SLIMbus
ناقل الوسائط التسلسلي منخفض الطاقة بين الرقاقات ( SLIMbus ) هو واجهة قياسية بين معالجات النطاق الأساسي أو معالجات التطبيقات والمكونات الطرفية في الأجهزة المحمولة. وقد طُوِّر ضمن تحالف MIPI ، الذي أسسته شركات ARM ونوكيا و STMicroelectronics وتكساس إنسترومنتس . [ 1 ] تدعم هذه الواجهة العديد من مكونات الصوت الرقمي في آنٍ واحد، وتنقل تدفقات بيانات صوتية رقمية متعددة بمعدلات عينات وعرض بتات مختلفة.
يُنفذ بروتوكول SLIMbus كهيكل إطار متزامن ثنائي الأسلاك، قابل للتكوين، بتقنية تقسيم الوقت المتعدد (TDM). ويحتوي على آليات تحكيم ناقل داعمة وهياكل رسائل تسمح بإعادة تكوين خصائص تشغيل الناقل وفقًا لاحتياجات تطبيق النظام أثناء التشغيل. ماديًا، يربط خط البيانات (DATA) وخط الساعة (CLK) مكونات SLIMbus المتعددة في بنية ناقل متعددة النقاط . يمكن لأجهزة SLIMbus "الانفصال" عن الناقل و"إعادة الاتصال" به ديناميكيًا حسب الحاجة باستخدام البروتوكولات المناسبة الموضحة في مواصفات SLIMbus. عند استخدامه في طرفية متنقلة أو منتج محمول، يمكن لبروتوكول SLIMbus أن يحل محل واجهات الصوت الرقمية القديمة مثل PCM و I²S و SSI ( واجهة التسلسل المتزامنة للصوت الرقمي ) ، بالإضافة إلى بعض حالات العديد من نواقل التحكم الرقمية مثل I²C و SPI و microWire و UART أو منافذ GPIO على مكونات الصوت الرقمية .
تاريخ
- تم تشكيل تحالف MIPI في خريف عام 2003 .
- تم عرض بنية الواجهة التي تتضمن ناقل ربط الوسائط منخفض السرعة (LowML) في الاجتماع المباشر لتحالف MIPI في صوفيا أنتيبوليس ، فرنسا في مارس 2004.
- تم إنشاء مجموعة التحقيق في قضايا الاحتيال المالي (LML-IG) في يوليو 2004 من قبل تحالف MIPI. وكان الاجتماع الأول عبارة عن مؤتمر عبر الهاتف في 3 أغسطس 2004.
- تم إنشاء مجموعة عمل LML (LML-WG) في الربع الرابع من عام 2004. تم تقديم ميثاق مجموعة عمل LML إلى مجلس إدارة MIPI في ديسمبر 2004.
- الاجتماع الأول كمجموعة عمل كاملة في 12 أبريل 2005.
- أصدرت مجموعة عمل LML المسودة الأولى من SLIMbus مع النص في جميع الفصول (الإصدار 0.55) في 18 أكتوبر 2005.
- تم إصدار مواصفات SLIMbus الإصدار 1.00 للمستخدمين في 16 مايو 2007.
- من يونيو 2007 إلى يونيو 2008، تم تحسين مواصفات SLIMbus (إصلاح الغموض والأخطاء المطبعية والأخطاء) بناءً على ملاحظات المنفذين.
- تم إصدار مواصفات SLIMbus V1.01 للمستخدمين في 3 ديسمبر 2008 ويوصى بتنفيذها.
أجهزة SLIMbus وفئات الأجهزة
تُحدد تعريفات فئات أجهزة SLIMbus الحد الأدنى من متطلبات بيانات التحكم بالجهاز، وسلوكه، ودعم بروتوكول نقل البيانات. يوجد أربع فئات أجهزة SLIMbus مُعرّفة في الإصدار 1.01 من مواصفات SLIMbus: المدير، والمُؤطِّر، والواجهة، والعام. يمكن تنفيذ أنظمة SLIMbus كاملة دون الحاجة إلى أي فئات أجهزة إضافية.
