??? 低功耗芯片間串行媒體總線SLIMbusTM是基帶或移動終端應用處理器與外設部件間的標準接口。SLIMbus規范是MIPI聯盟成員共同開發的。MIPI是一個移動工業巨頭聯盟組織，旨在定義移動應用處理器接口開放標準或提升其現有標準。根據這些開放標準，通過為移動應用處理器的標準硬件和軟件接口建立規范，并且鼓勵整個業界采用這些標準。MIPI聯盟致力于為移動用戶加速開發新的服務，在微處理器、外設和軟件接口方面完善現有的標準體系。
??? 開發SLIMbus總線的動力來自于移動終端和其他便攜式娛樂設備對多媒體功能不斷增長的需求，以及驅動高質量數字音頻發展的產量增長和產品差異化。
SLIMbus的主要特點
??? SLIMbus典型的特點為：支持音頻、數據、總線和單條總線上的設備控制器；減少引腳數以降低產品消耗；支持高質量音頻多信道；單條總線上多重并發采樣率；高效、不受主機控制的、對等通用數據通信；提高軟件重用性和協同工作能力的標準消息集；使用普通數字音頻時鐘，同時也可使用已經建立的系統時鐘；為降低總線功率消耗而采用動態時鐘頻率" title="時鐘頻率">時鐘頻率。
??? 通過提供支持單總線結構上許多部件和數字音頻信道的可擴展多重結構，SLIMbus總線地址局限于現有的數字音頻接口，如I2S和PCM（它們都是單部件間點對點連接，只支持一個或兩個數字音頻信道）。
??? 為了具有更大的靈活性和易用性，SLIMbus總線取消了控制總線，如： I2C、SPI、microWireTM、UART或數字音頻部件上的GPIO引腳。另外，也減少（或消除）了其他類型的移動終端低帶寬部件上這些總線結構中的控制總線。
????SLIMbus總線采用如下機制實現通信：同步雙向通信、靈活的TDM框架結構、總線仲裁機制和消息結構，這些機制共同建立起SLIMbus設備間靈活、穩固的數據連接。盡管SLIMbus總線對常速率媒體流的傳輸做了優化，但它仍可以傳輸各種異步數據和控制數據。
SLIMbus總線的物理層介紹
????從物理意義上來說，SLIMbus總線包括兩個終端以及連接多個SLIMbus總線設備的數據線（DATA）和時鐘線（CLK）。
????SLIMbus總線使用多支路總線的拓撲結構，所有總線信號對總線上的所有設備都是相同的。同樣，總線上的所有設備必須使用相同的協議進行通信。選擇使用這種總線是因為它大大減少了設備間互相連接的連線數目，同時允許將各種各樣的設備連接到總線上。
??? 多支路連接要求在任意一個給定時刻，總線上只允許一個設備向其他一臺或多臺接收設備發送數據。SLIMbus總線設備需通過仲裁程序訪問總線。
??? SLIMbus總線使用時分多用(TDM)體系結構，這種結構允許多個接收設備和發射設備駐留在總線上，以允許所有設備在分配的信道和時間片內互相通信。SLIMbus總線支持設備間的點對點通信及一臺設備向其他設備發起的廣播式通信。
??? SLIMbus總線不是為提高熱插拔容量而設計的，其目的是要在如移動電話等單個客戶終端內完成通信。然而，根據SLIMbus總線規范中適當協議而產生的系統使用需求，SLIMbus總線設備允許動態的“掉線”和“重新接入”總線。
SLIMbus總線設備和設備類
??? SLIMbus總線設備是系統功能的邏輯實現。
?? ?一個設備類別目錄中的設備擁有相同的特性和功能。SLIMbus總線設備被劃分為許多設備類，每一設備類別的定義描述了屬于它的設備的最小需求信息，如設備控制信息、設備行為、支持的數據傳輸協議" title="傳輸協議">傳輸協議、實現設備功能的最小數據存儲需求。
??? 所有設備類別的需求包括：設備類別代碼，指定設備的類型；設備類別的版本代碼；支持傳輸的需求，即：端口數目、需要的設備屬性、定向性及這些端口所支持的傳輸協議。
??? 在第一版SLIMbus總線規范中，定義了四類SLIMbus總線設備：管理類、設計類、接口類和通用類。這些設備類可以完成要設計和實現的SLIMbus總線系統而無需添加其他設備類。如果需要，設備類別集合是可以擴展的。當其他的設備類別被定義后，這些設備類別代碼將會由MIPI聯盟分配。
??? 管理類設備：管理類設備負責引導SLIMbus總線，并且完成總線管理功能（部件和設備列表、總線配置動態信道分配）。
