I3C协议介绍

下面我从"协议本身"出发 ，把 I³C（Improved Inter-Integrated Circuit）协议 做一次偏规范级、但仍然偏工程实现 的完整拆解。

我会尽量按 "你如果要写驱动 / 看协议 / 调 I3C 外设" 的思路来讲。

一、I³C 协议的设计目标（为什么会有 I³C）

I³C 不是单纯"更快的 I²C"，而是为了解决 I²C 的系统级问题：

I²C 痛点	I³C 对应解决方案
速度慢	SDR / HDR 高速
上拉功耗高	推挽驱动
地址冲突	动态地址分配（DAA）
从机不能主动通信	IBI
无即插即用	Hot-Join
扩展性差	CCC 命令体系

二、I³C 总线基础结构

1️⃣ 总线角色

Master / Slave（Controller / Target）

术语	旧称
Controller	Master
Target	Slave

I³C 官方文档中逐步使用 Controller / Target。

支持的角色能力

角色	能力
Primary Controller	负责 DAA、总线管理
Secondary Controller	可接管总线
Target	响应访问 / 发送 IBI

2️⃣ 设备类型

设备类型	说明
I³C Target	原生 I³C 设备
I²C Target	兼容旧设备
Mixed Bus	I²C + I³C 共存

📌 I³C 总线必须能容忍 I²C 设备存在

三、I³C 的地址体系（核心）

1️⃣ 静态地址（Static Address）

与 I²C 类似
可选
主要用于兼容 / 简化

2️⃣ 动态地址（Dynamic Address）⭐⭐⭐

🔹 核心思想

I³C 设备出厂时没有地址

由 主机在上电后统一分配

🔹 分配流程（DAA）

text 复制代码

1. 上电
2. 主机发送 ENTDAA CCC
3. 从设备依次发送唯一ID
4. 主机分配动态地址

🔹 唯一 ID（PID / BCR / DCR）

字段	含义
PID	Provisional ID（厂商+设备唯一）
BCR	Bus Characteristic Register
DCR	Device Characteristic Register

📌 类似 USB 枚举 + MAC 地址

3️⃣ 地址优先级

地址类型	优先级
动态地址	高
静态地址	低

四、CCC（Common Command Codes）------I³C 的"灵魂"