جهاز الإدارة
جهاز الإدارة مسؤول عن تكوين SLIMbus، ويؤدي إدارة الناقل (إدارة المكونات والأجهزة، وتكوين الناقل، وتخصيص القنوات الديناميكي) وعادة ما يكون موجودًا في معالج النطاق الأساسي أو معالج التطبيقات بدلاً من مكون طرفي.
جهاز الإطار
يقوم جهاز Framer بإرسال إشارة الساعة على خط CLK إلى جميع مكونات SLIMbus، ويحتوي أيضًا على منطق لنقل قنوات مزامنة الإطار ومعلومات التأطير على خط DATA.
جهاز واجهة
يوفر جهاز الواجهة خدمات إدارة الناقل، ويراقب الطبقة المادية بحثًا عن الأخطاء، ويبلغ عن معلومات حول حالة مكون SLIMbus، ويدير المكون بطريقة أخرى بحيث تعمل الأجهزة الموجودة بداخله بشكل صحيح على الناقل.
يتطلب تنفيذ مكون SLIMbus وظيفي دائمًا استخدام جهاز واجهة SLIMbus، بالإضافة إلى الوظيفة المراد تنفيذها، مثل DAC و ADC ومضخم الصوت الرقمي وما إلى ذلك.
جهاز عام (وظيفة)
الجهاز العام هو جهاز بخلاف المدير أو الإطار أو الواجهة. ويُعتبر الجهاز العام عمومًا الجهاز الذي يوفر وظائف تطبيقية معينة، على سبيل المثال، التحويل من الصوت الرقمي إلى التناظري (DAC) والعكس (ADC).
مكون SLIMbus
يحتوي مكون SLIMbus على جهازين أو أكثر من أجهزة SLIMbus. يحتوي مكون SLIMbus على جهاز واجهة SLIMbus واحد فقط (INTERFACE)، وقد يحتوي على نوع واحد أو أكثر من أنواع أجهزة SLIMbus الأخرى التي تؤدي وظيفة معينة (FUNCTION).
يوفر منفذ SLIMbus (P) مسار اتصال لتدفق البيانات بين الأجهزة. تُستخدم منافذ SLIMbus عادةً لتدفق بيانات الصوت الرقمية، ولكن يمكن استخدامها أيضًا لتدفق أنواع أخرى من البيانات الرقمية.
تختلف إمكانيات المنافذ باختلاف الجهاز، ويجب تحديدها في ورقة بيانات المكون. تشمل سمات المنافذ النموذجية اتجاه البيانات، أي الإدخال فقط (الوجهة)، أو الإخراج فقط (المصدر)، أو كليهما، وبروتوكولات النقل المدعومة، وعرض البيانات.
يظهر مثال بسيط لمكون SLIMbus في الشكل 1 أدناه، ويظهر مثال معقد لمكون SLIMbus في الشكل 2 أدناه.
بيانات SLIMbus و CLK
تستخدم جميع أجهزة SLIMbus البيانات و CLK للمزامنة مع تكوين الناقل المستخدم، لاستقبال أو إرسال الرسائل والبيانات، ولتنفيذ التحكيم في الناقل، واكتشاف التصادم ، وحل النزاعات بين الأجهزة.
بالنسبة لجميع مكونات SLIMbus (باستثناء المكون الذي يحتوي على جهاز Framer)، يكون طرف CLK مخصصًا للإدخال فقط. أما إذا كان مكون SLIMbus هو جهاز Framer، أو يحتوي على جهاز Framer، فإن إشارة CLK تكون ثنائية الاتجاه.
بالنسبة لجميع مكونات SLIMbus، يكون خط البيانات ثنائي الاتجاه، ويحمل جميع المعلومات المرسلة أو المستلمة على الناقل باستخدام ترميز Non-Return-to-Zero Inverted (NRZI).
