《電子技術(shù)應(yīng)用》
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低功耗芯片間串行媒體總線SLIMbus

2008-09-24
作者:Kenneth Boyce

??? 低功耗芯片間串行媒體總線SLIMbusTM是基帶或移動(dòng)終端應(yīng)用處理器與外設(shè)部件間的標(biāo)準(zhǔn)接口。SLIMbus規(guī)范是MIPI聯(lián)盟成員共同開發(fā)的。MIPI是一個(gè)移動(dòng)工業(yè)巨頭聯(lián)盟組織,旨在定義移動(dòng)應(yīng)用處理器接口開放標(biāo)準(zhǔn)或提升其現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)這些開放標(biāo)準(zhǔn),通過為移動(dòng)應(yīng)用處理器的標(biāo)準(zhǔn)硬件和軟件接口建立規(guī)范,并且鼓勵(lì)整個(gè)業(yè)界采用這些標(biāo)準(zhǔn)。MIPI聯(lián)盟致力于為移動(dòng)用戶加速開發(fā)新的服務(wù),在微處理器、外設(shè)和軟件接口方面完善現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)體系。
??? 開發(fā)SLIMbus總線的動(dòng)力來自于移動(dòng)終端和其他便攜式娛樂設(shè)備對(duì)多媒體功能不斷增長(zhǎng)的需求,以及驅(qū)動(dòng)高質(zhì)量數(shù)字音頻發(fā)展的產(chǎn)量增長(zhǎng)和產(chǎn)品差異化。


SLIMbus的主要特點(diǎn)


??? SLIMbus典型的特點(diǎn)為:支持音頻、數(shù)據(jù)、總線和單條總線上的設(shè)備控制器;減少引腳數(shù)以降低產(chǎn)品消耗;支持高質(zhì)量音頻多信道;單條總線上多重并發(fā)采樣率;高效、不受主機(jī)控制的、對(duì)等通用數(shù)據(jù)通信;提高軟件重用性和協(xié)同工作能力的標(biāo)準(zhǔn)消息集;使用普通數(shù)字音頻時(shí)鐘,同時(shí)也可使用已經(jīng)建立的系統(tǒng)時(shí)鐘;為降低總線功率消耗而采用動(dòng)態(tài)時(shí)鐘頻率" title="時(shí)鐘頻率">時(shí)鐘頻率。
??? 通過提供支持單總線結(jié)構(gòu)上許多部件和數(shù)字音頻信道的可擴(kuò)展多重結(jié)構(gòu),SLIMbus總線地址局限于現(xiàn)有的數(shù)字音頻接口,如I2S和PCM(它們都是單部件間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接,只支持一個(gè)或兩個(gè)數(shù)字音頻信道)。
??? 為了具有更大的靈活性和易用性,SLIMbus總線取消了控制總線,如: I2C、SPI、microWireTM、UART或數(shù)字音頻部件上的GPIO引腳。另外,也減少(或消除)了其他類型的移動(dòng)終端低帶寬部件上這些總線結(jié)構(gòu)中的控制總線。
????SLIMbus總線采用如下機(jī)制實(shí)現(xiàn)通信:同步雙向通信、靈活的TDM框架結(jié)構(gòu)、總線仲裁機(jī)制和消息結(jié)構(gòu),這些機(jī)制共同建立起SLIMbus設(shè)備間靈活、穩(wěn)固的數(shù)據(jù)連接。盡管SLIMbus總線對(duì)常速率媒體流的傳輸做了優(yōu)化,但它仍可以傳輸各種異步數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)。


