ЮниПро

Не путать с UniProt .

Чтобы узнать о российской компании, см. Юнипро (компания) .

UniPro (или Unified Protocol ) — это технология высокоскоростного интерфейса для соединения интегральных схем в мобильной и мобильной электронике. Различные версии протокола UniPro создаются в рамках MIPI Alliance (Альянс мобильных отраслевых интерфейсов процессоров), организации, которая определяет спецификации, ориентированные на мобильные приложения и мобильные приложения.

Технология UniPro и связанные с ней физические уровни направлены на обеспечение высокоскоростной передачи данных (гигабит в секунду), работу с низким энергопотреблением (сигнализация с малым колебанием, режимы ожидания), малое количество выводов (последовательная передача сигналов, мультиплексирование), небольшую площадь кремния (малый пакет). размеры), надежность данных ( дифференциальная сигнализация , восстановление после ошибок) и надежность (проверенные сетевые концепции, включая управление перегрузкой ).

Версия UniPro 1.6 сконцентрирована на обеспечении высокоскоростной двухточечной связи между чипами в мобильной электронике. В UniPro предусмотрена поддержка сетей, состоящих из до 128 устройств UniPro (интегральных схем, модулей и т. д.). Сетевые функции запланированы в будущих выпусках UniPro. В такой сетевой среде пары устройств UniPro соединяются между собой посредством так называемых каналов связи, а пакеты данных направляются к месту назначения с помощью коммутаторов UniPro. Эти коммутаторы аналогичны маршрутизаторам, используемым в проводных локальных сетях на базе гигабитного Ethernet. Но в отличие от локальной сети технология UniPro была разработана для соединения микросхем внутри мобильного терминала, а не для соединения компьютеров внутри здания.

Схематическое изображение сети UniPro, соединяющей устройства UniPro и печатные платы.

Лабораторный прототип UniPro, работающий на D-PHY. физическом уровне

История и цели

Инициатива по разработке протокола UniPro возникла в результате двух исследовательских проектов в исследовательском центре Nokia соответственно. и Philips Research. Обе команды независимо пришли к выводу, что сложность мобильных систем можно уменьшить, разделив конструкцию системы на четко определенные функциональные модули, соединенные между собой сетью. Таким образом, ключевые предположения заключались в том, что сетевая парадигма дала модулям хорошо структурированные, многоуровневые интерфейсы и что пришло время улучшить системную архитектуру мобильных систем, чтобы сделать их аппаратное и программное обеспечение более модульным. Другими словами, цели заключались в том, чтобы противодействовать растущим затратам на разработку, рискам разработки и влиянию все более сложной системной интеграции на время выхода на рынок.

В 2004 году обе компании совместно основали . рабочую группу UniPro MIPI Такое сотрудничество нескольких компаний считалось необходимым для достижения совместимости между компонентами от разных поставщиков компонентов и достижения необходимого масштаба для внедрения новой технологии.

Название как рабочей группы, так и стандарта UniPro отражает необходимость поддержки широкого спектра модулей и широкого спектра трафика данных с использованием единого стека протоколов. Хотя существуют и другие технологии подключения ( SPI , PCIe , USB ), которые также поддерживают широкий спектр приложений, межчиповые интерфейсы, используемые в мобильной электронике, по-прежнему разнообразны, что существенно отличается от (в этом отношении более зрелой) компьютерной индустрии.

В январе 2011 г. вышла версия UniPro 1.40. был завершен. Его основная цель — полная поддержка нового физического уровня: M-PHY, включая поддержку изменения режимов питания и конфигурации одноранговых устройств. В июле 2012 года UniPro v1.40 был обновлен до UniPro v1.41. для поддержки нового высокоскоростного M-PHY v2.0. Спецификации UniPro v1.4x были выпущены вместе с формальной моделью спецификаций (SDL).