CCC 是 I³C 协议最核心的扩展点。

1️⃣ CCC 分类

🔹 Broadcast CCC（广播）

地址：0x7E
所有设备接收

命令	作用
ENTDAA	进入动态地址分配
RSTDAA	重置动态地址
SETMWL	设置最大写长度
SETMRL	设置最大读长度

🔹 Directed CCC（定向）

指定设备

命令	作用
GETPID	读取设备 ID
GETBCR	查询能力
GETSTATUS	状态获取
ENEC / DISEC	中断使能

2️⃣ CCC 在驱动中的意义

驱动初始化 = 一堆 CCC 命令

text 复制代码

RSTDAA
ENTDAA
GETPID
GETBCR
SETMWL / SETMRL

📌 I³C 驱动 ≈ 小型协议栈

五、数据传输模式

1️⃣ SDR（Single Data Rate）

默认模式
最高 12.5 Mbps
最常用

2️⃣ HDR（High Data Rate）

模式	特点
HDR-DDR	双边沿
HDR-TSP	三态
HDR-TSL	低摆幅

📌 HDR 通常用于 高速 sensor / camera 辅助链路

3️⃣ 私有传输（Private Transfer）

类似 I²C 普通读写
不走 CCC
日常数据主要靠它

六、IBI（In-Band Interrupt）⭐⭐⭐

1️⃣ IBI 是什么？

从设备在 SDA/SCL 上直接"打断"主机

不需要 GPIO 中断线。

2️⃣ IBI 触发流程

text 复制代码

Target 拉低 SDA → 仲裁 → 主机响应 → IBI 数据

3️⃣ IBI 类型

类型	用途
Interrupt	事件通知
Hot-Join	设备动态加入
Master Request	请求主控切换

4️⃣ 软件意义

事件驱动
极低功耗
非轮询

📌 I³C 非常适合 RTOS + sensor hub

七、热插拔（Hot-Join）

工作流程

text 复制代码

新设备上电
↓
发送 Hot-Join IBI
↓
主机 ENTDAA
↓
分配地址

📌 I²C 做不到

八、多主与主控切换

特性	I²C	I³C
多主支持	理论支持	规范化
主切换	无	Master Handoff

九、时序与仲裁机制

1️⃣ 仲裁规则

SDA 线仲裁
低电平优先
推挽阶段避免冲突

2️⃣ 起始/停止条件

与 I²C 类似，但：

起始阶段为开漏
数据阶段为推挽

十、错误检测与可靠性

功能	I³C
ACK/NACK	✔
CRC	✔
超时检测	✔
设备复位	CCC

十一、I³C 驱动实现视角（非常关键）

1️⃣ 驱动分层

text 复制代码

应用层
 └─ I3C API
     └─ CCC 管理
         └─ Transfer Engine
             └─ I3C 外设寄存器

2️⃣ 初始化流程（典型）

c 复制代码

i3c_init();
send_ccc(RSTDAA);
send_ccc(ENTDAA);
foreach(target)
{
    get_pid();
    get_bcr();
    set_mrl_mwl();
}

3️⃣ RTOS 下重点

IBI → ISR → 消息队列
CCC 状态机
锁与总线仲裁

十二、与 SPI 的工程对比（很多人误解）

项目	SPI	I³C
速度	更快	快
引脚	多	少
中断	额外线	IBI
地址	无	自动
拓扑	点对点	总线

📌 I³C 是 I²C + SPI 的折中升级方案

十三、真实工程选型建议（给你）

结合你嵌入式 + SoC + RTOS背景：

✔ 多传感器 → I³C
✔ 低功耗 → I³C
✔ 老设备多 → I²C
✔ 摄像头数据主通道 → SPI / MIPI

最后一段总结（工程师视角）

I³C ≠ 简单外设接口
I³C ≈ 一条"轻量级系统总线"

它的复杂度，已经接近：

USB 枚举
PCIe 设备发现（简化版）

如果你愿意，下一步我可以：

🧩 结合 STM32 / GD32 的 I3C 外设寄存器讲驱动
📐 画 DAA / IBI 时序图
🧠 I3C 协议栈拆分成状态机
🔧 分析 Linux I3C 子系统（i3c core）

你想从 "硬件 / 裸机 / RTOS / Linux" 哪个角度继续深入？

太好了，这一问正中 I³C 的工程核心 🔥

下面我就完全站在「MCU 裸机驱动 I3C」的角度 ，一步一步把 驱动工作流程、状态机、关键细节、坑点 讲清楚。

你可以把这篇当成："写 I3C 裸机驱动前的设计文档"。

一、MCU 裸机 I³C 驱动的整体视角

先给你一个总览框架，避免一上来被 CCC / DAA 吓到。

1️⃣ 裸机 I3C 驱动的本质

I3C 裸机驱动 = 外设驱动 + 协议状态机

text 复制代码

I3C 外设寄存器
   ↓
传输引擎（TX/RX FIFO / DMA）
   ↓
CCC 管理层（协议）
   ↓
设备管理（地址 / 能力）
   ↓
应用层 API

📌 重点：

I²C 裸机 ≈ "发地址 + 发数据"

I³C 裸机 ≈ "枚举设备 + 管理设备 + 传输数据"

二、I3C 裸机驱动的生命周期（全流程）

阶段划分（非常重要）

text 复制代码

① 硬件初始化
② 总线初始化
③ 设备枚举（DAA）
④ 设备能力识别
⑤ 正常数据通信
⑥ IBI / Hot-Join 处理

三、① 硬件初始化（外设层）

1️⃣ GPIO / 时钟 / 复位

c 复制代码

i3c_clk_enable();
i3c_reset();
i3c_gpio_init(SDA, SCL);

注意点（⚠️）：

SDA/SCL 必须支持：
- 开漏
- 推挽
不能强拉上拉（除非混接 I2C）

2️⃣ I3C 控制器基础配置

关键配置项（不同 MCU 名字不同）：

配置	说明
Role	Primary Controller
Mode	I3C
Open-Drain	起始阶段
Push-Pull	数据阶段
Clock	8~12.5MHz

c 复制代码

I3C->CTRL = MASTER | I3C_MODE;
I3C->CLKDIV = calc_div(12_500_000);

