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芯片设计术语 -接口协议

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楼主
Xiashiqi|  楼主 | 2025-1-8 18:31 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
关键词
串口:UART、SPI、I2C、CAN、USB、SerDes

并口:DDR、HBM

全双工:同一时间可以发送和接收,如UART、SPI

半双工:同一时间只能单向传输,如I2C

同步:阻塞模式,发送方发出数据后,等接收方发回响应以后才发下一个数据包的通讯方式,如SPI、I2C

异步:非阻塞模式,发送方发出数据后,不等接收方发回响应,接着发送下个数据包的通讯方式,如UART

嵌入式:以应用为中心、以计算机技术为基础,软件硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

高速串行通信
SerDes:Serilizer and DeSerilizer,分数据中心应用的高速SerDes(112G/224G)及车载应用的车载SerDes(6G/12G)两个方向。

PCIE:Peripheral Component Interconnect Express周边设备高速连接标准,PCIe采用点到点(Endpoint to Endpoint)通讯方式,互为接收端和发送端,全双工,基于数据包传输。两个PCIe设备之间的连接称作一条链路(link), 一条链路可以包含多个通道(每对接收和发送对称作一个通道(lane)),可增加通道个数来满足更高的带宽要求。

CXL:Compute Express Link计算机互连,是一种高速串行协议,它允许在计算机系统内部的不同组件之间进行快速、可靠的数据传输。旨在提供更高的数据吞吐量和更低的延迟,解决CPU和设备、设备和设备之间的内存鸿沟,以满足现代计算和存储系统的需求。

在数据中心领域,CXL技术可以将不同的计算和存储资源进行互联,提高系统性能和效率。在人工智能领域,CXL技术可以使GPU和FPGA等加速器更好地与主处理器进行协作,提高AI模型训练和推理的速度。在处理器互联方面,CXL技术可以实现不同厂商的处理器之间的互联,提高系统的整体性能和灵活性。根据应用场景,CXL分为CXL.io,CXL.cache,CXL.memory三种模式

高速并行/存储类通信
DDR SDRAM:Double Data RateSynchronous Dynamic Random Access Memory双数据率同步动态随机存储器。DDR2/3/4/5,为了配合整体行业对于性能,容量和省电的不断追求,规范的工作电压越来越低,芯片容量越来越大, IO的速率,也越来越高,BANK数也越来越多。

eMMC:Embedded Multi Media Card嵌入式多媒体卡,主要针对手机或平板电脑等产品的内嵌式存储器标准规格。由一个嵌入式存储解决方案组成,它是在NAND闪存芯片的基础上,额外集成了控制器,并将二者“打包”封装封成一颗BGA芯片,从而减少了对PCB主板的空间占用,也是移动设备中普及度最高的存储单元。接口速度高达每秒52MBytes,eMMC具有快速、可升级的性能。同时其接口电压可以是1.2V、1.8V或者是3.3V。

ONFI:OpenNANDFlashInterface开放式NAND闪存接口,由英特尔,镁光,海力士,台湾群联电子,SanDisk,索尼,飞索半导体为首宣布统一制定的连接NAND闪存和控制芯片的接口标准。一般来说64Gb(这个值不一定准确,大体上是这样的,容量小的没必要搞很快速率的接口)以下容量的nandflash,基本都是兼容ONFI1.0的,也就是异步模式、SDR操作,当容量更大,需要有更大带宽的传输接口时,才会兼容ONFI2.0以上标准。另一个NANDFlash标准是由三星、东芝发起的toggle。

HBM(3E/3):High Bandwidth Memory 高带宽存储器,主要作为高端GPU显存芯片(NV A100)也作为部分CPU的内存芯片。HBM将多个DDR芯片堆叠在一起,所以也是个3D结构;每个die之间通过TVS和microbump方式连接;除了堆叠的DRAM die以外,下层会有个HBM控制器逻辑die。然后最下层通过base die(比如说硅中介silicon interposer),来与CPU/GPU等互联。TVS:硅穿孔技术,让 HBM DRAM 颗粒能够堆叠起来, 好比让每一层都有自己独立的电梯(引脚)。

chiplet通信
UCIE:Universal Chiplet Interconnect Express,通用小芯片(Chiplet)接口标准,是一种通用的、开放的、支持 CXL/PCIe/其他自定义等多协议的片上 Chiplet 间互联互通的标准,旨在将多个chiplet封在一个封装里面而制定的chiplet间通信标准。根据支持的封装不同,也分为UCIE-Standard、UCIE-Advanced。