يتم تشغيل خط البيانات عند الحافة الموجبة لخط الساعة وقراءته عند الحافة السالبة. ويمكن رفع مستوى خط البيانات إلى مستوى عالٍ أو منخفض، أو تثبيته عند مستوى عالٍ أو منخفض بواسطة دائرة تثبيت ناقل داخلية ، وذلك حسب وضع التشغيل المحدد لجهاز SLIMbus.
تستخدم خطوط بيانات وساعة واجهة SLIMbus إشارات أحادية الطرف، مرجعية للأرض، من طرف إلى طرف، تشبه إشارات CMOS ، وتُحدد جهود الإشارة بالنسبة لجهد تغذية الواجهة (يُسمح بـ +1.8 فولت أو +1.2 فولت). ولأسباب تتعلق بأداء التوافق الكهرومغناطيسي، تم تحديد حدود معدل التغير لـ SLIMbus.
ترددات ساعة SLIMbus والتروس
يُحدد تردد خط CLK في SLIMbus بنطاق من ترددات الساعة الأساسية يصل إلى 28 ميجاهرتز، و10 تروس ساعة لتغيير تردد الساعة بمضاعفات العدد 2 على مدى 512 ضعفًا من أدنى ترس إلى أعلى ترس. يُعرَّف التردد الأساسي بأنه 2 (10-G) مضروبًا في تردد خط CLK. عند G=10، يتساوى تردد خط CLK مع التردد الأساسي.
يمكن أيضًا إيقاف وإعادة تشغيل SLIMbus CLK.
ستدعم ترددات SLIMbus CLK وبروتوكولات نقل البيانات جميع ترددات أخذ العينات الزائدة الشائعة لمحولات الصوت الرقمية ومعدلات أخذ العينات المرتبطة بها.
الخلايا، والفتحات، والإطارات الفرعية، والإطارات، والإطارات الرئيسية
يتكون هيكل إطار SLIMbus من خمسة مكونات أساسية: الخلايا، والفتحات، والإطارات، والإطارات الفرعية، والإطارات الفائقة.
خلية
تُعرَّف الخلية بأنها منطقة من إشارة البيانات التي يحدها حافتان موجبان متتاليتان لخط الساعة وتحتوي على بت واحد من المعلومات.
فتحة
تُعرَّف الفتحة بأنها أربع خلايا متجاورة (يتم إرسال 4 بتات بترتيب من البت الأكثر أهمية إلى البت الأقل أهمية). ويمكن تخصيص عرض النطاق الترددي لمختلف تنظيمات البيانات، من 4 بتات إلى 32 بتًا أو أكثر، عن طريق تجميع الفتحات المكونة من 4 بتات.
إطار
يُعرَّف الإطار بأنه 192 خانة متجاورة (من 0 إلى 191)، ويتم إرسالها بالترتيب التالي: S0، ثم S1، ثم S2، وهكذا حتى S191. الخانة الأولى (الخانة 0) من كل إطار هي خانة تحكم تحتوي على رمز مزامنة الإطار المكون من 4 بتات. الخانة S96 من كل إطار هي أيضًا خانة تحكم تحتوي على 4 بتات من معلومات التأطير.
يقوم برنامج Framer النشط بكتابة جميع معلومات التأطير إلى خط البيانات في الوقت المناسب.
الإطار الفرعي
يُعرَّف الإطار الفرعي بأنه تقسيم بنية الإطار الذي تتداخل فيه مساحة التحكم ومساحة البيانات . وينقسم الإطار الفرعي إلى خانة واحدة أو أكثر من مساحة التحكم، تليها صفر أو أكثر من خانات مساحة البيانات.
كما هو موضح في الشكل 4 أدناه، يمكن برمجة طول الإطار الفرعي إلى 6 أو 8 أو 24 أو 32 خانة متجاورة (24 أو 32 أو 96 أو 128 خلية). وبالتالي، فإن عدد الإطارات الفرعية الممكنة لكل إطار هو 32 أو 24 أو 8 أو 6 على التوالي. ويمكن تغيير تكوين الإطار الفرعي المستخدم ديناميكيًا بناءً على متطلبات تدفق البيانات للتطبيقات المدعومة في ذلك الوقت.
