SPD5 集线器协议内容解析

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于 2024-07-09 10:48:35 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_50591344/article/details/140288318

版权

注意事项

0、内容较多，注意看侧边栏目录

1、SPD5 Hub设备中主机侧和本地侧的IO电平是独立的，可以不同，主机侧支持1.0_{3.3V的电平，本地侧支持1.0}1.2V的IO电平，MR14[5]必须配置为0

2、器件地址由 4位LID(设备ID)和3位HID(识别码)组成七位地址。SPD5 Hub的LID为1010

3、默认情况下SPD5 Hub会重置HID，使得匹配的HID最后必为111

4、在I3C模式下，如果主机发送Sr信号收到了NACK，如果NACK是由于PEC或奇偶校验引起的，那么在不断Sr的过程中，SPD5 Hub始终回复NACK，如果是其他原因，那么终会回复ACK。

5、NACK的响应不在PEC计算当中。

6、I3C的SDA总线支持开漏和推挽，在传输过程中这两个状态可能是相互转换，也可能一直推挽。

7、I2C的线与是通过弱上拉和强下拉实现的，I3C是如何实现线与的

8、可通过DEVCTRL CCC或MR18[6]=1禁用ODD奇偶校验，此时T位被忽略。

9、可通过DEVCTRL CCC或MR18[7]=1启用PEC

10、IBI载荷包含MDB以及MR51、MR52的内容

仅作个人学习使用，难免错漏，欢迎评论区指出

交互内容：

1、SPD5 Hub上电

2、根据HAS引脚确定HID值(根据HAS引脚上的不同电压) **

3、默认为I2C模式，功能如下：

在这里插入图片描述

I2C模式下支持的CCCs：DEVCTRL、SETHID、SETAASA（按照顺序发，不需要的不发）

DEVCTRL：启用PEC校验/禁用奇偶校验

SETHID：禁止转换HID

SETAASA：进入I3C模式。

4、工作在I2C模式，直到主机发送SETAASA 命令，SPD5 Hub进入I3C模式，功能如下：

在这里插入图片描述

5、通过设置MR11[2:0]选择页面指针，进行单字节寻址，或通过设置MR11[3]=1，进行双字节寻址。

6、写命令数据包1（SPD5 Hub单字节寻址）

在这里插入图片描述

上图中先MemReg=0，即选择内部寄存器区，MemReg=1，即选择NVM区域。其中BlkAddr可视为Address[6]。Address[6]可选择128个地址，加上MR11[2:0]共有8种选择，因此128*8=1024涵盖NVM区域。

7、I2C写命令数据包2（SPD5 Hub双字节寻址）

在这里插入图片描述

BlkAddr和Address共同组成了Address[10:0]，由于只有1024Byte，因此Address[10]可忽略。

8、忙检查

主机应在对NVM区读写前，检查MR48[3]寄存器的状态。如果违反，SPD5 Hub还是会ACK地址字节（因为还不确定MemReg的状态，此时是允许读写内部寄存器区的），SPD5 Hub会拒绝MemReg=1的读写操作，并设置MR52[7]=1，如果IBI功能可用，那么SPD5将会请求下一个中断