Окончательный вариант версии 1.6. Разработка спецификации UniPro была завершена в августе 2013 года. В ней отмечены благодарности 19 инженерам из 12 компаний и организаций: Agilent, Cadence, IEEE-ISTO, Intel, nVidia, Nokia, Qualcomm, Samsung, STMicroelectronics, Synopsys, Texas Instruments и Toshiba.Спецификация UniPro v1.6 является обновлением спецификации UniPro v1.41.00 и состоит исключительно из документа спецификации UniPro. SDL больше не поддерживается.Спецификация UniPro v1.6 ссылается на следующие документы:

• Спецификация для M-PHY, версия 3.0
• Спецификация для блока дескриптора устройства (DDB), версия 1.0

На сегодняшний день несколько поставщиков объявили о доступности IP-блоков UniPro, а различные поставщики микросхем создали реализации, находящиеся на разных стадиях разработки. Тем временем рабочая группа MIPI UniPro создает набор тестов на соответствие. и готовит будущие расширения этой технологии (см. « Версии UniPro и план действий» ).

30 января 2018 г. JEDEC опубликовал стандарт UFS 3.0, в котором используются MIPI M-PHY v4.1 (с HS-Gear4) и MIPI UniPro v1.8 для мобильной памяти со скоростью передачи данных до 2900 МБ/с (11,6 Гбит). /с на полосу, 2 полосы, всего 23,2 Гбит/с).

Основные особенности

1. гигабит/с — последовательная технология с рядом возможностей масштабирования полосы пропускания
2. универсальный — может использоваться для широкого спектра приложений и типов трафика данных.
3. масштабируемость - от отдельных каналов до сети, содержащей до 128 устройств UniPro
4. малое энергопотребление – оптимизировано для небольших систем с батарейным питанием
5. надежность - ошибки данных обнаруживаются и исправляются путем повторной передачи
6. дружественность к аппаратному обеспечению - при необходимости может быть полностью реализована на аппаратном уровне
7. дружелюбное к программному обеспечению — концепции аналогичны знакомым сетевым технологиям
8. использование полосы пропускания — предоставляет функции для управления перегрузкой и контроля арбитража.
9. возможность совместного использования — разные типы трафика и устройства UniPro могут использовать общие контакты и провода.
10. тестируемый — начиная с версии 1.1, UniPro требует функций, облегчающих автоматическое тестирование на соответствие.

Многоуровневая архитектура

UniPro, связанный с базовым уровнем PHY, представляет собой многоуровневый стек протоколов, который охватывает уровни от L1 до L4 эталонной модели OSI для сетей. UniPro вводит дополнительный уровень L1.5 между L1 и L2, который можно рассматривать как подуровень уровня L1 OSI.

Несколько приложений

Строгая многоуровневая структура UniPro позволяет использовать его для широкого спектра применений:

• УФС: Универсальный флэш-накопитель . Устройства массовой памяти нового поколения, указанные JEDEC, с поддержкой пропускной способности данных до 300 МБ/сек в первом поколении и поддержкой функций организации очередей команд для повышения скорости произвольного чтения/записи.
• CSI-3: Последовательный интерфейс камеры MIPI третьего поколения имеет масштабируемый интерфейс с высокой пропускной способностью, гарантированную передачу данных и набор команд для инициализации и настройки базовых компонентов.
• GBT: MIPI Gigabit Trace. Независимый от сети протокол для передачи данных трассировки через высокоскоростные интерфейсы, такие как UniPort-M или USB3.0.
• DSI-2: последовательный интерфейс дисплея MIPI 2-го поколения .
• В: Интерфейс эмуляции процессора. Этот прикладной протокол передает традиционные транзакции чтения/записи в памяти, которые используются на шинах процессора. Приложения потоковой передачи данных (например, мультимедийный трафик), протоколы типа «команда/ответ» (например, для управления) и туннелирование популярных протоколов из других доменов (например, TCP/IP ) также поддерживаются и особенно поощряются, поскольку они имеют тенденцию увеличивать модульность на уровне системы. и совместимость благодаря более высокому уровню абстракции.
• Google ARA. UniPort-M (UniPro с M-PHY): обеспечивает интерфейс расширения общего назначения для подключения периферийных устройств, таких как графические ускорители и модули, такие как проект
• UniPort-D (UniPro с D-PHY): обеспечивает расширение общего назначения с помощью D-PHY. Обратите внимание, что D-PHY не является поддерживаемым физическим уровнем для UniPro, кроме спецификации UniPro v1.41.

