UniPro (o Protocolo Unificado ) es una tecnología de interfaz de alta velocidad para interconectar circuitos integrados en dispositivos electrónicos móviles y con influencia móvil. Las diversas versiones del protocolo UniPro se crean dentro de MIPI Alliance (Mobile Industry Processor Interface Alliance), una organización que define especificaciones dirigidas a aplicaciones móviles y con influencia móvil.
La tecnología UniPro y las capas físicas asociadas tienen como objetivo proporcionar comunicación de datos de alta velocidad (gigabits / segundo), operación de baja potencia (señalización de baja oscilación, modos de espera), recuento bajo de pines (señalización en serie, multiplexación), área de silicio pequeña (paquete pequeño tamaños), confiabilidad de los datos ( señalización diferencial , recuperación de errores) y robustez (conceptos de redes probados, incluida la gestión de la congestión ).
La versión 1.6 de UniPro se concentra en permitir la comunicación punto a punto de alta velocidad entre chips en la electrónica móvil. UniPro tiene disposiciones para soportar redes que constan de hasta 128 dispositivos UniPro (circuito integrado, módulos, etc.). Las funciones de red están previstas en futuras versiones de UniPro. En un entorno de red de este tipo, los pares de dispositivos UniPro se interconectan a través de los llamados enlaces, mientras que los paquetes de datos se enrutan hacia su destino mediante conmutadores UniPro. Estos conmutadores son análogos a los enrutadores utilizados en LAN cableadas basadas en Gigabit Ethernet. Pero a diferencia de una LAN, la tecnología UniPro fue diseñada para conectar chips dentro de un terminal móvil, en lugar de conectar computadoras dentro de un edificio.
Historia y objetivos
La iniciativa para desarrollar el protocolo UniPro surgió de un par de proyectos de investigación en Nokia Research Center [1] y Philips Research, respectivamente . [2] Ambos equipos llegaron de forma independiente a la conclusión de que la complejidad de los sistemas móviles podría reducirse dividiendo el diseño del sistema en módulos funcionales bien definidos interconectados por una red. Las suposiciones clave fueron, por lo tanto, que el paradigma de la red proporcionó módulos bien estructurados, interfaces en capas y que era hora de mejorar la arquitectura del sistema de los sistemas móviles para hacer que su diseño de hardware y software sea más modular. En otras palabras, los objetivos eran contrarrestar los crecientes costos de desarrollo, los riesgos de desarrollo y el impacto del tiempo de comercialización de la integración de sistemas cada vez más compleja.
En 2004, ambas empresas fundaron conjuntamente lo que ahora es el Grupo de Trabajo UniPro de MIPI . Esta colaboración entre varias empresas se consideró esencial para lograr la interoperabilidad entre componentes de diferentes proveedores de componentes y lograr la escala necesaria para impulsar la nueva tecnología.
El nombre tanto del grupo de trabajo como del estándar, UniPro, refleja la necesidad de admitir una amplia gama de módulos y una amplia gama de tráfico de datos utilizando una sola pila de protocolos. Aunque existen otras tecnologías de conectividad ( SPI , PCIe , USB ) que también admiten una amplia gama de aplicaciones, las interfaces entre chips utilizadas en la electrónica móvil siguen siendo diversas, lo que difiere significativamente de la industria informática (en este sentido más madura).
En enero de 2011, se completó la versión 1.40 de UniPro [3] . Su propósito principal es la compatibilidad total con una nueva capa física: M-PHY®, incluida la compatibilidad con el cambio de modos de energía y la configuración de dispositivos del mismo nivel. En julio de 2012, UniPro v1.40 se actualizó a UniPro v1.41 [4] para admitir el nuevo M-PHY v2.0 de mayor velocidad. [5] Las especificaciones UniPro v1.4x se han publicado junto con un modelo de especificación formal (SDL).