??? 設計類設備：設計類設備在時鐘線(CLK)上向所有SLIMbus總線部件傳遞時鐘信號，為了建立總線和通信的最高水平的TDM幀結構，設計類設備也在數據線上將引導信號及幀信道(幀信息)傳送到其他SLIMbus總線設備，以便于建立異步通信。也可以使用用于音頻解碼和數字/模擬轉換的高質量時鐘，使系統內不需要產生附加時鐘。
??? 接口類設備：接口類設備的每一部件提供總線管理服務，控制結構層次、接口部件實現監控消息協議，報告部件的當前狀態、管理部件的初始化，以便于部件能夠適當地驅動其設備。
??? 通用類設備：通用類設備通常被認為是提高特定應用功能的設備，這些特定功能將數字音頻轉換為模擬音頻（DAC）或者將模擬音頻轉換為數字音頻(ADV)。
??? 為了使用功能型SLIMbus總線設備，也需要使用SLIMbus總線接口設備、相關聯的其他設備和邏輯地址（EA和LA）、信息和取值元素(IE和VE)、每個設備的端口(P)，所有這些用來建立總線連接、控制狀態信息流及數字音頻(或其他數據)流。
??? 設備信息和評價元素：信息元素（IE）和評價元素(VE)是用來保存設備需要的狀態、配置以及其他重要信息的數據存儲元素。數據存儲可能是布爾型的，或有許多取值，這取決于設備的類型。這些IE和VE元素有效替換了諸如I2C或SPI傳統控制接口需要的注冊表。
??? 設備地址：SLIMbus總線使用48位枚舉型地址（EA）來識別設備，這些設備可以在總線上宣布它們的存在。每一設備都有一個EA地址，它包括制造序號ID、產品代碼、設備索引及設備實例值。制造序號ID代碼由MIPI聯盟提供，唯一識別制造的設備，就像PCI總線部件使用的制造序列號一樣。設備索引代碼在單個部件內唯一識別多重設備，實例值代碼適用于將統一型號或類別的多重設備連接到總線上的情況。
??? 端口：端口設備提供設備之間的數據連接信道，某一特定設備最多可以有64個端口。
??? 端口能力取決于設備，并且在部件數據表里有專門的定義。典型的端口屬性包括數據的方向性，如：只輸入（sink）、只輸出（資源）、既可輸入也可輸出；端口屬性還包括支持的傳輸協議、數據寬度等。例如，MEMS移動電話的端口屬性可能是只輸出、異步傳輸協議、16位數據寬度。
??? 數據傳輸后端口的狀態會發生變化。當開啟電源或重新啟動后，端口狀態處于非連接狀態，此時，端口不產生且不使用任何數據。當端口被連接到數據信道后，它變化到非配置狀態，也不產生且不使用任何數據。一旦處于非配置狀態，端口便會接收信道配置消息，并根據這一消息做相應的配置。
??? 在收到所有需要的配置參數后，端口狀態變化為已配置狀態，此時，端口已經做好數據傳輸的準備。
SLIMbus總線部件
?? ?SLIMbus總線部件包括兩個或多個SLIMbus總線設備。一個SLIMbus總線部件必須含有一個SLIMbus總線接口設備。此外，可以含有一個或多個其他類型的SLIMbus總線設備。
??? 圖1給出了一個復雜的SLIMbus總線。數據和控制信息由設備發出后首先使用消息協議對控制信息編碼，并使用傳輸協議對數據編碼。然后，數據和控制流根據幀層次做交叉存取，并在物理層被變換為數據線(DATA)和時鐘線（CLK）上的電信號。
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圖1 復雜的SLIMbus 總線部件
??? 在相反方向上，數據線和時鐘線上的電信號被物理層以比特流形式傳輸，然后被幀層拼湊成為數據和控制流。這些數據和控制流轉而被相應協議解碼并送給部件中適當的設備。
SLIMbus總線系統
??? 圖2給出了一個可能的SLIMbus總線系統示例。所有的部件互不相同。需要注意，左上側的SLIMbus總線部件含有幀設備，因此，這一部件的CLK信號是雙向的。
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圖2 SLIMbus 總線系統的一個示例
??? 左上側的SLIMbus總線部件也含有管理設備，但不需要管理設備和幀設備在同一個SLIMbus總線部件中。
??? 左上側的SLIMbus總線部件中所含的元素也可以被組合成基帶或/和應用處理器，用來建立移動終端。
SLIMbus總線模式和操作介紹