SLIMbus總線的物理層介紹


????從物理意義上來說,SLIMbus總線包括兩個(gè)終端以及連接多個(gè)SLIMbus總線設(shè)備的數(shù)據(jù)線(DATA)和時(shí)鐘線(CLK)。
????SLIMbus總線使用多支路總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),所有總線信號(hào)對(duì)總線上的所有設(shè)備都是相同的。同樣,總線上的所有設(shè)備必須使用相同的協(xié)議進(jìn)行通信。選擇使用這種總線是因?yàn)樗蟠鬁p少了設(shè)備間互相連接的連線數(shù)目,同時(shí)允許將各種各樣的設(shè)備連接到總線上。
??? 多支路連接要求在任意一個(gè)給定時(shí)刻,總線上只允許一個(gè)設(shè)備向其他一臺(tái)或多臺(tái)接收設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。SLIMbus總線設(shè)備需通過仲裁程序訪問總線。
??? SLIMbus總線使用時(shí)分多用(TDM)體系結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)允許多個(gè)接收設(shè)備和發(fā)射設(shè)備駐留在總線上,以允許所有設(shè)備在分配的信道和時(shí)間片內(nèi)互相通信。SLIMbus總線支持設(shè)備間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信及一臺(tái)設(shè)備向其他設(shè)備發(fā)起的廣播式通信。
??? SLIMbus總線不是為提高熱插拔容量而設(shè)計(jì)的,其目的是要在如移動(dòng)電話等單個(gè)客戶終端內(nèi)完成通信。然而,根據(jù)SLIMbus總線規(guī)范中適當(dāng)協(xié)議而產(chǎn)生的系統(tǒng)使用需求,SLIMbus總線設(shè)備允許動(dòng)態(tài)的“掉線”和“重新接入”總線。


SLIMbus總線設(shè)備和設(shè)備類


??? SLIMbus總線設(shè)備是系統(tǒng)功能的邏輯實(shí)現(xiàn)。
?? ?一個(gè)設(shè)備類別目錄中的設(shè)備擁有相同的特性和功能。SLIMbus總線設(shè)備被劃分為許多設(shè)備類,每一設(shè)備類別的定義描述了屬于它的設(shè)備的最小需求信息,如設(shè)備控制信息、設(shè)備行為、支持的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議" title="傳輸協(xié)議">傳輸協(xié)議、實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能的最小數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。
??? 所有設(shè)備類別的需求包括:設(shè)備類別代碼,指定設(shè)備的類型;設(shè)備類別的版本代碼;支持傳輸?shù)男枨?,即:端口?shù)目、需要的設(shè)備屬性、定向性及這些端口所支持的傳輸協(xié)議。
??? 在第一版SLIMbus總線規(guī)范中,定義了四類SLIMbus總線設(shè)備:管理類、設(shè)計(jì)類、接口類和通用類。這些設(shè)備類可以完成要設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的SLIMbus總線系統(tǒng)而無需添加其他設(shè)備類。如果需要,設(shè)備類別集合是可以擴(kuò)展的。當(dāng)其他的設(shè)備類別被定義后,這些設(shè)備類別代碼將會(huì)由MIPI聯(lián)盟分配。
??? 管理類設(shè)備:管理類設(shè)備負(fù)責(zé)引導(dǎo)SLIMbus總線,并且完成總線管理功能(部件和設(shè)備列表、總線配置動(dòng)態(tài)信道分配)。
??? 設(shè)計(jì)類設(shè)備:設(shè)計(jì)類設(shè)備在時(shí)鐘線(CLK)上向所有SLIMbus總線部件傳遞時(shí)鐘信號(hào),為了建立總線和通信的最高水平的TDM幀結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)類設(shè)備也在數(shù)據(jù)線上將引導(dǎo)信號(hào)及幀信道(幀信息)傳送到其他SLIMbus總線設(shè)備,以便于建立異步通信。也可以使用用于音頻解碼和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換的高質(zhì)量時(shí)鐘,使系統(tǒng)內(nèi)不需要產(chǎn)生附加時(shí)鐘。
??? 接口類設(shè)備:接口類設(shè)備的每一部件提供總線管理服務(wù),控制結(jié)構(gòu)層次、接口部件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控消息協(xié)議,報(bào)告部件的當(dāng)前狀態(tài)、管理部件的初始化,以便于部件能夠適當(dāng)?shù)仳?qū)動(dòng)其設(shè)備。
??? 通用類設(shè)備:通用類設(shè)備通常被認(rèn)為是提高特定應(yīng)用功能的設(shè)備,這些特定功能將數(shù)字音頻轉(zhuǎn)換為模擬音頻(DAC)或者將模擬音頻轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻(ADV)。
??? 為了使用功能型SLIMbus總線設(shè)備,也需要使用SLIMbus總線接口設(shè)備、相關(guān)聯(lián)的其他設(shè)備和邏輯地址(EA和LA)、信息和取值元素(IE和VE)、每個(gè)設(shè)備的端口(P),所有這些用來建立總線連接、控制狀態(tài)信息流及數(shù)字音頻(或其他數(shù)據(jù))流。
??? 設(shè)備信息和評(píng)價(jià)元素:信息元素(IE)和評(píng)價(jià)元素(VE)是用來保存設(shè)備需要的狀態(tài)、配置以及其他重要信息的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元素。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可能是布爾型的,或有許多取值,這取決于設(shè)備的類型。這些IE和VE元素有效替換了諸如I2C或SPI傳統(tǒng)控制接口需要的注冊(cè)表。
??? 設(shè)備地址:SLIMbus總線使用48位枚舉型地址(EA)來識(shí)別設(shè)備,這些設(shè)備可以在總線上宣布它們的存在。每一設(shè)備都有一個(gè)EA地址,它包括制造序號(hào)ID、產(chǎn)品代碼、設(shè)備索引及設(shè)備實(shí)例值。制造序號(hào)ID代碼由MIPI聯(lián)盟提供,唯一識(shí)別制造的設(shè)備,就像PCI總線部件使用的制造序列號(hào)一樣。設(shè)備索引代碼在單個(gè)部件內(nèi)唯一識(shí)別多重設(shè)備,實(shí)例值代碼適用于將統(tǒng)一型號(hào)或類別的多重設(shè)備連接到總線上的情況。
??? 端口:端口設(shè)備提供設(shè)備之間的數(shù)據(jù)連接信道,某一特定設(shè)備最多可以有64個(gè)端口。
??? 端口能力取決于設(shè)備,并且在部件數(shù)據(jù)表里有專門的定義。典型的端口屬性包括數(shù)據(jù)的方向性,如:只輸入(sink)、只輸出(資源)、既可輸入也可輸出;端口屬性還包括支持的傳輸協(xié)議、數(shù)據(jù)寬度等。例如,MEMS移動(dòng)電話的端口屬性可能是只輸出、異步傳輸協(xié)議、16位數(shù)據(jù)寬度。
??? 數(shù)據(jù)傳輸后端口的狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)開啟電源或重新啟動(dòng)后,端口狀態(tài)處于非連接狀態(tài),此時(shí),端口不產(chǎn)生且不使用任何數(shù)據(jù)。當(dāng)端口被連接到數(shù)據(jù)信道后,它變化到非配置狀態(tài),也不產(chǎn)生且不使用任何數(shù)據(jù)。一旦處于非配置狀態(tài),端口便會(huì)接收信道配置消息,并根據(jù)這一消息做相應(yīng)的配置。
??? 在收到所有需要的配置參數(shù)后,端口狀態(tài)變化為已配置狀態(tài),此時(shí),端口已經(jīng)做好數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)備。