Альтернативные физические уровни

Многоуровневая архитектура UniPro также позволяет ему поддерживать несколько технологий физического уровня (L1, PHY) даже в пределах одной сети. Это аналог TCP/IP , который может работать на широком спектре технологий нижнего уровня. В случае UniPro две технологии PHY поддерживаются для использования вне кристалла.

ЮниПортс

Эти технологии PHY описаны в отдельных спецификациях MIPI. (на которые ссылается спецификация UniPro. Обратите внимание, что термин UniPort используется для обозначения фактического порта на чипе, который соответствует спецификации UniPro для его верхних уровней (от L1.5 до 4) и спецификации MIPI PHY для L1. Как существует две технологии PHY, они известны соответственно как UniPort-D (UniPro с D-PHY) и UniPort-M (UniPro с M-PHY).

Поэтапная дорожная карта

Спецификация UniPro 1.0 одобрен Советом директоров MIPI 14 января 2008 г. UniPro 1.1, который был завершен в июле 2009 года, направлен на улучшение читаемости, предоставляет эталонную модель (на SDL ) для двух из четырех уровней протокола UniPro и предоставляет функции для облегчения автоматического тестирования на соответствие.

Архитекторы, разрабатывающие UniPro, с самого начала намеревались выпустить эту технологию в виде пошаговой дорожной карты с обратной совместимостью. UniPro 1.1 разработан с учетом полной обратной совместимости с UniPro 1.0. Основная цель UniPro 1.40 и UniPro v1.41 (UniPro v1.4x) — поддержка дополнительного физического уровня M-PHY. Кроме того, UniPort-M обеспечивает локальное и удаленное управление одноранговым устройством UniPro, которое можно использовать, например, для управления различными поддерживаемыми режимами питания канала.Запланированные шаги, выходящие за рамки UniPro v1.4x, направлены на предоставление спецификаций для сетевых конечных точек и сетевых коммутаторов.

Спецификация UniPro v1.6 была разработана для обеспечения совместимости с UniPro v1.41.00 при использовании физического уровня M-PHY. Поскольку D-PHY больше не поддерживается в версии 1.60, обратная совместимость для работы D-PHY не может быть обеспечена.

Область применения и применимость

UniPro и его базовый физический уровень были разработаны для поддержки работы с низким энергопотреблением, необходимой для систем с батарейным питанием. Эти функции варьируются от энергоэффективной высокоскоростной работы до дополнительных режимов пониженного энергопотребления в периоды простоя или низкой пропускной способности сети. Однако фактическое поведение мощности во многом зависит от выбора конструкции системы и реализации интерфейса.

Протокол UniPro может поддерживать широкий спектр приложений и связанных с ними типов трафика. Примеры межчиповых интерфейсов, встречающихся в мобильных системах:

• Передача файлов на запоминающем устройстве: 6 Гбит/с.
• Камера 24 Мп при 30 кадрах в секунду: 9 Гбит/с
• Межчиповое соединение: от 1 Гбит до 24 Гбит/с.

Обратите внимание, что таким приложениям требуется уровень протокола приложения поверх UniPro, чтобы определить структуру и семантику потоков байтов, транспортируемых UniPro. Это можно сделать путем простого переноса существующих форматов данных (например, трассировки, потоков пикселей, IP-пакетов), введения новых собственных форматов (например, программных драйверов для конкретных чипов) или определения новых отраслевых стандартов (например, UFS для транзакций, подобных памяти).

Приложения, которые в настоящее время считаются менее подходящими для UniPro:

• управление низкой пропускной способностью — если только он не мультиплексирован с другим трафиком (обеспокоенность: сложность UniPro намного выше, чем, например, I2C )
• высококачественные аудиосэмплы (проблемы: UniPro не распределяет общую тактовую частоту на все устройства; сложность UniPro по сравнению, например, с SLIMbus или I2S )
• интерфейсы с динамической памятью (проблема: задержка для инструкций процессора/выборки данных)