??? SLIMbus總線系統模式包括使用共享數據線和共同時鐘信號互相通信的一系列SLIMbus總線設備。SLIMbus總線數據線上的信息被分配成控制空間信道和數據空間信道。
??? 控制空間信道傳輸總線配置信息和同步信息，也傳輸設備間的通信消息。控制空間信道允許動態地自動調整其占用的SLIMbus總線帶寬，甚至有時會達到100%。
??? 數據空間信道有時會用于傳輸應用相關的特定信息，如同步、接近同步和異步數據流。
??? 根據傳輸協議，SLIMbus總線組成設備之間使用控制和數據信道傳送控制和數據信息，以便實現需要的系統操作。消息用來控制功能的實現，傳輸協議處理控制數據流和應用數據流的類型。
??? 信道：信道可以在一對設備（設備間通信）之間建立，或者在一個設備和多個設備之間建立（廣播式通信）。
??? (1)控制信道：控制空間信道(或控制信道)實際上有三種不同類型的信道：組幀信道、引導信道、消息信道。每一種都有不同的目的。
??? 組幀信道在特定幀的兩個時隙" title="時隙">時隙中傳輸幀同步符號和幀信息，這些特定幀傳送總線配置參數，以便于所有部件能夠被同步到正被使用的總線參數。組幀信道不能進行流控制" title="流控制">流控制，信道的寬度是固定的。
??? 引導信道在超幀的第一個和第二個子幀的一個時隙中傳輸，為部件獲取和改變消息信道中消息的同步提供必要信息。其不能進行流控制，信道的寬度是固定的。
??? 消息信道傳輸多種類型的信息，包括總線配置信息、設備控制和設備狀態信息等。其通過已知符號實現流控制，信道寬度可以通過編程調整。
??? (2)數據信道：沒有分配給控制空間的任何SLIMbus總線帶寬可以分配給數據空間（數據信道）。數據空間由一個或多個數據信道組成，這些數據信道由處于激活狀態的管理設備根據應用動態建立，數據信道的數目取決于數據空間和信道傳輸的數據流的類型。數據空間最多可以含有256個數據信道。
??? 數據信道是按固定時間間隔重復的由一個或多個數據時隙構成的連續時隙流，這組連續時隙流被稱為片段。因為這些片段以固定、已知的時間間隔重復，間隔的大小與超幀長度有關，數據信道可以視為擁有自己已經獲得和可能獲得的帶寬的虛擬總線。
??? 處于激活狀態的管理設備初始化一個數據信道后，將相關內容參數傳送到所有使用該數據信道的設備。
??? 數據信道還可由參數來定義。
??? 圖3顯示了SLIMbus總線系統的概念結構。
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圖3 SLIMbus 總線參考模式
??? 數據信道、傳輸協議和流控制：數據信道根據應用要求傳輸信息，多種數據格式可以共存。
??? SLIMbus總線并非直接支持各種數據格式，而是采用一組常用傳輸協議（包括用戶定義的傳輸協議）傳輸各種格式的數據，用其定義數據流類型、流控制機制及傳輸附加特定應用信息的側信道(如果存在的話)。
??? 端口之間的數據流遵循某一種傳輸協議。使用通道連接和信道斷開報文將SLIMbus設備端口與信道關聯起來。
??? 傳輸協議分單點傳輸和多點傳輸協議。表1總結了SLIMbus總線所定義的傳輸協議類型。
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??? 數據信道一次只允許有一個數據源，但是，根據信道所用的傳輸協議可以有一個或多個數據匯(數據接收器）。
??? 信道中如需使用流控制，則應考慮設備及相關數據的類型。標志位用來運載流控制信息。
??? 如果時鐘線頻率剛好是數據流速率的整數倍，則不需流控制。因此，可以采用同步傳輸協議。如果需使用流控制，則需從兩種流控制樣式中選一種：單端或雙端。
??? 單端數據流由共享算法(對加鎖協議而言）或存在位調控（對拉式或推式協議而言）。設計的協議能最理想地運載恒速媒體流(例如線性脈碼調制（LPCM）音頻），但數據流的實際控制方法取決于總線的基礎頻率，也取決于數據流特點。
??? 當采用推式協議運載速率等于或小于信道碼率的數據時，源設備驅動數據流，數據字段中的標志位則指明數據的可用性。采用推式協議的數據信道可以連接到多倍數據匯（多點傳送），因為沒有來自數據匯的反饋。
??? 采用拉式傳輸協議時，如果需要，數據接收設備就向源設備請求或從源設備拉數據，數據字段中的標志位指明數據的可用性。