SLIMbus總線部件


?? ?SLIMbus總線部件包括兩個(gè)或多個(gè)SLIMbus總線設(shè)備。一個(gè)SLIMbus總線部件必須含有一個(gè)SLIMbus總線接口設(shè)備。此外,可以含有一個(gè)或多個(gè)其他類型的SLIMbus總線設(shè)備。
??? 圖1給出了一個(gè)復(fù)雜的SLIMbus總線。數(shù)據(jù)和控制信息由設(shè)備發(fā)出后首先使用消息協(xié)議對(duì)控制信息編碼,并使用傳輸協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)編碼。然后,數(shù)據(jù)和控制流根據(jù)幀層次做交叉存取,并在物理層被變換為數(shù)據(jù)線(DATA)和時(shí)鐘線(CLK)上的電信號(hào)。

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圖1 復(fù)雜的SLIMbus 總線部件


??? 在相反方向上,數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線上的電信號(hào)被物理層以比特流形式傳輸,然后被幀層拼湊成為數(shù)據(jù)和控制流。這些數(shù)據(jù)和控制流轉(zhuǎn)而被相應(yīng)協(xié)議解碼并送給部件中適當(dāng)?shù)脑O(shè)備。


SLIMbus總線系統(tǒng)


??? 圖2給出了一個(gè)可能的SLIMbus總線系統(tǒng)示例。所有的部件互不相同。需要注意,左上側(cè)的SLIMbus總線部件含有幀設(shè)備,因此,這一部件的CLK信號(hào)是雙向的。

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圖2 SLIMbus 總線系統(tǒng)的一個(gè)示例