9、I2C读命令数据包1（SPD5 Hub单字节寻址）

在这里插入图片描述

发完写命令后，再发Sr重复启动读命令，此时SPD5 Hub可能会回复NACK，主机可不断重复发Sr，直至ACK。

10、I2C读命令数据包2（SPD5 Hub双字节寻址）

在这里插入图片描述

无需多言。

11、I2C读命令数据包3（SPD5 Hub默认读地址模式）

在这里插入图片描述

仅使用于读内部寄存器，通过MR18[4]启用，通过MR18[3:2]选择起始的默认地址，每次读取，指针都+1，直至STOP信号，指针复位到默认地址。

12、I2C写命令数据包（主机对本地侧）

在这里插入图片描述

LID不为1010，HID为该SPD5 Hub的HID，经过SPD5的转换后，本地侧的HID为111（如果匹配成功）。Address表示目标器件的寄存器地址。

以上是以TS(内部温度传感器)为例，和PMIC差不多。不同之处是LID。以下是写入RCD设备的示例在这里插入图片描述

13、I2C读命令数据包（主机对本地侧）

在这里插入图片描述

以上是以TS(内部温度传感器)为例，和PMIC差不多。不同之处是LID。Address表示目标器件的寄存器地址。当主机对RCD设备进行读请求时

在这里插入图片描述

也可以使用优化格式，此时PEC失能。

在这里插入图片描述

14、I3C写命令数据包（主机对SPD5 Hub）

在这里插入图片描述

CMD字段参见下方第33条。T是奇偶校验位，如果上一个数据T位错误，这个字节及其之后，STOP或Sr之前都将被忽略。

15、I3C写命令数据包+IBI标头（主机对SPD5 Hub）

主机可以选择性允许SPD5 Hub发起中断请求，主机在起始信号后发送(0x7E << 1) | W=0，即IBI标头。

在这里插入图片描述

如果SPD5 Hub有待处理的IBI中断，则接下来控制HSDA总线，发送7位设备选择码和R=1。如果没有，则不会行动。

16、I3C读命令数据包1（主机对SPD5 Hub）

在这里插入图片描述

当连续读到最后一个存储区字节时，T=0。

17、I3C读命令数据包2（主机对SPD5 Hub）默认读地址

在这里插入图片描述

默认地址的配置与前文的描述完全相同，当连续读到最后一个存储区字节时，T=0。

18、I3C写命令数据包（主机对本地侧）

本地侧的设备也支持IBI标头，以下不再列出。
在这里插入图片描述

上图以TS为例，与PMIC类似，不同之处为LID。

在这里插入图片描述

上图以RCD设备为例子，I3C与I2C的不同之处为第九位。

19、I3C读命令数据包（主机对本地侧）

本地侧的设备也支持IBI标头，以下不再列出。

在这里插入图片描述

上图以TS为例，与PMIC类似，不同之处为LID。

在这里插入图片描述

上图以RCD设备为例子

20、IBI中断源

默认情况下，所有中断源均被禁用。

错误中断使能：

若MR27[4]=1，如果MR52[7:5,1:0]=1，SPD5 Hub将在下一个可用时机发送IBI，并将MR48[7]置1，同时将GETSTATUS CCC的待处理中断位[3:0]更新为0001。

若MR27[4]=0，无论MR52如何都不发IBI，但还会将MR48[7]和GETSTATUS CCC置为1和0001。

温度传感器中断：

若MR27[4]=1且MR27[3:0]=1，如果MR51[3:0]=1时，发送IBI，并且MR48[7]置1，将GETSTATUS CCC的待处理中断位[3:0]更新为0001。

若MR27[4]=0或MR27[3:0]=0时，无论MR51[3:0]如何，都不会发送中断。

若MR27[4]=0且MR27[3:0]=1时，如果MR51[3:0]=1，并且MR48[7]置1，将GETSTATUS CCC的待处理中断位[3:0]更新为0001。

21、SPD5 Hub发起IBI的具体操作和主机响应

SPD5 Hub可以在Start 之后发起IBI，此时SPD5 Hub会发送器件地址+R=1位，主机可以ACK、也可以NACK。
SPD5 Hub检测到总线空闲时，主动拉低HSDA，并等待主机拉低HSCL，相当于手动创建Start条件，之后跟上一条一样。
HSCL由主机提供

在这里插入图片描述

主机可以用ACK响应，也可以用NACK进行非应答。

若使用NACK，后面跟STOP命令，在这种情况下，SPD5 Hub不会继续传输载荷，而是等待下一次请求的机会，并且会保留MR48[7]和挂起中断位[3:0]。.