تم تخصيص 4 خانات من مساحة التحكم لرمز مزامنة الإطار، و4 بتات لكلمة معلومات التأطير، و8 بتات لبايت الدليل. أما الباقي فهو متاح لرسائل التحكم العامة.
تُعتبر أي خانات غير مخصصة لمساحة التحكم مساحة بيانات.
سوبر فريم
يُعرَّف الإطار الفائق بأنه ثمانية إطارات متجاورة (1536 خانة). تُسمى الإطارات داخل الإطار الفائق من الإطار 0 إلى الإطار 7.
مدة الإطار الفائق ثابتة من حيث عدد الفتحات (وبالتالي الخلايا)، ولكنها ليست ثابتة من حيث الوقت. يمكن تغيير معدل الإطار الفائق ديناميكيًا على ناقل SLIMbus ليناسب التطبيق المحدد عن طريق تغيير تردد الجذر لناقل SLIMbus أو ترس الساعة، أو كليهما.
القنوات
يتم تخصيص المعلومات الموجودة على خط بيانات SLIMbus لقنوات مساحة التحكم ومساحة البيانات.
تحتوي مساحة التحكم على معلومات تهيئة ناقل البيانات ومزامنته، بالإضافة إلى تبادل الرسائل بين الأجهزة. ويمكن برمجة مساحة التحكم ديناميكيًا لتستهلك كامل عرض نطاق ناقل SLIMbus حسب الحاجة، حتى بنسبة تصل إلى 100% في بعض الأحيان.
تحتوي مساحة البيانات، عند وجودها، على معلومات خاصة بالتطبيق مثل تدفقات البيانات المتزامنة وغير المتزامنة.
تقوم مكونات SLIMbus بنقل معلومات التحكم والبيانات فيما بينها باستخدام قنوات التحكم والبيانات مع بروتوكولات النقل لتحقيق التشغيل المطلوب للنظام. وتُستخدم الرسائل لوظائف التحكم.
يمكن إنشاء قنوات بين زوج من الأجهزة (اتصال بين الأجهزة)، أو بين جهاز واحد والعديد من الأجهزة (اتصال البث)، أو في حالة قناة الرسائل، من جميع الأجهزة إلى جميع الأجهزة الأخرى (مشتركة).
قنوات التحكم
تنقسم مساحة التحكم إلى ثلاثة أنواع من القنوات: التأطير، والتوجيه، والرسالة.
تشغل قناة التأطير الخانتين 0 و96 من كل إطار. (بما أن أطوال جميع الإطارات الفرعية تقسم 96، فإن هاتين الخانتين متاحتان دائمًا لهذا الغرض). تحتوي الخانة 0 على رمز مزامنة إطار ثابت (1011 2 )، بينما تحتوي الخانة 96 على 4 بتات من كلمة معلومات التأطير. خلال الإطار الفائق، تتوفر 32 بتًا من معلومات التأطير. بعض هذه البتات يحتوي على نمط بتات ثابت يُستخدم للحصول على مزامنة الإطار الفائق (0 x 011 xxx 2 )، بينما يحتوي البعض الآخر على معلومات تكوين أساسية أخرى.
تتألف قناة التوجيه من أول خانتين تحكم غير مؤطرتين في كل إطار فائق. عادةً ما تكون قيمة "بايت التوجيه" صفرًا، ولكن إذا امتدت رسالة تحكم على حدود إطار فائق، فإنها تشير إلى عدد البايتات حتى نهاية تلك الرسالة.
تتكون قناة الرسائل من جميع الفتحات المتبقية. وهي تحمل أنواعًا مختلفة من المعلومات بما في ذلك إعلانات تكوين الناقل، والتحكم في الجهاز، وحالة الجهاز.