El borrador final de la Versión 1.6 [6] de la especificación UniPro se completó en agosto de 2013. Sus reconocimientos enumeran a 19 ingenieros de 12 compañías y organizaciones: Agilent, Cadence, IEEE-ISTO, Intel, nVidia, Nokia, Qualcomm, Samsung, STMicroelectronics, Synopsys, Texas Instruments y Toshiba. La Especificación UniPro v1.6 es una actualización de la Especificación UniPro v1.41.00 y consta únicamente del documento de especificación UniPro, SDL ya no es compatible. La especificación UniPro v1.6 hace referencia a los siguientes documentos:
- Especificación para M-PHY®, versión 3.0 [7]
- Especificación para el bloque de descriptores de dispositivos (DDB), versión 1.0
Hasta la fecha, varios proveedores han anunciado la disponibilidad de bloques IP UniPro y varios proveedores de chips han creado implementaciones que se encuentran en varias fases de desarrollo. Mientras tanto, el Grupo de Trabajo de MIPI UniPro está estableciendo un conjunto de pruebas de conformidad [8] y está preparando futuras extensiones de la tecnología (consulte Versiones de UniPro y Hoja de ruta ).
El 30 de enero de 2018, JEDEC publicó el estándar UFS 3.0 que utiliza MIPI M-PHY v4.1 (con HS-Gear4) y MIPI UniProSM v1.8 para memoria móvil con velocidades de datos de hasta 2900 MB / s (11,6 Gbit / s por carril, 2 carriles, 23,2 Gbit / s en total).
Principales características
- gigabit / s : tecnología en serie con varias opciones de escalado de ancho de banda
- genérico : se puede utilizar para una amplia gama de aplicaciones y tipos de tráfico de datos
- escalable : desde enlaces individuales hasta una red con hasta 128 dispositivos UniPro
- bajo consumo de energía : optimizado para sistemas pequeños alimentados por batería
- fiabilidad : errores de datos detectados y corregibles mediante retransmisión
- compatible con hardware : se puede implementar completamente en hardware donde sea necesario
- amigable con el software - conceptos similares a las tecnologías de red conocidas
- Utilización del ancho de banda : proporciona funciones para gestionar la congestión y controlar el arbitraje.
- compartible : diferentes tipos de tráfico y dispositivos UniPro pueden compartir pines y cables
- comprobable : desde la versión 1.1, UniPro exige funciones para facilitar las pruebas de conformidad automatizadas
Arquitectura en capas
UniPro asociado con su capa PHY subyacente es una pila de protocolos en capas que cubre las capas L1 a L4 del modelo de referencia OSI para redes. UniPro introduce una capa adicional L1.5 entre L1 y L2 que puede considerarse como una subcapa de la capa L1 de OSI.
Múltiples aplicaciones
La estricta estratificación de UniPro permite su uso para una amplia gama de aplicaciones:
- UFS: [9] Almacenamiento flash universal . Dispositivos de almacenamiento masivo de próxima generación especificados por JEDEC con soporte para rendimiento de datos de hasta 300 MB / seg, en la primera generación, y funciones de cola de comandos de soporte para aumentar la velocidad de lectura / escritura aleatoria.
- CSI-3: la interfaz serial de cámara MIPI de tercera generación presenta una interfaz escalable de gran ancho de banda, una transmisión de datos garantizada y un conjunto de comandos para la inicialización y configuración de componentes básicos.
- GBT: seguimiento de Gigabit MIPI. Un protocolo independiente de la red para transportar datos de seguimiento a través de interfaces de alta velocidad como UniPort-M o USB3.0.
- DSI-2: Interfaz serie de pantalla MIPI de segunda generación .
- PIE: [10] Interfaz de emulación de procesador. Este protocolo de aplicación transmite transacciones tradicionales de lectura / escritura basadas en memoria que se encuentran en los buses del procesador. Las aplicaciones de transmisión de datos (por ejemplo, tráfico multimedia), protocolos de tipo comando / respuesta (por ejemplo, para control) y la tunelización de protocolos populares de otros dominios (por ejemplo, TCP / IP ) también son compatibles y se recomiendan específicamente porque tienden a aumentar la modularidad a nivel del sistema. e interoperabilidad debido a su mayor nivel de abstracción.