📌 这一步只是"能发波形"，还不能通信

四、② 总线初始化（协议准备）

1️⃣ 总线空闲检测

c 复制代码

while (!bus_idle());

SDA = 1
SCL = 1

2️⃣ 清空状态

c 复制代码

clear_fifo();
clear_interrupt();

五、③ 设备枚举（DAA）⭐⭐⭐（核心）

1️⃣ 为什么裸机 DAA 是最难的？

多设备竞争
位级仲裁
状态机复杂
错一步，全盘崩

👉 好消息 ：
MCU 的 I3C 外设通常"硬件实现 DAA"

2️⃣ DAA 裸机流程（逻辑）

text 复制代码

发送 ENTDAA (Broadcast CCC)
↓
设备按优先级发送 PID
↓
主机逐个分配动态地址
↓
DAA 完成

3️⃣ 裸机代码结构（伪代码）

c 复制代码

send_ccc(CCC_ENTDAA);

while (i3c_daa_in_progress())
{
    if (device_found())
    {
        pid = read_pid();
        assign_dynamic_addr(next_addr++);
        save_device(pid, addr);
    }
}

4️⃣ 你需要维护的数据结构

c 复制代码

typedef struct {
    uint64_t pid;
    uint8_t  dyn_addr;
    uint8_t  bcr;
    uint8_t  dcr;
} i3c_dev_t;

i3c_dev_t dev_table[MAX_I3C_DEV];

📌 这一步相当于 USB 枚举

六、④ 设备能力识别（CCC 查询）

DAA 完成 ≠ 可用

你还不知道设备能干嘛！

1️⃣ 必做的 CCC 查询

CCC	目的
GETPID	验证
GETBCR	是否支持 IBI
GETDCR	设备类型
GETMRL	最大读
GETMWL	最大写

2️⃣ 裸机执行方式

c 复制代码

send_direct_ccc(dev->addr, CCC_GETBCR, &bcr);
send_direct_ccc(dev->addr, CCC_GETMRL, &mrl);

3️⃣ 建立"设备能力表"

c 复制代码

dev->ibi_supported = bcr & BCR_IBI;
dev->max_rd_len    = mrl;

📌 驱动后续逻辑全靠它

七、⑤ 正常数据通信（Private Transfer）

1️⃣ I3C 裸机最常用 API

c 复制代码

i3c_write(dev, buf, len);
i3c_read(dev, buf, len);

2️⃣ 实际底层流程

text 复制代码

START
→ 动态地址 + R/W
→ 数据（推挽）
→ ACK
→ STOP

3️⃣ 裸机实现方式

方式一：轮询（最简单）

c 复制代码

while (!tx_fifo_empty());
write_data();

方式二：中断（推荐）

c 复制代码

ISR:
  if (TX_TH)
    fill_fifo();

4️⃣ 错误处理（必须）

错误	处理
NACK	重试
Timeout	复位控制器
Arbitration Lost	重来

八、⑥ IBI（In-Band Interrupt）处理 ⭐⭐⭐

1️⃣ IBI 在裸机中的地位

I3C 裸机真正"高级"的地方

2️⃣ IBI 裸机处理流程

text 复制代码

设备拉低 SDA
↓
I3C 中断
↓
识别 IBI
↓
读 IBI 数据
↓
回 ACK

3️⃣ ISR 结构示例

c 复制代码

void I3C_IRQHandler(void)
{
    if (IBI_PENDING)
    {
        addr = get_ibi_src();
        read_ibi_payload();
        set_event_flag(addr);
    }
}