??? 雙端隊列握手時，與數據傳輸相關的兩臺設備中的任意一臺可用數據片段的標志字段中的兩個或多個控制位來停止或啟動數據傳送。四種異步傳輸協議全部采用這種流控制類型。設計的這些傳輸協議能最佳地支持異步數據流。
SLIMbus的幀結構
??? SLIMbus采用同步雙線式總線在設備間傳載信息。按時分復用方式(TDM)組織SLIMbus的比特流。總線上的信息組織結構被稱為幀結構。
??? 用信道傳輸SLIMbus的控制空間和數據空間信息，每條信道代表一個特定信息流。可調配控制空間和數據空間所占帶寬，這樣該總線幾乎可適應各種用途。
??? 幀結構含5種結構單元：信元、時隙、幀、子幀和超幀。
??? 信元：即SLIMbus數據流的最小結構單元,也是時鐘線兩條連續正邊沿所限制的數據信號區。每個信元能保持一個位的信息。
??? 時隙：時隙是SLIMbus上的帶寬單位，為4個毗鄰的信元（4個位），分別用C0、C1、C2和C3表示，按從最高有效位到最低有效位的順序傳送。從4位～32位或更多位，可很容易地組合成時隙。
??? 幀：一幀等于192個連續時隙，分別用S0、S1……S191表示,并按順序傳送。
??? 每幀的第一個時隙（S0）為控制空間時隙，它包含4位幀同步標志符。每幀的S96時隙也是控制空間時隙，它包含4位成幀" title="成幀">成幀信息。
??? 組件采用幀同步數據和32位成幀信息與總線同步。所以，為了收到全部32位成幀信息，必須按8個連續幀為一組(即超幀)來讀取數據。
??? 子幀：子幀是對幀結構的細分，控制空間和數據空間在子幀處交織。子幀第一個時隙總分派給控制空間。幀結構如圖4所示，由此可以看出，子幀沒有固定長度，子幀長度可配置為6、8、24或32個連續時隙（24、32、96或128個信元）。所以，每幀可能的子幀數分別為32、24、8或6。子幀配置可動態改變，取決于當時數據流要求。
?? ?超幀：8個連續幀(1 536個時隙)組成一個超幀，分別用Frame 0、Frame 1、……Frame 7表示。超幀中，每幀第0時隙包含幀同步標志符，第1幀（Frame 0）的第96時隙包含32位成幀信息的前4位。第1到第7幀的第96時隙也包含4位成幀信息，第7幀運載最后4位成幀信息。按超幀同步模式，超幀頭部5個連續幀每次傳送一位。
??? 組件采用一整套成幀信息（8幀32位，每幀4位）和超幀同步標志符獲得超幀同步。
??? 導頻信道（用于報文同步）由兩個時隙組成，一個在超幀中的第一幀，另一個在超幀中的第二幀。
??? 用時隙數（或信元數）而非時間來表示超幀持續時間。通過改變SLIMbus的基礎頻率或/和時鐘檔位可動態改變SLIMbus的超幀速率，以匹配特定用途。
SLIMbus的時鐘頻率和檔位
??? SLIMbus規格不規定具體的時鐘頻率，而是給出三個定義：基礎頻率、固有頻率和主頻率。
??? 基礎頻率：基礎頻率為時鐘線頻率的2(10-G)倍，其中G為當前時鐘檔位，G=10時，時鐘頻率就是基礎頻率。基礎頻率可以是固有或主頻率，但不對此作強制要求。基礎頻率可以是28MHz 或以下的任何頻率。
??? 可在總線工作時改變基礎頻率而不改變幀結構，即根據實際應用情況調節功率消耗。
??? 固有頻率：固有頻率指允許不采用流控制而支持同步數據流的時鐘頻率，以簡化串行低功率互聯上的信道分配。例如，支持11.025kHz和44.1kHz數字音頻采樣率的固有頻率，包括5.6448MHz、11.2896MHz和 22.5792MHz。類似地，支持8kHz和48kHz數字音頻采樣率的固有頻率包括6.144MHz、12.288MHz和24.576MHz。
??? 主頻率：音頻應用時，一組重要采樣率完全由4kHz的倍數頻率組成，即8、12、16、24、32、48和96kHz等。另一組采樣率完全由11.025kHz的倍數頻率組成，即11.025、 22.05、44.1和88.2kHz等。
??? 有時需采用非整數倍的頻率同步支持數字音頻數據流或數據流族，如8kHz和44.1kHz的采樣率。這些情形下，時鐘線頻率不能設置為固有頻率。
??? 時鐘線頻率24.576MHz、12.288MHz、6.144MHz等意義尤為重大，因為它們能相當高效地同步載運4kHz流族和載運11.025kHz流族（采用推或拉數據技術）。基于這種原因，稱這些時鐘頻率為主頻率。