- UniPort-M (UniPro con M-PHY): permite la interfaz de extensión de propósito general para conectar dispositivos periféricos como aceleradores gráficos, módulos como el proyecto ARA de Google
- UniPort-D (UniPro con D-PHY): permite la extensión de propósito general con D-PHY, tenga en cuenta que D-PHY no es una capa física compatible con UniPro más allá de la especificación UniPro v1.41
Capas físicas alternativas
La arquitectura en capas de UniPro también le permite admitir tecnologías de múltiples capas físicas (L1, PHY) incluso dentro de una sola red. Esto es análogo a TCP / IP, que puede ejecutarse en una amplia gama de tecnologías de capa inferior. En el caso de UniPro, se admiten dos tecnologías PHY para uso fuera del chip.
UniPorts
Estas tecnologías PHY están cubiertas en especificaciones MIPI separadas [11] [12] (a las que hace referencia la especificación UniPro. Tenga en cuenta que el término UniPort se usa para representar el puerto real en un chip que cumple con la especificación UniPro para sus capas superiores ( L1.5 a 4) y una especificación MIPI PHY para L1.Como hay dos tecnologías PHY, estas se conocen respectivamente como UniPort-D (UniPro con D-PHY) y UniPort-M (UniPro con M-PHY).
Hoja de ruta por fases
La especificación UniPro 1.0 [13] fue aprobada por la Junta Directiva de MIPI el 14 de enero de 2008. UniPro 1.1, [14] que se completó en julio de 2009, tiene como objetivo mejorar la legibilidad, proporciona un modelo de referencia (en SDL ) para dos de las cuatro capas del protocolo UniPro y proporciona funciones para facilitar las pruebas de conformidad automatizadas.
Los arquitectos que diseñaron UniPro tuvieron la intención desde el principio de lanzar la tecnología como una hoja de ruta paso a paso con compatibilidad con versiones anteriores. UniPro 1.1 está diseñado para ser totalmente compatible con UniPro 1.0. El propósito principal de UniPro 1.40 y UniPro v1.41 (UniPro v1.4x) es admitir una capa física adicional, la M-PHY. Además, UniPort-M cuenta con control local y remoto de un dispositivo UniPro similar que se puede usar, por ejemplo, para controlar varios modos de energía admitidos del enlace. Los pasos de la hoja de ruta planificados más allá de UniPro v1.4x tienen como objetivo proporcionar especificaciones para dispositivos de conmutación de red y terminales con capacidad de red.
La especificación UniPro v1.6 se diseñó para garantizar la interoperabilidad con UniPro v1.41.00 cuando se utiliza la capa física M-PHY. Como D-PHY ya no es compatible con v1.60, no se puede mantener la compatibilidad con versiones anteriores para el funcionamiento de D-PHY.
Alcance y aplicabilidad
UniPro y su capa física subyacente se diseñaron para admitir la operación de baja potencia necesaria para los sistemas que funcionan con baterías. Estas características van desde un funcionamiento de alta velocidad con eficiencia energética hasta modos de bajo consumo adicionales durante los períodos de inactividad o de ancho de banda bajo en la red. Sin embargo, el comportamiento real de la energía depende en gran medida de las opciones de diseño del sistema y la implementación de la interfaz.
El protocolo UniPro puede admitir una amplia gama de aplicaciones y tipos de tráfico asociados. Ejemplos de interfaces chip a chip que se encuentran en sistemas móviles:
- Transferencia de archivos de almacenamiento masivo: 6 Gbit / s
- Cámara de 24 M píxeles a 30 fps: 9 Gbit / s
- Conectividad de chip a chip: 1 Gbit a 24 Gbit / s
Tenga en cuenta que tales aplicaciones requieren una capa de protocolo de aplicación sobre UniPro para definir la estructura y la semántica de los flujos de bytes transportados por UniPro. Esto se puede hacer simplemente portando formatos de datos existentes (por ejemplo, rastreo, flujos de píxeles, paquetes IP), introduciendo nuevos formatos propietarios (por ejemplo, controladores de software específicos de chip) o definiendo nuevos estándares de la industria (por ejemplo, UFS para transacciones de tipo memoria).