📌 ISR 只做事件上报，别做复杂逻辑

九、⑦ Hot-Join（动态插拔）

裸机处理思路

text 复制代码

收到 Hot-Join IBI
↓
重新 ENTDAA
↓
新增设备入表

十、状态机设计（关键设计点）

十一、裸机常见"坑点总结"（非常重要）

❌ 把 I3C 当 I2C 用

❌ 只写 read/write

✅ 必须做枚举

❌ 忽略 CCC 返回值

CCC 失败 ≠ 总线失败

可能设备不支持

❌ IBI 放主循环处理

IBI = 中断级事件
一定进 ISR

❌ 不做设备表

多设备必炸

十二、裸机 vs RTOS 的差异

项目	裸机
IBI	ISR + flag
设备管理	静态表
互斥	关中断
复杂度	中

十三、一句话总结（工程师版）

MCU 裸机 I3C 驱动 = I2C 驱动 + USB 枚举思想 + 中断事件机制

如果你下一步愿意，我可以继续帮你：

🧠 给你画一个 I3C 裸机状态机图
🔧 结合 STM32 / GD32 的 I3C 寄存器写示例
🧩 拆一个最小可跑的 I3C 裸机框架
🚀 讲 IBI 在低功耗系统里的用法

你更想 "看代码结构" 还是 "看具体寄存器/时序"？

一、I³C 协议的设计目标（为什么会有 I³C）

二、I³C 总线基础结构

1️⃣ 总线角色

Master / Slave（Controller / Target）

支持的角色能力

2️⃣ 设备类型

三、I³C 的地址体系（核心）

1️⃣ 静态地址（Static Address）

2️⃣ 动态地址（Dynamic Address）⭐⭐⭐

🔹 核心思想

🔹 分配流程（DAA）

🔹 唯一 ID（PID / BCR / DCR）

3️⃣ 地址优先级

四、CCC（Common Command Codes）------I³C 的"灵魂"

1️⃣ CCC 分类

🔹 Broadcast CCC（广播）

🔹 Directed CCC（定向）

2️⃣ CCC 在驱动中的意义

五、数据传输模式

1️⃣ SDR（Single Data Rate）

2️⃣ HDR（High Data Rate）

3️⃣ 私有传输（Private Transfer）

六、IBI（In-Band Interrupt）⭐⭐⭐

1️⃣ IBI 是什么？

2️⃣ IBI 触发流程

3️⃣ IBI 类型

4️⃣ 软件意义

七、热插拔（Hot-Join）

工作流程

八、多主与主控切换

九、时序与仲裁机制

1️⃣ 仲裁规则

2️⃣ 起始/停止条件

十、错误检测与可靠性

十一、I³C 驱动实现视角（非常关键）

1️⃣ 驱动分层

2️⃣ 初始化流程（典型）

3️⃣ RTOS 下重点

十二、与 SPI 的工程对比（很多人误解）

十三、真实工程选型建议（给你）

最后一段总结（工程师视角）

一、MCU 裸机 I³C 驱动的整体视角

1️⃣ 裸机 I3C 驱动的本质

二、I3C 裸机驱动的生命周期（全流程）

阶段划分（非常重要）

三、① 硬件初始化（外设层）

1️⃣ GPIO / 时钟 / 复位

注意点（⚠️）：

2️⃣ I3C 控制器基础配置

四、② 总线初始化（协议准备）

1️⃣ 总线空闲检测

2️⃣ 清空状态

五、③ 设备枚举（DAA）⭐⭐⭐（核心）

1️⃣ 为什么裸机 DAA 是最难的？

2️⃣ DAA 裸机流程（逻辑）

3️⃣ 裸机代码结构（伪代码）

4️⃣ 你需要维护的数据结构

六、④ 设备能力识别（CCC 查询）

1️⃣ 必做的 CCC 查询

2️⃣ 裸机执行方式

3️⃣ 建立"设备能力表"

七、⑤ 正常数据通信（Private Transfer）

1️⃣ I3C 裸机最常用 API

2️⃣ 实际底层流程

3️⃣ 裸机实现方式

方式一：轮询（最简单）

方式二：中断（推荐）

4️⃣ 错误处理（必须）

八、⑥ IBI（In-Band Interrupt）处理 ⭐⭐⭐

1️⃣ IBI 在裸机中的地位

2️⃣ IBI 裸机处理流程

3️⃣ ISR 结构示例

九、⑦ Hot-Join（动态插拔）

裸机处理思路

十、状态机设计（关键设计点）

推荐状态机

十一、裸机常见"坑点总结"（非常重要）

❌ 把 I3C 当 I2C 用

❌ 忽略 CCC 返回值