Версии и план действий

Версия	Заморозка текста	Официальный релиз	Описание
ЮниПро 0.80.00 ​	6 сентября 2006 г.	26 февраля 2007 г.	Предварительный просмотр технологии UniPro 1.0
ЮниПро 1.0 0.00	25 августа 2007 г.	14 января 2008 г.	Ограниченные изменения по сравнению с UniPro 1.0. Все основы для связи между чипами через D-PHY.
ЮниПро 1.1 0.00	29 июля 2009 г.	22 января 2010 г.	«Усиленный»: формальные эталонные модели для двух уровней протокола; улучшения читаемости и тестируемости
ЮниПро 1.40.00 ​	31 января 2011 г.	28 апреля 2011 г.	« M-PHY »: поддержка новой технологии физического уровня. M-PHY v1.0 с HS-G1. Формальная эталонная модель для всего стека. Одноранговая конфигурация. Версионирование.
ЮниПро 1.41.00 ​	4 мая 2012 г.	30 июля 2012 г.	Обновление для поддержки M-PHY v2.0 с HS-G2.
ЮниПро 1.60.00 ​	6 августа 2013 г.	30 сентября 2013 г.	Обновление для поддержки M-PHY v3.0 с HS-Gear3, снижение энергопотребления во время сна и останова M-PHY, скремблирование для EMI MitiUpgrade для поддержки M-PHY v3.0 с HS-Gear3gation, удаление ссылок на D-PHY и SDL
ЮниПро 1.8		8 февраля 2018 г.	Обновление для поддержки M-PHY v4.1 с HS-Gear4
будущие выпуски	подлежит уточнению	подлежит уточнению	«Конечная точка»: полностью сетевая конечная точка, включая протокол внутриполосной конфигурации. «Свитчи»: сетевые коммутаторы. Совместное использование ссылки между несколькими приложениями. Динамическое управление соединениями. Горячее подключение. Функции безопасности. Класс трафика в реальном времени.

Архитектура стека протоколов

Основная статья: Стек протоколов UniPro

Стек протоколов UniPro соответствует классической эталонной архитектуре OSI (ссылка). По практическим соображениям физический уровень OSI разделен на два подуровня: уровень 1 (фактический физический уровень) и уровень 1.5 (уровень PHY-адаптера), что абстрагируется от различий между альтернативными технологиями уровня 1.

Стек протоколов UniPro (это цветовое кодирование — давняя традиция UniPro)

Слой #		Имя слоя	Функциональность	Имя блока данных
ТО		Приложение	Полезная нагрузка и семантика транзакций	Сообщение
ДМЕ
	Слой 4	Транспорт	Порты, мультиплексирование, управление потоком	Сегмент
	Слой 3	Сеть	Адресация, маршрутизация	Пакет
	Слой 2	Ссылка на данные	Однопроходная надежность и арбитраж на основе приоритетов	Рамка
	Слой 1.5	PHY-адаптер	Абстракция физического уровня и поддержка нескольких линий	Символ ЮниПро
Слой 1		Физический уровень (PHY)	Сигнализация, тактирование, кодирование линий, режимы питания	Символ PHY

Сама спецификация UniPro охватывает уровни 1.5, 2, 3, 4 и DME (объект управления устройством). Уровень приложений (LA) выходит за рамки рассмотрения, поскольку для разных вариантов использования UniPro потребуются разные протоколы LA. Физический уровень (L1) описан в отдельных спецификациях MIPI, чтобы при необходимости можно было повторно использовать PHY другими (менее общими) протоколами (ссылка).

Уровни OSI 5 (сеанс) и 6 (представление), где это применимо, считаются частью прикладного уровня.

Обсуждение ценностного предложения

UniPro и системная интеграция

MIPI специально нацелен на UniPro, чтобы упростить создание все более сложных продуктов. Это подразумевает относительно долгосрочное видение будущих архитектур мобильных телефонов, состоящих из модульных подсистем, соединенных между собой посредством стабильных, стандартизированных, но гибких сетевых интерфейсов. Это также подразумевает относительно долгосрочное видение ожидаемой или желаемой структуры индустрии мобильных телефонов, при которой компоненты могут легко взаимодействовать, а компоненты от конкурирующих поставщиков в некоторой степени совместимы по разъемам .

Подобные архитектуры появились и в других областях (например, в автомобильных сетях, в значительной степени стандартизированных архитектурах ПК, в ИТ-индустрии, основанной на интернет-протоколах) по тем же причинам совместимости и экономии за счет масштаба. Тем не менее, пока слишком рано предсказывать, насколько быстро UniPro будет принят индустрией мобильных телефонов.