Las aplicaciones que actualmente se cree que son menos adecuadas para UniPro son:
- control de ancho de banda bajo, a menos que esté multiplexado con otro tráfico (preocupación: la complejidad de UniPro es mucho mayor que, por ejemplo, I2C )
- Muestras de audio de alta calidad (preocupaciones: UniPro no distribuye un reloj compartido a todos los dispositivos; complejidad de UniPro en comparación con, por ejemplo, SLIMbus o I2S )
- interfaces a la memoria dinámica (preocupación: latencia para la instrucción del procesador / recuperación de datos)
Versiones y hoja de ruta
Versión | Congelación de texto | Liberación formal | Descripción |
---|---|---|---|
UniPro 0.80 .00 | 6 de septiembre de 2006 | 26 de febrero de 2007 | Vista previa de la tecnología de UniPro 1.0 |
UniPro 1.0 0.00 | 25 de agosto de 2007 | 14 de enero de 2008 | Cambios limitados en comparación con UniPro 1.0. Todo lo básico para un enlace de chip a chip a través de D-PHY |
UniPro 1,1 0,00 | 29 de julio de 2009 | 22 de enero de 2010 | "Hardened": modelos de referencia formales para 2 capas de protocolo; Mejoras en la legibilidad y la capacidad de prueba. |
UniPro 1.40 .00 | 31 de enero de 2011 | 28 de abril de 2011 | " M-PHY ": soporte para una nueva tecnología de capa física. M-PHY v1.0 con HS-G1. Modelo de referencia formal para toda la pila. Configuración de pares. Control de versiones. |
UniPro 1.41 .00 | 4 de mayo de 2012 | 30 de julio de 2012 | Actualice para admitir M-PHY v2.0 con HS-G2 |
UniPro 1.60 .00 | 6 de agosto de 2013 | 30 de septiembre de 2013 | Actualice para admitir M-PHY v3.0 con HS-Gear3, Reducción de energía durante los estados de suspensión y parada de M-PHY, Codificación para EMI MitiUpgrade para admitir M-PHY v3.0 con HS-Gear3gation, Eliminación de D-PHY y SDL Reference |
UniPro 1.8 | 8 de febrero de 2018 [15] | Actualice para admitir M-PHY v4.1 con HS-Gear4 [16] | |
lanzamientos futuros | tbd | tbd | "Punto final": punto final totalmente conectable en red, incluido el protocolo de configuración en banda. "Switches": conmutadores de red. |
Arquitectura de pila de protocolos
La pila de protocolos UniPro sigue la arquitectura de referencia OSI clásica (ref). Por razones prácticas, la capa física de OSI se divide en dos subcapas: la capa 1 (la capa física real) y la capa 1.5 (la capa del adaptador PHY) que se abstrae de las diferencias entre las tecnologías alternativas de la capa 1.
Capa # | Nombre de la capa | Funcionalidad | Nombre de la unidad de datos | |
---|---|---|---|---|
LA | Solicitud | Semántica de carga útil y transacciones | Mensaje | |
DME | ||||
Capa 4 | Transporte | Puertos, multiplexación, control de flujo | Segmento | |
Capa 3 | La red | Direccionamiento, enrutamiento | Paquete | |
Capa 2 | Enlace de datos | Fiabilidad de un solo salto y arbitraje basado en prioridades | Marco | |
Capa 1.5 | Adaptador PHY | Abstracción de la capa física y soporte de múltiples carriles | Símbolo UniPro | |
Capa 1 | Capa física (PHY) | Señalización, reloj, codificación de línea, modos de potencia | Símbolo PHY |
La propia especificación UniPro cubre las Capas 1.5, 2, 3, 4 y la DME (Entidad de administración de dispositivos). La capa de aplicación (LA) está fuera de alcance porque los diferentes usos de UniPro requerirán diferentes protocolos de LA. La capa física (L1) está cubierta en especificaciones MIPI separadas para permitir que la PHY sea reutilizada por otros protocolos (menos genéricos) si es necesario (ref).