يُحدد تنسيق مساحة التحكم بواسطة مُعرّف نمط الإطار الفرعي ذي 5 بتات، والذي يُرسل ضمن كلمة معلومات التأطير. يُحدد هذا المُعرّف طول الإطار الفرعي وعدد خانات التحكم. يقتصر عدد خانات التحكم على الخيارات التالية: 1، 2، 3، 4، 6، 8، 12، 16، أو 24. بإضافة شرط أن يكون عدد خانات التحكم أقل من طول الإطار الفرعي، نحصل على 26 تركيبة صالحة. أما التشفير الخاص بـ "مساحة تحكم 100%"، حيث لا يُؤخذ طول الإطار الفرعي في الاعتبار، فيُنتج 27 نمطًا صالحًا. (الأنماط من 1 إلى 3، بالإضافة إلى 20 و30، غير صالحة).
قنوات البيانات
قنوات البيانات عبارة عن خانة بيانات واحدة أو أكثر متجاورة (قطاعات)، ويتم إنشاؤها ديناميكيًا بواسطة المدير النشط بناءً على التطبيق وحجم مساحة البيانات المتاحة. يتم تحديد قناة البيانات، وبالتالي بنية القطاع، من خلال معايير مثل معدل نقل البيانات ونوعها وطول الحقل وبروتوكول النقل المطلوب.
تتكرر المقاطع على فترات زمنية معروفة وتعمل كحافلات افتراضية مع ضمان عرض النطاق الترددي وزمن الاستجابة الخاص بها.
يحتوي المقطع، الموضح أدناه في الشكل 5، على حقول TAG (فتحتان)، وAUX (فتحتان)، وDATA. حقلا TAG وAUX اختياريان. في حال استخدامهما، تحمل بتات TAG معلومات التحكم في تدفق البيانات لقناة البيانات، بينما تحمل بتات AUX معلومات جانبية تتعلق بمحتوى حقل DATA. قد تملأ حمولة البيانات كامل حقل DATA المخصص أو لا.
بروتوكولات نقل قنوات البيانات والتحكم في التدفق
تحتوي قناة البيانات على مصدر بيانات واحد فقط في كل مرة، وقد تحتوي على وجهة بيانات واحدة أو أكثر اعتمادًا على بروتوكول النقل المستخدم في القناة.
يعتمد التحكم في تدفق البيانات في القناة، عند الحاجة، على الأجهزة ونوع البيانات المعنية. وتُستخدم بتات الوسم (TAG bits) لنقل معلومات التحكم في التدفق.
ترتبط منافذ أجهزة SLIMbus بقنوات البيانات باستخدام رسائل اتصال وفصل القنوات المناسبة. ولتدفق البيانات بين المنافذ المتصلة بالقنوات، يدعم SLIMbus مجموعة صغيرة من بروتوكولات النقل شائعة الاستخدام (بما في ذلك بروتوكول نقل مُعرَّف من قِبل المستخدم) والتي تُحدد نوع تدفق البيانات، وآلية التحكم في التدفق، وقناة جانبية (إن وُجدت) لأي معلومات إضافية خاصة بالتطبيق. يُلخص الجدول 1 بروتوكولات النقل.
| تي بي | اسم البروتوكول | يكتب | عدد خانات حقل الوسم |
|---|---|---|---|
| 0 | متزامن | البث المتعدد | 0 |
| 1 | دفع | البث المتعدد | 1 |
| 2 | تم سحبه | أحادي البث | 1 |
| 3 | مغلق | البث المتعدد | 0 |
| 4 | غير متزامن - أحادي الاتجاه | أحادي البث | 1 |
| 5 | غير متزامن - نصف مزدوج | أحادي البث | 1 |
| 6 | غير متزامن موسع - أحادي الاتجاه | أحادي البث | 2 |
| 7 | غير متزامن موسع - نصف مزدوج | أحادي البث | 2 |
| من 8 إلى 13 | محجوز | - | - |
| 14 | مُعرّف من قِبل المستخدم 1 | - | 1 |
| 15 | مُعرّف من قِبل المستخدم 2 | - | 2 |
يتم استخدام بروتوكولات المستخدم 1 و 2 لتوسيع آليات نقل البيانات الخاصة بـ SLIMbus، ومن المفترض أن الجهاز المتصل بقناة بيانات بروتوكول المستخدم يعرف تعريف بتات TAG و AUX وكيفية استخدامها.
