Последовательная межчиповая медиашина с низким энергопотреблением ( SLIMbus ) представляет собой стандартный интерфейс между процессорами основной полосы частот или приложений и периферийными компонентами в мобильных терминалах. Он был разработан в рамках альянса MIPI Alliance , основанного ARM , Nokia , STMicroelectronics и Texas Instruments . [1] Интерфейс поддерживает множество цифровых аудиокомпонентов одновременно и передает несколько потоков цифровых аудиоданных с различной частотой дискретизации и разрядностью.
SLIMbus реализован как синхронная 2-проводная настраиваемая структура кадров мультиплексирования с временным разделением (TDM). Он имеет поддерживающие механизмы арбитража шины и структуры сообщений, которые позволяют переконфигурировать рабочие характеристики шины в соответствии с потребностями системных приложений во время выполнения. Физически линия данных (DATA) и линия синхронизации (CLK) соединяют несколько компонентов SLIMbus в топологии многоабонентской шины . Устройства SLIMbus могут динамически «отключаться» от шины и «переподключаться» к ней по мере необходимости, используя соответствующие протоколы, описанные в спецификации SLIMbus. При использовании в мобильном терминале или портативном устройстве SLIMbus может заменить устаревшие цифровые аудиоинтерфейсы, такие как PCM , I 2 S , [2] и SSI (синхронный последовательный интерфейс для цифрового аудио), а также некоторые экземпляры многих цифровых шин управления, таких как как контакты I 2 C, [3] SPI, microWire , [4] UART или GPIO на цифровых аудиокомпонентах.
Определения классов устройств SLIMbus — это те, которые определяют минимальные требования к данным управления устройством, поведению устройства и поддержке протокола передачи данных. В версии 1.01 спецификации SLIMbus определены четыре класса устройств SLIMbus: Manager, Framer, Interface и Generic. Полные системы SLIMbus могут быть реализованы без каких-либо дополнительных классов устройств.
Устройство-менеджер отвечает за настройку SLIMbus и выполняет администрирование шины (администрирование компонентов и устройств, конфигурацию шины и динамическое распределение каналов) и обычно располагается в процессоре основной полосы частот или приложении, а не в периферийном компоненте.
Framer передает тактовый сигнал по линии CLK на все компоненты SLIMbus, а также содержит логику для передачи каналов кадровой синхронизации и информации о кадрировании по линии DATA.
Интерфейсное устройство предоставляет услуги управления шиной, отслеживает физический уровень на предмет ошибок, сообщает информацию о состоянии компонента SLIMbus и иным образом управляет компонентом таким образом, чтобы устройства в нем правильно функционировали на шине.
Для реализации функционального компонента SLIMbus всегда требуется использование интерфейсного устройства SLIMbus, а также выполняемой функции, такой как ЦАП, АЦП, цифровой усилитель и т. д.
Универсальное устройство — это устройство, отличное от диспетчера, фреймворка или интерфейса. Универсальным устройством обычно считается устройство, обеспечивающее определенные функции приложения, например преобразование цифрового звука в аналоговый (DAC) и наоборот (ADC).
Компонент SLIMbus содержит два или более устройств SLIMbus. Компонент SLIMbus будет иметь только одно интерфейсное устройство SLIMbus (ИНТЕРФЕЙС) и может иметь один или несколько других типов устройств SLIMbus, выполняющих определенную функцию (ФУНКЦИЯ).
Порт SLIMbus (P) обеспечивает путь подключения для потока данных между устройствами. Порты SLIMbus обычно используются для потока цифровых аудиоданных, но также могут использоваться для потока других цифровых данных.
Возможности порта различаются в зависимости от устройства и должны быть указаны в техническом описании компонента. Типичные атрибуты порта включают направление данных, т. е. только ввод (приемник), только вывод (источник) или и ввод, и вывод, поддерживаемые транспортные протоколы и ширину данных.
Простой пример компонента SLIMbus показан на рисунке 1 ниже, а пример сложного компонента SLIMbus показан на рисунке 2 ниже.
Все устройства SLIMbus используют DATA и CLK для синхронизации с используемой конфигурацией шины, для получения или передачи сообщений и данных, а также для реализации арбитража шины, обнаружения коллизий и разрешения конфликтов между устройствами.
Для всех компонентов SLIMbus (кроме одного, содержащего устройство Framer), разъем CLK является только входным. Если компонент SLIMbus является устройством Framer или содержит устройство Framer, сигнал CLK является двунаправленным.