??? 時鐘檔位：時鐘檔位有10檔（1～10檔），最低檔與最高檔之間的頻率相差512倍。時鐘檔位能使正在工作的SLIMbus的時鐘頻率按2n級數變化。如果將時鐘檔位升高一檔而不改變基礎頻率，則SLIMbus的時鐘頻率擴大一倍；反之，如果將時鐘檔位降低一檔而不改變基礎頻率，則SLIMbus的時鐘頻率縮小一半。
SLIMbus發送報文
??? SLIMbus為總線管理、設備控制和數據傳送提供一套穩健的報文。SLIMbus的核心報文包括：設備管理報文、數據信道管理報文、信息管理報文、重置報文、值管理報文。SLIMbus的其他報文有：目標設備的類屬報文、目標設備的用戶報文、源設備的類屬報文、源用戶報文、轉義報文。
??? 報文信道：總線所連設備之間依賴報文信道發送報文。為發送或接收報文，組件應首先取得報文同步。發送報文前，采用優先權仲裁機制以進入報文信道。
??? 報文信道大小：控制空間的報文信道運載報文。
??? 圖4中SLIMbus可能采用四種子幀模式。每幀至少用一個時隙作控制空間。每幀中成幀信道占2個時隙，或每超幀中占16個時隙。各種總線配置的導頻信道（用于報文同步）每超幀中占2個時隙。所以，每超幀中，可用控制空間中共有18個時隙分配給特定用途。
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圖4 幀結構
??? 成幀信道或導頻信道沒采用的控制空間時隙可用于報文信道，或由報文信道和數據信道混合使用。所以報文信道寬度隨總線配置而變化。
??? 六子幀/幀模式時，用于報文信道的時隙數最少。每幀控制空間時隙數最少，僅有6個，每超幀則有48個控制空間時隙。因為18個時隙已分派給總線，所以還剩下30(48-18 =30)個控制空間時隙可用于報文信道。用于報文信道的最大時隙數等于超幀中總時隙數減去預分的18個時隙，即1536-18=1518。
總線啟動和總線過程
??? 根據組件定義總線啟動過程，用術語“時鐘源組件”和“時鐘接收者組件”區分含處于激活狀態的幀的組件和其他組件。
??? 時鐘源組件有其自己的啟動過程，但時鐘接收者組件的啟動過程需另外定義。當每種組件從未定義狀態轉變為操作狀態時，就會運行啟動程序。
??? 總線上所有組件都處于相同狀態的情況只會發生于所有組件都同時處于各自操作狀態時。組件按其適當的啟動過程加入總線。
??? 為對系統功率消耗有更多的控制權，SLIMbus協議允許在SLIMbus活動時停止組件加入總線，稍晚時再加入。
??? 相關規則允許那些由于某種原因失去同步的組件滑入到下一更低狀態或重啟狀態，并嘗試重新啟動過程。
結? 語
??? SLIMbus是一種可靈活配置的多支路式總線結構，可同時支持許多組件。此外，其功能強大的發送報文結構可在總線的組件之間建立和管理數據流。SLIMbus總線也可以在運行時刻重新配置總線操作特性，以便適應運行時特定的系統應用需求。
??? SLIMbus不同于傳統的數字音頻總線結構，它能同時高效運載各種采樣率和位長迥異的多倍數字音頻數據流。
??? 如果使用現有數字音頻接口(PCM，I2S，SSI，AC-97),而且不增加總線結構，則很難為非聲音通訊、非簡單立體聲音樂移動終端添加功能和數字音頻信道。因為這些接口首先用有限的信道容量實現點對點(對等)連接。此外，任何新增設備都需自帶接口。
??? 現有數字音頻接口系統可通過復制接口結構來升級，但這種方法限制了設計靈活性，從針數、軟件包大小、PCB布局和功率消耗角度看，代價昂貴。
??? SLIMbus為移動終端行業和其他小型波形產品制造商提供了一種標準的、健全的、可升級的、低功耗、高速、雙線制多支路接口，支持很多數字音頻和控制方案，因此能有效替代傳統數字音頻接口，如PCM、I2S和 SSI。
??? 通過靈活地、動態地為數字音頻控制、非數字音頻控制及數據功能分派帶寬，SLIMbus有時也能替代移動終端或移動產品的許多數字控制式總線，如I2C、SPI、UART和GPIO。
??? 執行SLIMbus標準極大地提高了設計靈活性，以在生產線內快速生產多路產品。
??? SLIMbus縮短了新產品投放市場時間。此外，通過簡化不同制造商的不同產品之間的互連，降低了移動終端和其他移動設備的設計成本。