |
---|---|
handle | DevHandle类型,I3C控制器句柄 |
addr | uint16_t类型,I3C设备地址 |
func | 函数指针,IBI回调函数 |
payload | IBI有效载荷 |
返回值 | 返回值描述 |
HDF_SUCCESS | 请求成功 |
负数 | 请求失败 |
请求带内中断示例:
static int32_t TestI3cIbiFunc(DevHandle handle, uint16_t addr, struct I3cIbiData data)
{
(void)handle;
(void)addr;
HDF_LOGD("TestI3cIbiFunc: %.16s", (char *)data.buf);
return HDF_SUCCESS;
}
int32_t I3cTestRequestIbi(void)
{
DevHandle i3cHandle = NULL;
int32_t ret;
// 打开I3C控制器
i3cHandle = I3cOpen(1);
if (i3cHandle == NULL) {
HDF_LOGE("I3cOpen: i3c open fail.\n");
return;
}
ret = I3cRequestIbi(i3cHandle, 0x3F, TestI3cIbiFunc, 16);
if (ret != HDF_SUCCESS) {
HDF_LOGE("%s: Request IBI failed!", __func__);
return ret;
}
I3cClose(i3cHandle);
HDF_LOGD("I3cTestRequestIbi: done");
return HDF_SUCCESS;
}
释放IBI(带内中断)
int32_t I3cFreeIbi(DevHandle handle, uint16_t addr);
表 7 I3cFreeIbi参数和返回值描述
参数 | 参数描述 |
---|---|
handle | DevHandle类型,I3C控制器句柄 |
addr | uint16_t类型,I3C设备地址 |
返回值 | 返回值描述 |
HDF_SUCCESS | 释放成功 |
负数 | 释放失败 |
释放带内中断示例:
I3cFreeIbi(i3cHandle, 0x3F); // 释放带内中断
关闭I3C控制器
I3C通信完成之后,需要关闭I3C控制器,关闭函数如下所示:
void I3cClose(DevHandle handle);
表 8 I3cClose参数和返回值描述
参数 | 参数描述 |
---|---|
handle | DevHandle类型,I3C控制器句柄 |
关闭I3C控制器实例:
I3cClose(i3cHandle); // 关闭I3C控制器
使用实例
本例程以操作Hi3516DV300开发板上的I3C虚拟设备为例,详细展示I3C接口的完整使用流程,基本硬件信息如下。
-
SOC:hi3516dv300。
-
虚拟I3C设备:I3C地址为0x3f, 寄存器位宽为1字节。
-
硬件连接:虚拟I3C设备挂接在18号和19号I3C控制器下。
本例程进行简单的I3C传输,测试I3C通路是否正常。
示例如下:
#include "i3c_if.h" // I3C标准接口头文件
#include "hdf_log.h" // 标准日志打印头文件
#include "osal_io.h" // 标准IO读写接口头文件
#include "osal_time.h" // 标准延迟&睡眠接口头文件
// 定义一个表示设备的结构体,存储信息
struct TestI3cDevice {
uint16_t busNum; // I3C总线号
uint16_t addr; // I3C设备地址
uint16_t regLen; // 寄存器字节宽度
DevHandle i3cHandle; // I3C控制器句柄
};
// 基于I3cTransfer方法封装一个寄存器读写的辅助函数,通过flag表示读或写
static int32_t TestI3cReadWrite(struct TestI3cDevice *testDevice, unsigned int regAddr,
unsigned char *regData, unsigned int dataLen, uint8_t flag)
{
int index = 0;
unsigned char regBuf[4] = {0};
struct I3cMsg msgs[2] = {0};
// 单双字节寄存器长度适配
if (testDevice->regLen == 1) {
regBuf[index++] = regAddr & 0xFF;
} else {
regBuf[index++] = (regAddr >> 8) & 0xFF;
regBuf[index++] = regAddr & 0xFF;
}
// 填充I3cMsg消息结构
msgs[0].addr = testDevice->addr;
msgs[0].flags = 0; // 标记为0,表示写入
msgs[0].len = testDevice->regLen;
msgs[0].buf = regBuf;
msgs[1].addr = testDevice->addr;
msgs[1].flags = (flag == 1) ? I3C_FLAG_READ : 0; // 添加读标记位,表示读取
msgs[1].len = dataLen;
msgs[1].buf = regData;
if (I3cTransfer(testDevice->i3cHandle, msgs, 2, I2C_MODE) != 2) {
HDF_LOGE("TestI3cReadWrite: i3c transfer err.");
return HDF_FAILURE;
}
return HDF_SUCCESS;
}
// 寄存器读函数
static inline int32_t TestI3cReadReg(struct TestI3cDevice *testDevice, unsigned int regAddr,
unsigned char *regData, unsigned int dataLen)
{
return TestI3cReadWrite(testDevice, regAddr, regData, dataLen, 1);
}
// 寄存器写函数
static inline int32_t TestI3cWriteReg(struct TestI3cDevice *testDevice, unsigned int regAddr,
unsigned char *regData, unsigned int dataLen)
{
return TestI3cReadWrite(testDevice, regAddr, regData, dataLen, 0);
}
// I3C例程总入口
static int32_t TestCaseI3c(void)
{
int32_t ret;
unsigned char bufWrite[7] = { 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xA, 0xB, 0xC };
unsigned char bufRead[7] = {0};
static struct TestI3cDevice testDevice;
// 设备信息初始化
testDevice.busNum = 18;
testDevice.addr = 0x3F;
testDevice.regLen = 2;
testDevice.i3cHandle = NULL;
// 打开I3C控制器
testDevice.i3cHandle = I3cOpen(testDevice.busNum);
if (testDevice.i3cHandle == NULL) {
HDF_LOGE("TestCaseI3c: open I3c:%u fail!", testDevice.busNum);
return HDF_FAILURE;
}
// 向地址为0x3F的设备连续写7字节数据
ret = TestI3cWriteReg(&testDevice, 0x3F, bufWrite, 7);
if (ret != HDF_SUCCESS) {
HDF_LOGE("TestCaseI3c: test i3c write reg fail, ret:%d", ret);
I3cClose(testDevice.i3cHandle);
return ret;
}
OsalMSleep(10);
// 从地址为0x3F的设备连续读7字节数据
ret = TestI3cReadReg(&testDevice, 0x3F, bufRead, 7);
if (ret != HDF_SUCCESS) {
HDF_LOGE("TestCaseI3c: test i3c read reg fail, ret:%d", ret);
I3cClose(testDevice.i3cHandle);
return ret;
}
HDF_LOGD("TestCaseI3c: test i3c write&read reg success!");
HDF_LOGD("TestCaseI3c: function tests end.");
// 访问完毕关闭I3C控制器
I3cClose(testDevice.i3cHandle);
return HDF_SUCCESS;
}
最后
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