SMBus总线概述

情到浓时终转凉″ 提交于 2019-12-30 09:04:15

1.概述:

系统管理总线是一种两线制接口。它基于I2C 总线原理演变而来,可以认为是简化版的I2C总线。
SMBus最初应用到智能电池,如电池充电器和一个微控制器。其提供一个系统和电源管理相关的任务控制总线。如今,SMBus总线可以连接的设备类型更多样化,包括与电源相关的设备,系统的传感器,EEPROM的容量等设备的信息通信。
SMBus体现在OSI模型的下三层:物理,数据链路,网络。物理层定义了了SMBus的电气特性;数据链路层部分规范化位、字节的数据传输,仲裁和时钟信号;网络层处理处理SMBus地址解析协议和总线数据传输协议。
2.通用特性:
1)物理层:
DC特性:

AC特性:

2)数据链路层:
按通用思想,使用电平的高低代表逻辑的0和1:
数据有效性:数据必须在时钟的高电平周期保持稳定,数据的状态只能在时钟低电平的情况下才能改变;

开始和停止条件(与I2C相同):
        在SMBCLK 线是高电平时,SMBDAT 线从高电平向低电平切换,表示数据传输开始;

当SMBCLK 线是高电平时,SMBDAT 线由低电平向高电平切换,表示数据传输停止;

总线空闲:
SMBCLK 和SMBDAT 线都处于高电平期间,总线空闲。
 
数据传输:

数据传输以字节为单位,传输的字节数量不限,但是每个字节后必须紧跟一个ACK响应。
首先传输的是数据的最高位MSB。

我们知道在I2C协议中存在clock stretching特性:当一组数据传输完成,接收器也回传ACK信号后,如果接

收器需要一段时间来储存收到的数据,则可以利用控制SCL引脚为低电平的方式——将SCL维持为低电平,
直到接收器能够接受下一组数据为止(所以也可以理解为什么I2C的CLK为双向的原因)。
那么同样在SMBus总线中也存在这样的功能:从机要完成一些其他功能(例如一个内部中断服务程序) 后,才能接收或发送下一个完整的数据字节,可以使时钟线SCL 保持低电平,迫使主机进入等待状态,当从
机准备好接收下一个数据字节并释放时钟线SCL 后,数据传输继续。
 
3)网络层:
模型:
  支持SMBus的主、从器件。
从器件会被分配给唯一的地址,但有些地址是被协议保留,不能再分配给任何器件的,它们如下图所示:

总线协议:

下面已写、读字节/字为例,描述具体的协议过程:
写字节/字:

主器件在发送完从器件地址(Slave Address)后,发送写入位(Wr)。从器件响应ACK。主器 件再次发命令码
(Command Code),从器件再次确认ACK,主机发送数据字节或字(低字节在前)。 从器件ACK 每一个字
节,整个传输在停止条件后结束。
 

读字节/字:


读数据要比写数据稍微复杂一些。首先主机要写请求命令到从设备。重发一次起始条件(S+地址),从器
件 将返回一或两个字节的数据。重发起始信息之没有停止位,在读完成后主器件要发NACK。
SMBus协议还支持块的读写操作,在Command Code后加需要读写的字节数目:


在这里,地址的重复操作,起到了改变传输方向的作用。

 
3)SMBus的可选信号:
SMBSUS#信号:
系统进入待机模式时,SMBSUS#变低。待机模式是指当大部分设备休眠或断电时一个低功率模式。一旦恢
复,SMBSUS#电平拉高。之后,所有设备回到运行状态。
SMBALERT#:
该引脚连接至主器件,作为中断信号线使用。
多个从器件可以通过线与连接至一个主器件引脚,系统通过仲裁决定从地址通信的权利。
 
4)I2C与SMBus的区别:
DC spec:
I2C的Hi/Lo逻辑准位有两种认定法:相对认定与绝对认定,相对认定是依据Vdd的电压来决定,Hi为
0.7 Vdd,Lo为0.3 Vdd,绝对认定则与TTL准位认定相同,直接指定Hi/Li电压,Hi为3.0V,Lo为1.5V。
SMBus只有绝对认定,Hi为2.1V,Lo为0.8V,与I2C有部分交集。不过,SMBus后来也增订一套更低电压的准
位认定,Hi为1.4V,Lo为0.6V,这是为了让运用SMBus的装置能更省成本而有的作法。

 

电流:
SMBus在低功耗的表现方面优于I2C。
I2C 指定连接到总线上的每个设备的最最大漏电流为10 微安。SMBus 1.0 版本规定的最大漏电流为1 微
安。为减低SMBus 设备测试成本SMBus 1.1 版本规定要求放宽至5 微安。
相比于I2C对于总线电容的限制,SMBus并没有对此做任何规定。但是它指出了IPULLDOWN 的最大电流是
350uA。那么可以计算出VDD=3.3V时,电阻值应大于9.4K。
 
频率:
I2C提供了两种操作模式,标准模式(100 KHz)和快速模式(400 KHz);
SMBus的时钟频率在10KHz~100KHz之间。
 
时序:
I2C对信号的时序并没有强制的要求;
SMBus规定了数据的setuptime、holdtime必须满足一定的条件(参见上面SMBus的AC标准);
 
ACK与NACK
通常情况下,I2C协议中,主控端发送端(主控端)要与接收端(受控端)通讯前,会在总线上广播受控端的地址 信息,每个接收端都会接收到地址信息,但只有与该地址信息相切合的接收端会在地址信息发布完后发出 「已妥」的回应(Acknowledge;ACK),让发送端知道对应的接收端确实已经备妥,可以进行通讯。
但是,I2C并没有强制规定接收端非要做出响应不可,也可以默不作声,即便默不作声,发送端还是会继续
 工作,开始进行数据传递及下达读/写指令,如此的机制在一般运用中还是可行,但若是在一些实时 (Real Time)性的应用上,任何的动作与机制都有一定的时限要求,这种可有可无式的响应法就会产生问 题,可 能会导致受控端无法接收信息。 相同的情形,在SMBus上是不允许接收端在接收地址信息后却不发 出回应,每次都要回应,为何要强制回应? 其实与SMBus的应用息息相关,SMBus上所连接的受控装置有 时是动态加入、动态移除的,例如换装一颗新 电池,或笔记本电脑接上DOCK PORT等,如果接入的装置已 经改变却没有回应,则主控端的程序所掌握的并 非是整体系统的最新组态,就会造成误动作。
SMBus协议的格式属于I2C定义格式中的子集。I2C可以通过SMBus协议访问与SMBus兼容的设备。
 
参考资料:
1)SMBus系统管理总线;
2)https://www.kernel.org/doc/Documentation/i2c/smbus-protocol;

 

 转载自:http://blog.sina.com.cn/s/blog_a438e5290102w4df.html
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