若使用ACK，主机将接受IBI有效载荷，主机也可以在第九位（T处）中断IBI载荷，若中断了载荷，SPD5 Hub的行为与NACK一致，若SPD5 Hub传输了完整了IBI载荷，将清除MR48[7]和挂起中断标志位[3:0]，并且除非发生其他不同的事件，否则不会再次请求。

MR51和MR52不会被置位，主机必须通过清除命令置位或写入。

IBI有效负载

22、本地侧设备发起IBI的具体操作和主机响应

本地侧设备可以在Start 之后发起IBI，此时本地侧设备会发送器件地址+R=1位，主机可以ACK、也可以NACK。
本地侧设备检测到总线空闲时，主动拉低LSDA，并等待SPD5 Hub拉低LSCL，相当于手动创建Start条件，之后跟上一条一样。
SPD5 Hub会将LSDA传播到HSDA，将HSCL传播到LSCL
如果没有禁用HID转换，SPD5 Hub会将本地侧设备发送的HID代码替换为SPD5 Hub自身的代码；如果禁用了HID转换，SPD5 Hub不做改变。

主机可以ACK和NACK，也可以中断传输，行为参照第20条。

在这里插入图片描述

23、中断仲裁-SPD5 Hub之间

I3C Basic总线上有多个SPD5 Hub设备，若多个设备同时发送数据，则需要通过裁决决定发送权，裁决方式为线与，即0优先，由于LID都是1010，因此通过HID决胜。

24、中断仲裁-SPD5 Hub之后的本地侧设备之间

一个SPD5 Hub后面最多有13个本地设备，并且它们的HID码均为111，因此裁决始终通过LID决胜。

25、中断总裁-SPD5 Hub和它的本地侧设备之间

通过LID决胜。

26、中断仲裁-所有设备之间（包括主机）

若不同SPD5 Hub后面的本地侧设备同时发送请求，则是22和23、24的混合过程，先通过LID裁决，再通过HID裁决，这里的LID是本地设备的，若LID一致，则看HID，由于SPD5 Hub的本地侧设备HID均为111，因此实际上是比较SPD5 Hub的HID，这个过程在前文提到，SPD5 Hub会转换HID。

总结：其实就是一个线与的过程，任何设备只要将SDA拉高，然后检测SDA若不是高电平，则说明仲裁失利，要主动放弃SDA控制权。

任何时候、SCL均由主机提供。

罕见情况：

目标正在请求中断时，主机恰好准备对目标进行操作，此时LID和HID一致，通过W/R位决胜，主机一定是W=0，中断请求一定是R=1，因此主机一定获胜。
目标正在请求中断时，主机使用默认读地址模式进行读操作，LID、HID、W/R位均一致，且对方相互等待ACK，因此主机必须超时并发送Sr，正如上文提到的中断请求条件，仅S信号可作为开头，Sr不行，因此发送Sr后，目标将不会再发送中断。

27、SPD5 Hub奇偶校验行为-写入命令

不使能PEC：

SPD5 Hub忽略地址不匹配的数据，若出现一帧数据校验错误，则丢弃该帧数据和后续字节操作，直至STOP信号，前面的无误数据可以执行或不执行，将MR52[0]、MR48[7]、GETSTATUS CCC中的P_Err置1，挂起中断位更新为0001。

使能PEC：

先检查奇偶校验，若奇偶校验通过，则检查PEC，若不通过，可能检查PEC。

按照类似的逻辑检查，如果PEC错误，会将MR52[1]、MR48[7]置位，并将GETSTUATUS CCC中的PEC_Err更新为0001。

28、SPD5 Hub奇偶校验行为-读入命令

不使能PEC：

SPD5 Hub忽略地址不匹配的数据，若出现一帧数据校验错误，则丢弃该帧数据和后续字节操作，直至STOP或Sr信号

在这里插入图片描述

出现Sr信号时，说明主机将尝试读数据，此时SPD5 Hub将一直发送NACK，直到STOP。并将MR52[0]、MR48[7]、GETSTATUS CCC中的P_Err置1，挂起中断位更新为0001。