Для всех компонентов SLIMbus линия DATA является двунаправленной и передает всю информацию, отправляемую или получаемую по шине, с использованием инвертированного кодирования без возврата к нулю (NRZI).
Линия DATA активируется по положительному фронту и считывается по отрицательному фронту линии CLK. Линия DATA может быть переведена на высокий, низкий уровень или удерживаться на высоком или низком уровне с помощью внутренней схемы держателя шины , в зависимости от конкретного режима работы устройства SLIMbus.
В линиях DATA и CLK интерфейса SLIMbus используются КМОП -подобные несимметричные, заземленные, рельсовые сигналы режима напряжения, а сигнальные напряжения указаны относительно напряжения питания интерфейса (допускаются +1,8 Вdd или +1,2 Вdd). ). Из соображений эффективности электромагнитных помех для SLIMbus установлены пределы скорости нарастания напряжения.
Частота линии SLIMbus CLK определяется диапазоном «корневых» тактовых частот до 28 МГц и 10 тактовыми механизмами для изменения тактовой частоты по степеням 2 в диапазоне 512x от низшего к высшему механизму. Корневая частота определяется как 2 (10-G) раз больше частоты линии CLK. Для G=10 частота линии CLK и основная частота равны.
SLIMbus CLK также можно остановить и перезапустить.
Частоты и протоколы передачи данных SLIMbus CLK будут поддерживать все распространенные частоты передискретизации цифровых аудиоконвертеров и соответствующие частоты дискретизации.
Структура кадра SLIMbus состоит из пяти строительных блоков: ячеек, слотов, кадров, подкадров и суперкадров.
Ячейка определяется как область сигнала DATA, которая ограничена двумя последовательными положительными фронтами линии CLK и содержит один бит информации.
Слот определяется как четыре смежные ячейки (4 бита передаются в порядке от старшего к младшему). Распределение полосы пропускания для различных организаций данных, от 4 до 32 бит и более, можно выполнить путем группировки 4-битных слотов.
Кадр определяется как 192 (от 0 до 191) смежных слотов и передается как S0, за которым следуют S1, S2... S191 в этом порядке. Первый слот (слот 0) каждого кадра представляет собой слот пространства управления, который содержит четырехразрядный символ синхронизации кадра. Слот S96 каждого кадра также является слотом пространства управления, который содержит четыре (4) бита информации о кадре.
Активный Framer записывает всю информацию о кадрировании в строку данных в соответствующее время.
Подкадр определяется как часть структуры кадра, в которой чередуются пространство управления и пространство данных . Подкадр разделен на 1 или несколько слотов контрольного пространства, за которыми следует 0 или более слотов пространства данных.
Как показано на рисунке 4 ниже, длина подкадра программируется на 6, 8, 24 или 32 смежных слота (24, 32, 96 или 128 ячеек). Таким образом, количество возможных подкадров в каждом кадре составляет 32, 24, 8 или 6 соответственно. Используемую конфигурацию подфрейма можно динамически изменять в зависимости от требований к потоку данных приложений, поддерживаемых в данный момент.
4 слота пространства управления зарезервированы для символа кадровой синхронизации, 4 бита для слова информации о кадре и 8 битов направляющего байта. Оставшаяся часть доступна для более общих управляющих сообщений.
Любые слоты, не выделенные для контрольного пространства, считаются пространством данных.
Суперкадр определяется как восемь последовательных кадров (1536 слотов). Кадры внутри суперкадра обозначаются от кадра 0 до кадра 7.
Продолжительность суперкадра фиксирована в единицах слотов (и, следовательно, ячеек), а не во времени. Частоту суперкадров можно динамически изменять на SLIMbus в соответствии с конкретным приложением, изменяя либо основную частоту SLIMbus, либо тактовый механизм, либо и то, и другое.
Информация на линии SLIMbus DATA распределяется по каналам Control Space и Data Space.
Пространство управления содержит информацию о конфигурации и синхронизации шины, а также обмен сообщениями между устройствами. Пространство управления может быть динамически запрограммировано на использование столько полосы пропускания SLIMbus, сколько необходимо, иногда даже до 100%.
Пространство данных, если оно присутствует, содержит информацию, специфичную для приложения, такую как изохронные и асинхронные потоки данных.
Компоненты SLIMbus передают информацию управления и данных между собой, используя каналы управления и данных с транспортными протоколами для достижения необходимой работы системы. Сообщения используются для функций управления.
Каналы могут быть установлены между парой Устройств (связь между устройствами) или между одним Устройством и многими Устройствами (широковещательная связь) или, в случае Канала сообщений, от всех устройств ко всем другим устройствам (совместно используемые).