Las Capas OSI 5 (Sesión) y 6 (Presentación) se cuentan, cuando corresponde, como parte de la Capa de Aplicación.
Discusión de la propuesta de valor
Integración de sistemas y UniPro
UniPro está específicamente dirigido por MIPI para simplificar la creación de productos cada vez más complejos. Esto implica una visión a relativamente largo plazo sobre las futuras arquitecturas de teléfonos móviles compuestas por subsistemas modulares interconectados a través de interfaces de red estables, estandarizadas pero flexibles. También implica una visión a relativamente largo plazo sobre la estructura esperada o deseada de la industria de los teléfonos móviles, mediante la cual los componentes pueden interoperar fácilmente y los componentes de los proveedores de la competencia son hasta cierto punto compatibles con el enchufe .
Han surgido arquitecturas similares en otros dominios (por ejemplo, redes automotrices, arquitecturas de PC en gran parte estandarizadas, industria de TI en torno a los protocolos de Internet) por razones similares de interoperabilidad y economía de escala. Sin embargo, es demasiado pronto para predecir la rapidez con la que UniPro será adoptado por la industria de la telefonía móvil.
Alto ancho de banda y costos
Las interconexiones de alta velocidad como UniPro, USB o PCI Express suelen costar más que las interconexiones de baja velocidad (por ejemplo , I2C , SPI o interfaces CMOS simples ). Esto se debe, por ejemplo, al área de silicio ocupada por la circuitería de señal mixta requerida (Capa 1), así como a la complejidad y el espacio de memoria intermedia necesarios para corregir automáticamente los errores de bits. Por lo tanto, el costo y la complejidad de UniPro pueden ser un problema para ciertos dispositivos UniPro de bajo ancho de banda.
Índice de adopción
Como postuló Metcalfe [17] , el valor de una tecnología de red se escala con el cuadrado del número de dispositivos que utilizan esa tecnología. Esto hace que cualquier nueva tecnología de interconexión entre proveedores sea tan valiosa como el compromiso de sus proponentes y la probabilidad resultante de que la tecnología se vuelva autosostenible. Aunque UniPro está respaldado por varias empresas importantes y que el tiempo de incubación de UniPro está más o menos en línea con tecnologías comparables ( USB , Protocolo de Internet , Bluetooth , redes en vehículos), se presume que la tasa de adopción es la principal preocupación acerca de la tecnología. . Esto es especialmente cierto porque la industria móvil prácticamente no tiene un historial de estándares de hardware que pertenecen a los componentes internos del producto.
Un factor clave para la adopción de UniPro es JEDEC Universal Flash Storage (UFS) v2.0, que utiliza MIPI UniPro y M-PHY como base para el estándar. Hay varias implementaciones del estándar que se espera que lleguen al mercado.
Disponibilidad de protocolos de aplicación
La interoperabilidad requiere algo más que la alineación entre los dispositivos UniPro pares en la capa de protocolo L1-L4: también significa alinearse con formatos de datos, comandos y su significado más específicos de la aplicación, y otros elementos del protocolo. Este es un problema conocido intrínsecamente irresoluble en todas las metodologías de diseño: puede acordar una "plomería" estándar y reutilizable (capas inferiores de hardware / software / red), pero eso no le permite alinearse automáticamente con la semántica detallada de incluso un comando trivial. como ChangeVolume (valor) o el formato de un flujo de medios.
Por tanto, los enfoques prácticos requieren una combinación de varios enfoques:
- Si la interconexión de la generación anterior funcionaba, había algún tipo de solución. Considere reutilizar / tunelizar / portarlo con cambios mínimos.
- Hay muchos estándares industriales reutilizables para aplicaciones específicas (como comandos para controlar una radio, formatos de audio, MPEG ).