??? 左上側(cè)的SLIMbus總線部件也含有管理設(shè)備,但不需要管理設(shè)備和幀設(shè)備在同一個(gè)SLIMbus總線部件中。
??? 左上側(cè)的SLIMbus總線部件中所含的元素也可以被組合成基帶或/和應(yīng)用處理器,用來建立移動(dòng)終端。


SLIMbus總線模式和操作介紹


??? SLIMbus總線系統(tǒng)模式包括使用共享數(shù)據(jù)線和共同時(shí)鐘信號(hào)互相通信的一系列SLIMbus總線設(shè)備。SLIMbus總線數(shù)據(jù)線上的信息被分配成控制空間信道和數(shù)據(jù)空間信道。
??? 控制空間信道傳輸總線配置信息和同步信息,也傳輸設(shè)備間的通信消息??刂瓶臻g信道允許動(dòng)態(tài)地自動(dòng)調(diào)整其占用的SLIMbus總線帶寬,甚至有時(shí)會(huì)達(dá)到100%。
??? 數(shù)據(jù)空間信道有時(shí)會(huì)用于傳輸應(yīng)用相關(guān)的特定信息,如同步、接近同步和異步數(shù)據(jù)流。
??? 根據(jù)傳輸協(xié)議,SLIMbus總線組成設(shè)備之間使用控制和數(shù)據(jù)信道傳送控制和數(shù)據(jù)信息,以便實(shí)現(xiàn)需要的系統(tǒng)操作。消息用來控制功能的實(shí)現(xiàn),傳輸協(xié)議處理控制數(shù)據(jù)流和應(yīng)用數(shù)據(jù)流的類型。
??? 信道:信道可以在一對(duì)設(shè)備(設(shè)備間通信)之間建立,或者在一個(gè)設(shè)備和多個(gè)設(shè)備之間建立(廣播式通信)。
??? (1)控制信道:控制空間信道(或控制信道)實(shí)際上有三種不同類型的信道:組幀信道、引導(dǎo)信道、消息信道。每一種都有不同的目的。
??? 組幀信道在特定幀的兩個(gè)時(shí)隙" title="時(shí)隙">時(shí)隙中傳輸幀同步符號(hào)和幀信息,這些特定幀傳送總線配置參數(shù),以便于所有部件能夠被同步到正被使用的總線參數(shù)。組幀信道不能進(jìn)行流控制" title="流控制">流控制,信道的寬度是固定的。
??? 引導(dǎo)信道在超幀的第一個(gè)和第二個(gè)子幀的一個(gè)時(shí)隙中傳輸,為部件獲取和改變消息信道中消息的同步提供必要信息。其不能進(jìn)行流控制,信道的寬度是固定的。
??? 消息信道傳輸多種類型的信息,包括總線配置信息、設(shè)備控制和設(shè)備狀態(tài)信息等。其通過已知符號(hào)實(shí)現(xiàn)流控制,信道寬度可以通過編程調(diào)整。
??? (2)數(shù)據(jù)信道:沒有分配給控制空間的任何SLIMbus總線帶寬可以分配給數(shù)據(jù)空間(數(shù)據(jù)信道)。數(shù)據(jù)空間由一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)信道組成,這些數(shù)據(jù)信道由處于激活狀態(tài)的管理設(shè)備根據(jù)應(yīng)用動(dòng)態(tài)建立,數(shù)據(jù)信道的數(shù)目取決于數(shù)據(jù)空間和信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流的類型。數(shù)據(jù)空間最多可以含有256個(gè)數(shù)據(jù)信道。
??? 數(shù)據(jù)信道是按固定時(shí)間間隔重復(fù)的由一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)隙構(gòu)成的連續(xù)時(shí)隙流,這組連續(xù)時(shí)隙流被稱為片段。因?yàn)檫@些片段以固定、已知的時(shí)間間隔重復(fù),間隔的大小與超幀長(zhǎng)度有關(guān),數(shù)據(jù)信道可以視為擁有自己已經(jīng)獲得和可能獲得的帶寬的虛擬總線。
??? 處于激活狀態(tài)的管理設(shè)備初始化一個(gè)數(shù)據(jù)信道后,將相關(guān)內(nèi)容參數(shù)傳送到所有使用該數(shù)據(jù)信道的設(shè)備。
??? 數(shù)據(jù)信道還可由參數(shù)來定義。
??? 圖3顯示了SLIMbus總線系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)。