使能PEC：

参考27、26。

29：CCC命令

SPD5 Hub并不支持I3C Basic规范的所有CCC，会NACK不受支持的CCC。如果CCC命令之后衔接读写操作，那必须用STOP重新开始，不能是Sr。

在这里插入图片描述

ENEC 使能事件中断 MR27[4]=1
DISEC 失能事件中断 MR27[4]=0
- ENEC命令与DISEC命令的格式类似，不同之处是广播地址和直接地址。
RSTDAA 切换为I2C模式 MR18[5]=0，禁用IBI和PEC;MR27[4]=0 MR18[7:6]=0
SETAASA 切换为I3C模式 MR18[5]=1
GETSTATUS 获取设备状态
- PEC_Err为1：PEC校验错误
- P_Err：奇偶校验错误或协议错误
- Pending Interrupt:0001为挂起了中断
DEVCAP 获取设备能力
- 返回一个MSB，MSB[2]说明是否支持定时器复位
- 返回一个LSB，值为0x00
SETHID 禁用HID转换-仅在I2C下支持
DEVCTRL 控制所有设备
- AddrMask 地址掩码[2:0]
  - 000:单播，如果DevID[6:0]与Hub的LID和HID匹配，则Hub响应
  - 011:多播，如果DevID[6:3]与Hub的LID匹配，则Hub或其他可能的设备响应
  - 111:广播，所有设备均响应
- StartOffset 起始偏移[1:0]
  - 仅使用于RegMod=0
  - 表示DEVCTRL CCC的起始字节
  - 00:字节0
  - xx:字节y
- PCE BL[1:0]
  - 仅使用于RegMod=0且PEC功能启用，设备使用此字段中的设置来了解数据字节之后预期PEC字节的时间。
  - 设置脉冲串长度
  - xx:字节y
- RegMod
  - 0:访问字节0至直接3的通用寄存器
  - 1:设备特定偏移地址
- DevID
  - 7位设备地址
- - 如图所示，数据载荷包含PEC、PAR等使能位、清除IBI挂起

30、IO操作

在I3C模式下，主机对于所有DDR5 DIMM环境，可能始终使用推挽驱动HSCL。

对于HSDA和LSDA，主机将在以下环境改变IO。

在这里插入图片描述

观察上表，很容易发现，发动第一个字节时都是开漏，应答时都是开漏。

31、总线清理

仅支持I2C模式下。因某些情况，SDA可能会卡在低位，主机可以通过发送18个SCL信号让从机释放SDA。

32、总线复位

清除挂起的命令或事务
所有内部寄存器的值被保留，除了特别说明
MR18[7:5]=000,MR27[4]=0;MR52[1:0]=00
HSA引脚不会重新采样
设备悬空HSDA以便外部上拉
将复位视为STOP信号

33、命令真值表

仅使用于启动了PEC的I3C

在这里插入图片描述

34、HSA引脚采样值

在这里插入图片描述

35、读写访问

在第一次读写内部寄存器之前，对NVM的读写必须在STOP之后
在第一次读写NVM之前，对内部寄存器的读写必须在STOP之后

说的这么抽象，其实应该是访问不同区域时，不能用Sr进行更改。

主机读到最后一个字节时NACK或T=0，使主机强制STOP。
主机读地址越界后，设备不会返回任何数据，主机必须STOP。

在HSA通过电阻值接地的情况下（正常运行模式），SPD5 Hub的NVM具有写保护功能，MR12[7:0]和MR13[7:0]表示了NVM每个64字节块的写保护状态。它们可以随时写入1，被设置为1时，对应的NVM块的进一步写入将被忽略，并且MR52[6]将被置1。一旦写入1后，在正常模式下MR12和MR13不允许被清除，一旦有操作试图清除，操作将被忽略，并且MR52[5]将被置1。

在HSA直接接地（离线测试运行模式）下，SPD5 Hub允许清除MR12、MR13。