- Túnel de las principales tecnologías sobre UniPro. Si interactúa con el mundo de la propiedad intelectual , es sensato proporcionar IP a través de UniPro.
- Utilice controladores de software específicos de la aplicación. Esto solo funciona para velocidades de datos limitadas y empuja el problema de interoperabilidad a un problema de interoperabilidad de software interno, pero es un enfoque bien entendido.
- Convierta las interfaces de software existentes en protocolos. En algunos casos, la transformación puede ser simple o incluso automatizada [18] si las API originales tienen la arquitectura adecuada.
Licencia
El Acuerdo de Membresía [19] de la Alianza MIPI [20] especifica las condiciones de licencia para las especificaciones MIPI para las empresas miembro. Las condiciones de licencia libre de regalías se aplican dentro del dominio de destino principal de MIPI Alliance, los teléfonos móviles y sus periféricos, mientras que las condiciones de licencia RAND se aplican en todos los demás dominios.
Ver también
- Proyecto Ara
Referencias
- ^ Proyecto de investigación Discobus de Nokia , dirigido por Michel Gillet
- ^ El proyecto MICA (Mobile Interconnect-Centric Architectures), dirigido por Peter van den Hamer, comenzó dentro de Philips pero luego se convirtió, a través de NXP, en parte de ST-Ericsson.
- ^ Especificación UniPro 1.40.00 , requiere una cuenta en el sitio web de MIPI
- ^ Especificación UniPro 1.41.00 , requiere una cuenta en el sitio web de MIPI
- ^ Especificación M-PHY v2.0 , requiere una cuenta en el sitio web de MIPI
- ^ Especificación UniPro 1.60.00 , requiere una cuenta en el sitio web de MIPI
- ^ Especificación M-PHY v3.0 , requiere una cuenta en el sitio web de MIPI
- ^ Especificación de MIPI Alliance para pruebas UniPro v1.4 , requiere una cuenta en el sitio web de MIPI
- ^ Almacenamiento flash universal JEDEC UFS
- ^ Especificación de MIPI Alliance para emulación de interfaz de procesador (PIE) v0.90.00 , requiere una cuenta en el sitio web de MIPI
- ^ Especificación MIPI D-PHY 1.00 , requiere una cuenta en el sitio web de MIPI
- ^ Especificación MIPI para M-PHY versión 1.00.00 , requiere una cuenta en el sitio web de MIPI
- ^ MIPI Alliance Standard for Unified Protocol v1.00.00 (UniPro SM ) , requiere una cuenta en el sitio web de MIPI
- ^ Especificación UniPro 1.10 , requiere una cuenta en el sitio web de MIPI
- ^ "MIPI Alliance lanza MIPI UniPro v1.8 con mayor rendimiento y mejor calidad de servicio" . www.mipi.org . Consultado el 19 de abril de 2021 .
- ^ "JEDEC publica Universal Flash Storage (UFS y UFSHCI) versión 3.0 y extensión de tarjeta UFS versión 1.1 | JEDEC" . www.jedec.org . Consultado el 31 de enero de 2018 .
- ^ La ley de Metcalfe , postula que el valor de una red es proporcional al cuadrado del número de usuarios
- ^ NoTA , protocolo de mensajería y biblioteca
- ^ Acuerdo de membresía de MIPI 1 de noviembre de 2006 , requiere una cuenta en el sitio web de MIPI
- ^ Sitio web de MIPI Alliance
enlaces externos
- www.MIPI.org - MIPI® Alliance (el acceso a los documentos requiere una cuenta)
- "MIPI® Alliance anuncia M-PHY v2.0 y UniPro v1.41" - MIPI® Alliance Junio de 2012
- "Interoperabilidad UniPro v1.41" - MIPI® Alliance Junio de 2012
- Programa de pruebas UniPro: pruebas de conformidad e interoperabilidad
- "La interfaz de chip móvil se vuelve real" - EE Times 2006 descripción general del estado de MIPI
- "JEDEC anuncia un estándar para el almacenamiento flash" - EE Times 2011