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圖3 SLIMbus 總線參考模式


??? 數(shù)據(jù)信道、傳輸協(xié)議和流控制:數(shù)據(jù)信道根據(jù)應(yīng)用要求傳輸信息,多種數(shù)據(jù)格式可以共存。
??? SLIMbus總線并非直接支持各種數(shù)據(jù)格式,而是采用一組常用傳輸協(xié)議(包括用戶定義的傳輸協(xié)議)傳輸各種格式的數(shù)據(jù),用其定義數(shù)據(jù)流類型、流控制機(jī)制及傳輸附加特定應(yīng)用信息的側(cè)信道(如果存在的話)。
??? 端口之間的數(shù)據(jù)流遵循某一種傳輸協(xié)議。使用通道連接和信道斷開報(bào)文將SLIMbus設(shè)備端口與信道關(guān)聯(lián)起來。
??? 傳輸協(xié)議分單點(diǎn)傳輸和多點(diǎn)傳輸協(xié)議。表1總結(jié)了SLIMbus總線所定義的傳輸協(xié)議類型。

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??? 數(shù)據(jù)信道一次只允許有一個(gè)數(shù)據(jù)源,但是,根據(jù)信道所用的傳輸協(xié)議可以有一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)匯(數(shù)據(jù)接收器)。
??? 信道中如需使用流控制,則應(yīng)考慮設(shè)備及相關(guān)數(shù)據(jù)的類型。標(biāo)志位用來運(yùn)載流控制信息。
??? 如果時(shí)鐘線頻率剛好是數(shù)據(jù)流速率的整數(shù)倍,則不需流控制。因此,可以采用同步傳輸協(xié)議。如果需使用流控制,則需從兩種流控制樣式中選一種:?jiǎn)味嘶螂p端。
??? 單端數(shù)據(jù)流由共享算法(對(duì)加鎖協(xié)議而言)或存在位調(diào)控(對(duì)拉式或推式協(xié)議而言)。設(shè)計(jì)的協(xié)議能最理想地運(yùn)載恒速媒體流(例如線性脈碼調(diào)制(LPCM)音頻),但數(shù)據(jù)流的實(shí)際控制方法取決于總線的基礎(chǔ)頻率,也取決于數(shù)據(jù)流特點(diǎn)。
??? 當(dāng)采用推式協(xié)議運(yùn)載速率等于或小于信道碼率的數(shù)據(jù)時(shí),源設(shè)備驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)流,數(shù)據(jù)字段中的標(biāo)志位則指明數(shù)據(jù)的可用性。采用推式協(xié)議的數(shù)據(jù)信道可以連接到多倍數(shù)據(jù)匯(多點(diǎn)傳送),因?yàn)闆]有來自數(shù)據(jù)匯的反饋。
??? 采用拉式傳輸協(xié)議時(shí),如果需要,數(shù)據(jù)接收設(shè)備就向源設(shè)備請(qǐng)求或從源設(shè)備拉數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)字段中的標(biāo)志位指明數(shù)據(jù)的可用性。
??? 雙端隊(duì)列握手時(shí),與數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的兩臺(tái)設(shè)備中的任意一臺(tái)可用數(shù)據(jù)片段的標(biāo)志字段中的兩個(gè)或多個(gè)控制位來停止或啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送。四種異步傳輸協(xié)議全部采用這種流控制類型。設(shè)計(jì)的這些傳輸協(xié)議能最佳地支持異步數(shù)據(jù)流。


SLIMbus的幀結(jié)構(gòu)