多媒体通信
RGB:是通过对红®、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的,RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色,这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色,是目前运用最广的颜色系统之一

LVDS:Low Voltage Differential Signaling,低压差分信号技术接口,利用非常低的电压摆幅(约350mV)在两条PCB走线或一对平衡电缆上通过差分进行数据的传输,速度可达几百Mbps具有低噪声、低功耗的特点。目前有GMSL和FPD Link两种典型的LVDS数传接口协议,这两种接口在汽车视频传输方面的应用是比较广泛的,尤其是Camera和处理器之间的链路,通过STP或者同轴电缆能使整个链路达到15m。

VBO:Video by One,适用于平板显示器的信号传输接口标准,也是专门面向图像传输开发出的数字接口标准,接口具有较低的功耗并支持高达4Gbps的数据传输(有效数据量达到3.2Gbps)。通过CDR(Clock Data Recovery,时钟数据恢复)的方式进行高速串行数据传输,从根本上解决了传输线时滞问题,同时不需要时钟传输线,因此具有很强的抑制EMI能力。

MIPI:Mobile Industry Processor Interface,移动产业处理器接口,MIPI并不是一个单一的接口或协议,而是包含了一套协议和标准,目的是把电子设备内部的接口如摄像头、显示屏接口、射频/基带接口等标准化,从而减少电子设备设计的复杂程度和增加设计灵活性,同时降低成本、设计复杂度、功耗和EMI。

MIPI特点

1. 高速:1Gbps/Lane,4Gbps吞吐量

2. 低功耗:200mV差分摆幅,200mv共模电压

3. 噪声抑制

4. 更少的pin,PCB layout更方便

MIPI的硬件也就是物理层,目前有Display-PHY,M-PHY,Camera-PHY,Auto-PHY四种。

HDMI:High-Definition Multimedia Interface高精度多媒体接口,是一种全数字化视频和声音发送接口,可以发送未压缩的音频及视频信号。HDMI向下兼容DVI(Digital Visual Interface,数字视频接口),DVI只能传输视频信号。HDMI和DVI接口协议在物理层均使用TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)标准传输音视频数据。

eDP:Embedded Display Port嵌入式显示端口,是视频电子标准协会(VESA)创建的数字显示技术领域的标准协议,是针对DP(Display Port)应用在嵌入式方向架构和协议的拓展,所以eDP协议完全兼容DP协议。eDP接口降低设备复杂性,支持关键跨行业应用程序的必要功能,并提供性能可伸缩性,以支持具有更高颜色深度、刷新率和显示分辨率的下一代显示器。

I2S:Inter-IC Sound内部集成电路音频,是一种广泛应用于数字音频传输的串行接口标准。用于解决在集成电路之间传输音频数据的问题。I2S协议定义了音频数据的传输格式、时序和控制信号。

接口类通信
UART:Universal Async Receiver/Transmitter通用异步收发传输,是一种串行、异步、全双工的通信协议,它将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换。作为异步串口通信协议的一种,工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。具体实物表现为独立的模块化芯片,或作为集成于微处理器中的周边设备。一般是RS-232C规格的,与类似Maxim的MAX232之类的标准信号幅度变换芯片进行搭配,作为连接外部设备的接口。

UART优点:

1.仅使用两根线

2.异步通信,无需时钟信号

3.具有奇偶校验位以允许进行错误检查、

4.只要双方都设置好数据包的结构

UART缺点:

1.数据帧的大小最大为9位

2.不支持多个从属系统或多个系统

3.每个UART的波特率必须在彼此的10%之内

SPI:Serial Peripheral interface串行外设接口,是一种串行,全双工,同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,节约了芯片的管脚,同时为PCB的布局上节省空间,提供方便,主要应用在 EEPROM,FLASH,实时时钟,AD转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI没有定义速度限制,一般的实现通常能达到甚至超过10 Mbps。

SPI优缺点

优点:无起始位和停止位,因此数据可以持续传输不会中断;数据传输速率快(比I2C快几乎两倍)。独立的MISO、MOSI可以同时发送和接收数据。

缺点:使用四根线(I2C使用两根线),没有信号接收成功的确认(I2C由此功能),没有任何形式的错误检查(UART中的奇偶校验位)