Высокая пропускная способность и стоимость

Высокоскоростные межсоединения, такие как UniPro, USB или PCI Express, обычно стоят дороже, чем низкоскоростные межсоединения (например, I2C , SPI или простые CMOS интерфейсы ). Это происходит, например, из-за кремниевой области, занимаемой необходимой схемой смешанных сигналов (уровень 1), а также из-за сложности и буферного пространства, необходимого для автоматического исправления битовых ошибок. Таким образом, стоимость и сложность UniPro могут быть проблемой для некоторых устройств UniPro с низкой пропускной способностью.

Скорость принятия

Как Меткалф Постулируется, что ценность сетевой технологии зависит от квадрата числа устройств, использующих эту технологию. Это делает любую новую межвендорную межсетевую технологию столь же ценной, как и приверженность ее сторонников и, как следствие, вероятность того, что технология станет самодостаточной. Хотя UniPro поддерживается рядом крупных компаний и время инкубации UniPro более или менее соответствует сопоставимым технологиям ( USB , Интернет-протокол , Bluetooth , автомобильные сети), скорость внедрения, как предполагается, является основной проблемой, связанной с этой технологией. . Это особенно верно, поскольку мобильная индустрия практически не имеет опыта разработки аппаратных стандартов, касающихся внутреннего устройства продукта.

Ключевым драйвером внедрения UniPro является JEDEC Universal Flash Storage (UFS) v2.0, который использует MIPI UniPro и M-PHY в качестве основы для стандарта. Ожидается, что на рынке появится несколько реализаций стандарта.

Наличие протоколов приложений

Взаимодействие требует больше, чем просто согласование между одноранговыми устройствами UniPro на уровне протокола L1–L4: это также означает согласование более специфичных для приложения форматов данных, команд и их значения, а также других элементов протокола. Это известная по сути неразрешимая проблема во всех методологиях проектирования: вы можете договориться о стандартной и многократно используемой «сантехнике» (нижние уровни аппаратного/программного обеспечения/сети), но это не приведет автоматически к согласованию подробной семантики даже тривиальной команды. например ChangeVolume(value) или формат медиапотока.

Таким образом, практические подходы требуют сочетания нескольких подходов:

• Если межсоединение предыдущего поколения работало, существовало какое-то решение. Рассмотрите возможность повторного использования/туннелирования/портирования с минимальными изменениями.
• Существует множество отраслевых стандартов многократного использования, специфичных для конкретных приложений (например, команды для управления радио, аудиоформаты, MPEG ).
• Туннелируйте основные технологии через UniPro. Если вы взаимодействуете с миром IP , разумно обеспечить IP-over-UniPro.
• Используйте драйверы программного обеспечения для конкретных приложений. Это работает только при ограниченных скоростях передачи данных и превращает проблему совместимости во внутреннюю проблему совместимости программного обеспечения, но это хорошо понятный подход.
• Превратите существующие программные интерфейсы в протоколы. В некоторых случаях преобразование может быть простым или даже автоматизированным. если исходные API имеют правильную архитектуру.

Лицензирование

Соглашение о членстве Альянса МИПИ определяет условия лицензирования спецификаций MIPI для компаний-членов. Условия лицензирования без лицензионных отчислений применяются в основном целевом домене MIPI Alliance — мобильных телефонах и их периферийных устройствах, тогда как условия лицензирования RAND применяются во всех других доменах.

См. также

• Проект Ара

Внешние ссылки

• www.MIPI.org — MIPI Alliance (для доступа к документу требуется учетная запись)
• «MIPI Alliance объявляет о выпуске M-PHY v2.0 и UniPro v1.41» — MIPI Alliance, июнь 2012 г.
• «Взаимодействие UniPro v1.41» – MIPI Alliance, июнь 2012 г.
• Программа тестирования UniPro - тестирование на соответствие и совместимость
• «Интерфейс мобильных чипов становится реальностью» - обзор статуса MIPI, EE Times, 2006 г.
• «JEDEC объявляет стандарт для флэш-накопителей» — EE Times, 2011 г.