??? SLIMbus采用同步雙線式總線在設(shè)備間傳載信息。按時(shí)分復(fù)用方式(TDM)組織SLIMbus的比特流。總線上的信息組織結(jié)構(gòu)被稱為幀結(jié)構(gòu)。
??? 用信道傳輸SLIMbus的控制空間和數(shù)據(jù)空間信息,每條信道代表一個(gè)特定信息流??烧{(diào)配控制空間和數(shù)據(jù)空間所占帶寬,這樣該總線幾乎可適應(yīng)各種用途。
??? 幀結(jié)構(gòu)含5種結(jié)構(gòu)單元:信元、時(shí)隙、幀、子幀和超幀。
??? 信元:即SLIMbus數(shù)據(jù)流的最小結(jié)構(gòu)單元,也是時(shí)鐘線兩條連續(xù)正邊沿所限制的數(shù)據(jù)信號(hào)區(qū)。每個(gè)信元能保持一個(gè)位的信息。
??? 時(shí)隙:時(shí)隙是SLIMbus上的帶寬單位,為4個(gè)毗鄰的信元(4個(gè)位),分別用C0、C1、C2和C3表示,按從最高有效位到最低有效位的順序傳送。從4位~32位或更多位,可很容易地組合成時(shí)隙。
??? 幀:一幀等于192個(gè)連續(xù)時(shí)隙,分別用S0、S1……S191表示,并按順序傳送。
??? 每幀的第一個(gè)時(shí)隙(S0)為控制空間時(shí)隙,它包含4位幀同步標(biāo)志符。每幀的S96時(shí)隙也是控制空間時(shí)隙,它包含4位成幀" title="成幀">成幀信息。
??? 組件采用幀同步數(shù)據(jù)和32位成幀信息與總線同步。所以,為了收到全部32位成幀信息,必須按8個(gè)連續(xù)幀為一組(即超幀)來讀取數(shù)據(jù)。
??? 子幀:子幀是對(duì)幀結(jié)構(gòu)的細(xì)分,控制空間和數(shù)據(jù)空間在子幀處交織。子幀第一個(gè)時(shí)隙總分派給控制空間。幀結(jié)構(gòu)如圖4所示,由此可以看出,子幀沒有固定長(zhǎng)度,子幀長(zhǎng)度可配置為6、8、24或32個(gè)連續(xù)時(shí)隙(24、32、96或128個(gè)信元)。所以,每幀可能的子幀數(shù)分別為32、24、8或6。子幀配置可動(dòng)態(tài)改變,取決于當(dāng)時(shí)數(shù)據(jù)流要求。
?? ?超幀:8個(gè)連續(xù)幀(1 536個(gè)時(shí)隙)組成一個(gè)超幀,分別用Frame 0、Frame 1、……Frame 7表示。超幀中,每幀第0時(shí)隙包含幀同步標(biāo)志符,第1幀(Frame 0)的第96時(shí)隙包含32位成幀信息的前4位。第1到第7幀的第96時(shí)隙也包含4位成幀信息,第7幀運(yùn)載最后4位成幀信息。按超幀同步模式,超幀頭部5個(gè)連續(xù)幀每次傳送一位。
??? 組件采用一整套成幀信息(8幀32位,每幀4位)和超幀同步標(biāo)志符獲得超幀同步。
??? 導(dǎo)頻信道(用于報(bào)文同步)由兩個(gè)時(shí)隙組成,一個(gè)在超幀中的第一幀,另一個(gè)在超幀中的第二幀。
??? 用時(shí)隙數(shù)(或信元數(shù))而非時(shí)間來表示超幀持續(xù)時(shí)間。通過改變SLIMbus的基礎(chǔ)頻率或/和時(shí)鐘檔位可動(dòng)態(tài)改變SLIMbus的超幀速率,以匹配特定用途。