I2C:Inter-Integrated Circuit内部集成电路总线,串行、半双工的总线,主要用于近距离、低速的芯片之间的通信。

I2C优点

1.仅仅使用两根线

2.支持多个主机和从机

3.硬件比UART更简单

I2C缺点

1.数据传输比SPI慢

2.数据帧大小限制为8位

USB:Universal Serial Bus通用串行总线,是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准,也是一种输入输出接口的技术规范,被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品。

USB总线属于一种轮询式总线,主机控制端口初始化所有的数据传输。每一总线动作最多传送三个数据包,包括令牌(Token)、数据(Data)、联络(HandShake)。USB4.0最大传输速率已经可以到40Gbps

车用通信
CAN:Controller Area Network控制器局域网总线,是一种用于实时应用的串行通讯协议总线,它可以使用双绞线来传输信号,是世界上应用最广泛的现场总线之一。CAN协议用于汽车中各种不同元件之间的通信,以此取代昂贵而笨重的配电线束。该协议的健壮性使其用途延伸到其他自动化和工业应用。CAN协议的特性包括完整性的串行数据通讯、提供实时支持、传输速率高达1Mb/s、同时具有11位的寻址以及检错能力。

车载Ethenet:随着汽车的电动化,智能化发展,汽车内使用的传感器越来越多,传输的数据量越来越大,所需带宽也越来越多,因此需要有新的网络互联技术来支撑这一变化。由于ECU演进的程度不统一,它们所采用的互联技术,可能有CAN,CAN-FD,LIN,FlexRay等各种总线。而对于Camera, 显示屏等多媒体设备来说,所传输的数据量特别大,还需要采用车载SerDes进行连接。

车载以太网线束受车内EMC等的影响,目前(2023),通过以太网线缆传输的数据带宽仍然只有1Gbps;在中央计算平台内部的以太网交换机可以提供10Gbps的传输带宽。更大的带宽仍然需要等待技术的进一步发展。采用车载以太网仍然不能全部替代车内的传感器传输线缆,尤其是用来传输摄像头,显示屏的高速音视频传输接口。

Ethernet AVB:Ethernet Audio/Video Bridging以太网音视频桥接技术,在传统以太网络的基础上,通过保障带宽(Bandwidth),限制延迟(Latency)和精确时钟同步(Time synchronization),以支持各种基于音频、视频的网络多媒体应用。

TSN:Time-Sensitive Network时间敏感网络,是IEEE 802.1 TSN工作组开发的一系列数据链路层协议规范的统称,用于指导和开发低延迟、低抖动,并具有传输时间确定性的以太网局域网,是传统以太网在汽车等特定应用环境下的增强功能实现。

FPD-Link:Flat Panel Display Link,是基于LVDS物理层之上的一种通信标准。到了FPD-Link III的时代,TI 停止使用 LVDS 模式,而改为CML模式。它通过一对屏蔽双绞线(STP)或者一根同轴电缆(Coax)即可传输高速串行信号。它可以实现在10米的距离上传输6Gbps的数据。通过增加一对串行和解串器,在传输线上可以实现高速正向通道和低速反向通道。

GMSL:Gigabit Media Serial Link吉比特多媒体串行链路串行器和解串器,用来支持未来ADAS和信息娱乐系统要求的宽带、互联复杂度和数据完整性的要求。GMSL技术可以支持4K的数据传输流,采用同轴电缆或双绞线介质时,支持长达15米的传输距离,该产品满足业界最为严苛的EMC。支持视频的汇聚与分割,同时还集成了诊断功能,可以实时监测链路传输性能。

MIPI-Aphy:MIPI联盟制定的,用于汽车行业的串行解串器规范,来满足汽车行业对高带宽,低时延,重量轻,功耗低的需求。A-Phy的设计则是为了满足跨越整个车辆距离的高速数据传输。它最大传输距离能达到15米;通过使用STP线缆,增加传输通道,A-Phy的传输速率可以超过16Gbps,甚至达到48Gbps;采用A-Phy可以直接承载MIPI的CSI-2(用于Camera)和DSI-2(用于Display)协议。

ASA:Automotive Serdes Alliance汽车Serdes联盟,是一个针对汽车内部非对称连接(例如,Camera,Display,Sensor等) 的串行-解串通信技术,称为ASA Motion Link

附加一些车用无线技术

WIFI、蓝牙、UWB(超带宽脉冲)、Spark Link星闪
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                            版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。

原文链接:https://blog.csdn.net/yxgzbxl/article/details/144964838

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