什么是I3C总线？它和I2C和SMBus是什么关系？

计算机技术发展十分迅速，三十年前，一间房子大小的小型机的算力，到现在还比不上大家手机CPU的算力。令人吃惊的是，有这么一种38年前的技术，现在还在大家的电脑中运用十分广泛，甚至它的控制器在计算机中的个数在过去五年中增长了两倍，这项技术就是I2C （Inter-Integrated Circuit，IIC）总线。

就在某些新入行的同学还在纠结I2C和计算机中另一个相似总线SMBus的区别的时候，另一种替代I2C的新总线I3C已经出现在地平线上。春江水暖鸭先知，跟踪最新技术的朋友也许已经在Intel路线图和DDR5内存规格书中看到了这个名字了。现在是时候最后分清楚I2C和SMBus的区别，为I3C的到来做好准备了。

I2C vs SMBus?

I2C（Inter-Integrated Circuit，IIC） 最初由飞利浦（Philips）半导体（后并入NXP）在1982年提出，主要目的是提供一种简单的、成本低廉的串行总线，用于MCU和电视机原件进行通信。它在最初是由一个Master（可以多Master）和可以多达127个Slave在由两根线（SDA, SCL）组成的总线上进行通讯。

这样MCU就可以不用再单独和各个设备通讯，而仅仅用两根线就可以和所有外围设备愉快的通话了。这两根线分别是数据线（SDA）和时钟线（SCL）。如此这般，大大 节约了芯片引脚数目 ，方便主板布线，节省了整体成本。良好的设计，慢慢让它得到了广泛应用。这些年下来，I2C从省电和提高速度方面进行了三次版本升级，速度从10KHz提高到最高可达5MHz。现在计算机领域，大多数低速设备都是靠I2C通讯：大多数传感器的数据读取界面是I2C；Clock芯片CK404界面是I2C；内存条SPD信息的读取界面是I2C；有些控制器的界面是I2C，等等。随着速度提高，有些中速设备也是I2C：经常遇到的例子是笔记本电脑的触摸板（Touch Pad）和触摸屏（Touch Panel），只不过界面是HS I2C。

电脑里面常有的一个容易混乱的相似总线是SMBus，它由Intel在1995发布，最早用于和智能电池的通讯，后也经过三次提高，于2000年左右成熟后一直变化不大。SMBus脱胎于I2C，他可以说是I2C的一个子集。它在大部分情况下，也由一个Master（可以多Master）和众多Slave组成，用两根线（SMBDAT和SMBCLK）进行通讯：

I2C和SMBus两者在一般应用下，区别不大，甚至大多数情况下互用也没有问题。更让人迷惑的是，两者可以同时出现在一些设计中，这让一些同学相当疑惑，两者到底有什么区别？在I2C上重新发明一遍轮子有何意义呢？

答案在于I2C偏重速度，而SMBus偏重可靠性和成本。 I2C速度从10KHz起步（理论上可以更低至0），最高5MHz；而SMBus最低10KHz，最高100KHz。也 就是说在10KHz到100KHz上，两者才通用 ，这就排除了中速和高速设备。I2C不强制Slave对地址请求发送回应（ACK），而SMBus要求必须ACK。于此对应，SMBus对NACK的要求也严格于I2C。这是因为SMBus面向电脑中很多可拆卸设备，必须确定该设备是否存在，避免误操作。SMBus还加入了WatchDog，在SMBCLK拉低后，不得超过35ms（这就是10KHz的最低频率的由来），否则Slave应该Reset。而I2C并没有该限制。这让SMBus避免了复杂的错误恢复电路。SMBus还提供了单独的SMBSUS来用于Slave向Master报警。

I2C有什么缺陷？

I2C两根线的设计相当简洁而高效，让MCU、PCH或CPU通过两个PIN就可以通讯，节约了成本和简化了设计。但是，所有的通讯都是由Master发起，Slave只是被动相应，这造成很大的麻烦。如果是输出设备还行，但对输入设备，CPU不知道有没有数据，不得不定时Pull I2C总线，看看输入存在与否，这与现代计算机系统设计初衷相反。随着I2C使用越来越广，越来越多的设备加入了更多的带外（sideband）线来补足I2C的缺点，其中最重要的两个线就是中断线INT和一些RESET线，一个经典设计如下：

I2C经典设计

在图中，左边慢速I2C设备虽然共用了一个I2C总线，但每个设备都有自己的INT和Host相连，用于通知Host有事发生，而不是让Host不停来查询，这样才能让Host没事进入省电状态，更加高效。右边的高速设备更是另辟自己的高速I2C总线。如此这般，理想中的简洁设计在现实中越来越被破坏的支离破碎，常常是INT线比I2C线多得多。再加上进一步提高速度的需求，业界呼唤一种新的解决方案。于是I3C应运而生。

I3C来了

MIPI Alliance发布了I3C标准[1]（Basic免费下载）。I3C(Improved Inter Integrated Circuit)另一个名字叫做SenseWire，顾名思义，它的初衷是满足众多物联网设备中的Sensor的，它带来众多的改进，除了常说的12.5MHz速度的提高之外：

更重要的是嵌入进协议的软中断。如此，就不需要单独的INT连线了：

I3C设计

众多带外连线不见，高速I2C也不需要了，真正实现了高速和简洁。它还向下兼容I2C，以前的设备也还用得上，一个混合系统是这样：

它还节省了电力消耗：

I3C还有其他许多亮度：为了简化设计，提出了I3C Hub；参考内存DDR的概念，提出了DDR加倍数据传输；支持省电模式；In-bound CRC校验；Slave和Slave直接通讯。

结论

曾经有个同学把I2C叫做"I(ai),2(er),C(ci)"而被人狠狠嘲笑了一番，讥笑者一脸傲娇的说“应该叫做I方C！这个“2”是指“平方”！”，更有非要用英文说"I-squared-C"来显示技术niubility和知识渊博的。而实际上，我听美国同事中叫它"I-squared-C"和"I-two-C"差不多一半一半，如此说来中文说法"I(ai),2(er),C(ci)"也并不过分。到了I3C，不知道傲娇的同学如何用中文叫它，难道叫做“I三次方C”？也许可以和英文“I-three-C”一样，叫做“I，3，C”就可以了。