SLIMbus的時(shí)鐘頻率和檔位


??? SLIMbus規(guī)格不規(guī)定具體的時(shí)鐘頻率,而是給出三個(gè)定義:基礎(chǔ)頻率、固有頻率和主頻率。
??? 基礎(chǔ)頻率:基礎(chǔ)頻率為時(shí)鐘線頻率的2(10-G)倍,其中G為當(dāng)前時(shí)鐘檔位,G=10時(shí),時(shí)鐘頻率就是基礎(chǔ)頻率?;A(chǔ)頻率可以是固有或主頻率,但不對(duì)此作強(qiáng)制要求?;A(chǔ)頻率可以是28MHz 或以下的任何頻率。
??? 可在總線工作時(shí)改變基礎(chǔ)頻率而不改變幀結(jié)構(gòu),即根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況調(diào)節(jié)功率消耗。
??? 固有頻率:固有頻率指允許不采用流控制而支持同步數(shù)據(jù)流的時(shí)鐘頻率,以簡(jiǎn)化串行低功率互聯(lián)上的信道分配。例如,支持11.025kHz和44.1kHz數(shù)字音頻采樣率的固有頻率,包括5.6448MHz、11.2896MHz和 22.5792MHz。類似地,支持8kHz和48kHz數(shù)字音頻采樣率的固有頻率包括6.144MHz、12.288MHz和24.576MHz。
??? 主頻率:音頻應(yīng)用時(shí),一組重要采樣率完全由4kHz的倍數(shù)頻率組成,即8、12、16、24、32、48和96kHz等。另一組采樣率完全由11.025kHz的倍數(shù)頻率組成,即11.025、 22.05、44.1和88.2kHz等。
??? 有時(shí)需采用非整數(shù)倍的頻率同步支持?jǐn)?shù)字音頻數(shù)據(jù)流或數(shù)據(jù)流族,如8kHz和44.1kHz的采樣率。這些情形下,時(shí)鐘線頻率不能設(shè)置為固有頻率。
??? 時(shí)鐘線頻率24.576MHz、12.288MHz、6.144MHz等意義尤為重大,因?yàn)樗鼈兡芟喈?dāng)高效地同步載運(yùn)4kHz流族和載運(yùn)11.025kHz流族(采用推或拉數(shù)據(jù)技術(shù))?;谶@種原因,稱這些時(shí)鐘頻率為主頻率。
??? 時(shí)鐘檔位:時(shí)鐘檔位有10檔(1~10檔),最低檔與最高檔之間的頻率相差512倍。時(shí)鐘檔位能使正在工作的SLIMbus的時(shí)鐘頻率按2n級(jí)數(shù)變化。如果將時(shí)鐘檔位升高一檔而不改變基礎(chǔ)頻率,則SLIMbus的時(shí)鐘頻率擴(kuò)大一倍;反之,如果將時(shí)鐘檔位降低一檔而不改變基礎(chǔ)頻率,則SLIMbus的時(shí)鐘頻率縮小一半。


SLIMbus發(fā)送報(bào)文


??? SLIMbus為總線管理、設(shè)備控制和數(shù)據(jù)傳送提供一套穩(wěn)健的報(bào)文。SLIMbus的核心報(bào)文包括:設(shè)備管理報(bào)文、數(shù)據(jù)信道管理報(bào)文、信息管理報(bào)文、重置報(bào)文、值管理報(bào)文。SLIMbus的其他報(bào)文有:目標(biāo)設(shè)備的類屬報(bào)文、目標(biāo)設(shè)備的用戶報(bào)文、源設(shè)備的類屬報(bào)文、源用戶報(bào)文、轉(zhuǎn)義報(bào)文。
??? 報(bào)文信道:總線所連設(shè)備之間依賴報(bào)文信道發(fā)送報(bào)文。為發(fā)送或接收?qǐng)?bào)文,組件應(yīng)首先取得報(bào)文同步。發(fā)送報(bào)文前,采用優(yōu)先權(quán)仲裁機(jī)制以進(jìn)入報(bào)文信道。
??? 報(bào)文信道大?。嚎刂瓶臻g的報(bào)文信道運(yùn)載報(bào)文。
??? 圖4中SLIMbus可能采用四種子幀模式。每幀至少用一個(gè)時(shí)隙作控制空間。每幀中成幀信道占2個(gè)時(shí)隙,或每超幀中占16個(gè)時(shí)隙。各種總線配置的導(dǎo)頻信道(用于報(bào)文同步)每超幀中占2個(gè)時(shí)隙。所以,每超幀中,可用控制空間中共有18個(gè)時(shí)隙分配給特定用途。

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圖4 幀結(jié)構(gòu)


??? 成幀信道或?qū)ьl信道沒采用的控制空間時(shí)隙可用于報(bào)文信道,或由報(bào)文信道和數(shù)據(jù)信道混合使用。所以報(bào)文信道寬度隨總線配置而變化。
??? 六子幀/幀模式時(shí),用于報(bào)文信道的時(shí)隙數(shù)最少。每幀控制空間時(shí)隙數(shù)最少,僅有6個(gè),每超幀則有48個(gè)控制空間時(shí)隙。因?yàn)?8個(gè)時(shí)隙已分派給總線,所以還剩下30(48-18 =30)個(gè)控制空間時(shí)隙可用于報(bào)文信道。用于報(bào)文信道的最大時(shí)隙數(shù)等于超幀中總時(shí)隙數(shù)減去預(yù)分的18個(gè)時(shí)隙,即1536-18=1518。


總線啟動(dòng)和總線過程


??? 根據(jù)組件定義總線啟動(dòng)過程,用術(shù)語(yǔ)“時(shí)鐘源組件”和“時(shí)鐘接收者組件”區(qū)分含處于激活狀態(tài)的幀的組件和其他組件。
??? 時(shí)鐘源組件有其自己的啟動(dòng)過程,但時(shí)鐘接收者組件的啟動(dòng)過程需另外定義。當(dāng)每種組件從未定義狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴僮鳡顟B(tài)時(shí),就會(huì)運(yùn)行啟動(dòng)程序。
??? 總線上所有組件都處于相同狀態(tài)的情況只會(huì)發(fā)生于所有組件都同時(shí)處于各自操作狀態(tài)時(shí)。組件按其適當(dāng)?shù)膯?dòng)過程加入總線。
??? 為對(duì)系統(tǒng)功率消耗有更多的控制權(quán),SLIMbus協(xié)議允許在SLIMbus活動(dòng)時(shí)停止組件加入總線,稍晚時(shí)再加入。
??? 相關(guān)規(guī)則允許那些由于某種原因失去同步的組件滑入到下一更低狀態(tài)或重啟狀態(tài),并嘗試重新啟動(dòng)過程。


結(jié)? 語(yǔ)


??? SLIMbus是一種可靈活配置的多支路式總線結(jié)構(gòu),可同時(shí)支持許多組件。此外,其功能強(qiáng)大的發(fā)送報(bào)文結(jié)構(gòu)可在總線的組件之間建立和管理數(shù)據(jù)流。SLIMbus總線也可以在運(yùn)行時(shí)刻重新配置總線操作特性,以便適應(yīng)運(yùn)行時(shí)特定的系統(tǒng)應(yīng)用需求。
??? SLIMbus不同于傳統(tǒng)的數(shù)字音頻總線結(jié)構(gòu),它能同時(shí)高效運(yùn)載各種采樣率和位長(zhǎng)迥異的多倍數(shù)字音頻數(shù)據(jù)流。
??? 如果使用現(xiàn)有數(shù)字音頻接口(PCM,I2S,SSI,AC-97),而且不增加總線結(jié)構(gòu),則很難為非聲音通訊、非簡(jiǎn)單立體聲音樂移動(dòng)終端添加功能和數(shù)字音頻信道。因?yàn)檫@些接口首先用有限的信道容量實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(對(duì)等)連接。此外,任何新增設(shè)備都需自帶接口。
??? 現(xiàn)有數(shù)字音頻接口系統(tǒng)可通過復(fù)制接口結(jié)構(gòu)來升級(jí),但這種方法限制了設(shè)計(jì)靈活性,從針數(shù)、軟件包大小、PCB布局和功率消耗角度看,代價(jià)昂貴。
??? SLIMbus為移動(dòng)終端行業(yè)和其他小型波形產(chǎn)品制造商提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的、健全的、可升級(jí)的、低功耗、高速、雙線制多支路接口,支持很多數(shù)字音頻和控制方案,因此能有效替代傳統(tǒng)數(shù)字音頻接口,如PCM、I2S和 SSI。
??? 通過靈活地、動(dòng)態(tài)地為數(shù)字音頻控制、非數(shù)字音頻控制及數(shù)據(jù)功能分派帶寬,SLIMbus有時(shí)也能替代移動(dòng)終端或移動(dòng)產(chǎn)品的許多數(shù)字控制式總線,如I2C、SPI、UART和GPIO。
??? 執(zhí)行SLIMbus標(biāo)準(zhǔn)極大地提高了設(shè)計(jì)靈活性,以在生產(chǎn)線內(nèi)快速生產(chǎn)多路產(chǎn)品。
??? SLIMbus縮短了新產(chǎn)品投放市場(chǎng)時(shí)間。此外,通過簡(jiǎn)化不同制造商的不同產(chǎn)品之間的互連,降低了移動(dòng)終端和其他移動(dòng)設(shè)備的設(shè)計(jì)成本。

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