نظام SLIMbus
يُظهر الشكل 7 أدناه نظام SLIMbus لأغراض التوضيح فقط. جميع المكونات مختلفة عن بعضها البعض. لاحظ أن مكون SLIMbus العلوي الأيسر في هذا المثال يحتوي على جهاز Framer (F)، وبالتالي فإن إشارة CLK لهذا المكون ثنائية الاتجاه.
يحتوي مكون SLIMbus العلوي الأيسر أيضًا على جهاز إدارة (M). ومع ذلك، ليس من الضروري أن يكون جهاز الإدارة وجهاز الإطار في نفس مكون SLIMbus.
يمكن أيضًا دمج جهاز المدير و/أو جهاز الإطار الموضح في مكون SLIMbus العلوي الأيسر في معالجات النطاق الأساسي و/أو معالجات التطبيقات المستخدمة عادةً لبناء المحطات الطرفية المحمولة.
يوضح الشكل 8 أدناه تصورًا لنظام SLIMbus واقعي محتمل. يرمز الحرفان "M" و"F" إلى جهازي الإدارة والتأطير على التوالي. ويمكن استبدال الميكروفون الأحادي في النظام بمصفوفة ميكروفونات متعددة. كما يمكن إضافة أي مزيج من وحدات الصوت.
مراجع
- ↑ ميريت، ريك (13 فبراير 2006). "واجهة شريحة الهاتف المحمول تصبح حقيقة واقعة" . EETimes . تم الاطلاع عليه في 17 يناير 2013 .
- ↑ "مواصفات ناقل I2S" (ملف PDF) . شركة فيليبس لأشباه الموصلات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 يناير 2013 .
- ↑ "مواصفات ناقل I2C" (ملف PDF) . شركة فيليبس لأشباه الموصلات. يناير 2000. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 يناير 2013 .
- ↑ "واجهة AN-452 MICROWIRE التسلسلية" (ملف PDF) . شركة تكساس إنسترومنتس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 يناير 2013 .
روابط خارجية
يمكن الاطلاع على قائمة جزئية بمعلومات منفذي SLIMbus على الرابط التالي:
التغطية الصحفية
- "تحالف MIPI يُطلق SLIMbus®" . تحالف MIPI . شركة تحالف MIPI. 9 يوليو 2007. تاريخ الاطلاع: 17 يناير 2013 .
- باكمان، جحا؛ بويس، كينيث. كافانا، بيتر؛ لامبرخت، كزافييه. شوسلر، جيمس. ترافيس، كريس؛ فان فليميرين، برنارد؛ فانستيج ، جينيفيف (سبتمبر 2006). Slimbus: واجهة الصوت والبيانات والتحكم للأجهزة المحمولة . المؤتمر الدولي التاسع والعشرون: الصوت للأجهزة المحمولة والمحمولة.
- لي، يونغ هوان؛ هون جو تشونغ؛ تشانغ غو رو (2008). "تصميم تروس الساعة لأنظمة الوسائط منخفضة الطاقة" (ملف PDF) . المؤتمر التقني الدولي الثالث والعشرون للدوائر/الأنظمة والحواسيب والاتصالات . تاريخ الاطلاع: 17 يناير 2013 .
- "تحالف MIPI® يُصدر سبعة مواصفات أساسية لواجهة الأجهزة المحمولة في عام 2008" . بزنس واير . 9 فبراير 2009. تاريخ الاطلاع: 17 يناير 2013 .
- حافلات الكمبيوتر
- معايير تحالف MIPI