Пространство управления разделено на три типа каналов: кадрирование, руководство и сообщение.
Канал кадрирования занимает слоты 0 и 96 каждого кадра. (Поскольку все длины субкадров делят 96, эти слоты всегда доступны для этой цели.) Слот 0 содержит фиксированный символ кадровой синхронизации (1011 2 ), а слот 96 содержит 4 бита слова информации о кадре. В течение суперкадра доступно 32 бита кадровой информации. Некоторые из них содержат фиксированный битовый шаблон, используемый для синхронизации суперкадра (0 x 011 xxx 2 ), тогда как другие содержат другую важную информацию о конфигурации.
Направляющий канал состоит из первых двух слотов управления без формирования кадра в каждом суперкадре. Этот «направляющий байт» обычно равен 0, но если управляющее сообщение выходит за границу суперкадра, он указывает количество байтов до конца этого сообщения.
Канал сообщений состоит из всех оставшихся слотов. Он содержит различные типы информации, включая объявления о конфигурации шины, управление устройством и состояние устройства.
Формат контрольного пространства определяется 5-битным идентификатором режима подкадра, передаваемым в слове информации о кадре. Это сообщает длину подкадра и количество слотов управления. Количество слотов управления ограничено выбором из 1, 2, 3, 4, 6, 8, 12, 16 или 24. Добавление ограничений, заключающихся в том, что количество слотов управления должно быть меньше длины подкадра, дает 26 допустимых комбинаций. . Специальное кодирование для «100% контрольного пространства», когда длина подкадра не имеет значения, создает 27 допустимых режимов. (Режимы 1–3, 20 и 30 недействительны.)
Каналы данных представляют собой один или несколько смежных слотов данных (сегментов) и динамически создаются активным менеджером в зависимости от приложения и размера доступного пространства данных. Канал данных и, следовательно, структура сегмента определяются такими параметрами, как скорость передачи данных, тип, длина поля и требуемый транспортный протокол.
Сегменты повторяются через известные интервалы и ведут себя как виртуальные шины с собственной гарантией пропускной способности и задержкой.
Сегмент, показанный ниже на рисунке 5, имеет поля TAG (2 слота), AUX (2 слота) и DATA. Поля TAG и AUX являются необязательными. Если они используются, биты TAG несут информацию управления потоком для канала данных, а вспомогательные биты (AUX) несут дополнительную информацию, относящуюся к содержимому поля DATA. Полезная нагрузка данных может заполнять или не заполнять все выделенное поле DATA.
Канал данных одновременно имеет только один источник данных и может иметь один или несколько приемников данных в зависимости от транспортного протокола, используемого в канале.
Управление потоком в канале, если оно необходимо, зависит от устройств и типа задействованных данных. Биты TAG используются для переноса информации управления потоком.
Порты устройств SLIMbus связаны с каналами данных с использованием соответствующих сообщений о подключении и отключении канала. Для потока данных между портами, подключенными к каналам, SLIMbus поддерживает небольшую группу часто используемых транспортных протоколов (включая определяемый пользователем транспортный протокол), которые определяют тип потока данных, механизм управления потоком и побочный канал (если таковой имеется) для любого дополнительного приложения. -конкретная информация. Краткое описание транспортных протоколов показано в таблице 1.
Протоколы пользователя 1 и 2 используются для расширения механизмов передачи данных SLIMbus, и предполагается, что устройство, подключенное к каналу данных пользовательского протокола, знает определение битов TAG и AUX и то, как они используются.
Система SLIMbus показана на рисунке 7 ниже только в иллюстративных целях. Все компоненты отличаются друг от друга. Обратите внимание, что верхний левый компонент SLIMbus в этом примере содержит устройство Framer (F), и поэтому сигнал CLK для этого компонента является двунаправленным.
Верхний левый компонент SLIMbus также содержит устройство-менеджер (M). Однако не требуется, чтобы устройства Manager и Framer находились в одном и том же компоненте SLIMbus.
Устройство управления и/или кадрирования, показанное в левом верхнем углу компонента SLIMbus, также может быть включено в процессоры основной полосы частот и/или приложений, обычно используемые для создания мобильных терминалов.
На рисунке 8 ниже показано концептуальное представление возможной реальной системы SLIMbus. «M» и «F» обозначают устройства Manager и Framer соответственно. Альтернативно, массив из нескольких микрофонов может заменить один микрофон в системе. Можно присоединить любую смесь блоков, связанных со звуком.
Неполный список информации о реализации SLIMbus можно найти по следующему адресу: