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SMBus接口协议

简介

SMBus(System Management Bus)是Intel与Duracell联合制定的接口于1995年发表,参考I2C接口。 SMBus是二线串行总线(有两条可选信号线)SMBSUS#(系统低功耗挂起状态指示),SMBALERT#(事件提醒)I2C总线规范I2C一样,SMBus不增加额外引脚,创建总线主要是为了增加新的功能特性,支持低功耗和高功耗模式,总线速率支持100kHz、400kHz、1MHz。它在主/从模式下工作:主设备提供时钟,启动传输时提供起始位置,终止传输时提供停止位置;从设备到设备地址只有7或10位。 SMBusI2C主要区别如下(详见主要区别)SMBus Specification Appendix B): 总线电源VDD:I2C没定义,SMBus为1.8~5V。 阈值电压VIL、VIH、VHYS、VOL、IOL、ILEAK_BUS不同; 总线最小速率(Bus Speed):I2C没有最低总线速率要求,SMBus最低总线速率不得低于10kHz; SMBus一定要维持10kHz上述操作频率主要用于管理和监控。只要在保持一定速度的情况下添加参数,就很容易知道总线是否闲置(Idle)在逐一检测传输过程中,省去了停止(STOP)信号,或持续保持停止检测,辅以额外参数检测,使总线闲置后的再利用更有效、更快。 拉伸最大时钟(ClockStretching):tTIMEOUT、tHIGH、tLOW:SEXT、tLOW:MEXT、tOF、tF、tPOR; 设备地址响应:I2C不要求设备一定要能应答自身地址,而SMBus每次收到自己的地址,都要有回应; I2C发送接收端地址发送后,接收端必须响应或保持沉默。即使它保持沉默,发送端也会继续工作,开始数据传输、阅读/编写指令; SMBus收到自己的地址信息后,不允许接收端发送ACK回应。因为SMBus上面连接的控制装置有时是动态添加和动态删除的,例如更换新电池或连接笔记本电脑DOCK PORT等等,如果接入装置已经改变但没有响应,则发送端程序不会掌握整个系统的最新组态,这将导致误动作。

以上是一些简单的区别。详细比较了两条总线的应用背景、版本演变、电气特性差异、时间顺序差异、适当和不当机制的强制性差异、传输协议的子集和超集。

应用背景,版本演变

I2C1992年发布了电视应用设计中开发的接口;SMBus(System Management Bus)则是Intel与Duracell共同制定笔记本电脑使用的智能电池(SmartBattery)时代开发的界面于1995年发表,但是SMBus文件中也提到,SMBus确实是参考自己I2C,并以I2C衍生成基础。

I2C它起源于电视设计,但随着通用路线的发展,有机会使用各种电子设计I2C;而SMBus则在之后为PC先进的组态和电源管理接口(Advanced Configuration & Power Interface;ACPI)本规范已成为基本的管理信息传输接口和控制传输接口。

虽然I2CSMBus制定时间不同,但都在2000年左右进入成熟的改版,

I2C三次主要修订:

  • 1992年V1.0
  • 1998年V2.0
  • 2000年V2.1

SMBus三次主要修订:

  • 1995年V1.0
  • 1998年V1.1
  • 2000年V2.0

不同的电气特性

I2CHi/Lo逻辑电平有两种识别方法:相对识别和绝对识别,相对识别是基于Vdd决定电压,,绝对认定与TTL准位识别相同,直接指定Hi/Li电压,。相对的SMBus,与I2C不完全一致,但也算部分交集。

不过,SMBus后来还增加了一套较低电压的电平标准,Hi为1.4V,Lo为0.6V,这是为了使用SMBus该装置可以节省更多的成本。

了解电压后再来看电流,由于SMBus刚开始用在笔记本电脑上,所以省电性能优于I2C,只需100uA能持工作,I2C却要到3mA同样的低用电特性也反映在漏电流中(Leakage Current)的要求上,I2C最大漏电流为10uA,SMBus为1uA,但是1uA似乎过于严厉,使运用SMBus该装置在验证测试过程中消耗了过多的成本和心力,因此之后SMBus V1.1版放宽了漏电流的上限,最高可达5uA。

而且是相关限制,I2C限制线路电容,SMBus但是,也有类似的配套规范,即电平下拉时的电流限制,当SMBus集电极开路Pin导线接地时,流经接地的电流不得超过350uA,另上电流(即相同集电极开路Pin开路时也有规范,最小不少于100uA,最高也不破350uA的。

由于对电流有限制,也很容易推断上拉电阻的电阻范围要求,I2C在5V Vdd时当大于1.6kohm,在3V Vdd时当大于1kohm,类似的SMBus于5V Vdd时当大于14kohm,3V Vdd时当大于8.5kohm,但这一定义并非牢不可破,就一般实践而言,在SMBus上也可用2.4k~3.9kohm类阻值。

附注:I2C的时钟线称SCK或SCL,数据线称SDA。SMBus的时钟线称SMBCLK,数据线称SMBDAT。

I2C与SMBus在逻辑电平的电压定义不尽相同,基本上I2C定义丰富灵活,SMBus更注重省电要求。

时差和测试

物理层面的空间要求完成后,就是物理层面的时间,也就是时序(Timing)差异。

以操作频率为例,I2C这方面相当宽裕,,相对的SMBus就很局限,。很明显的,I2C与SMBus交叉运行频率为10kHz?100kHz间。

笔记本电脑的电池管理或PC组态管理和用电管理SMBus,很容易理解为什么不需要更高的操作频率,只要传输小数据量的监督信息,控制指令不需要太高速,而是广泛使用I2C自然希望用更高的传输来满足各种可能的需求。然而,人们可能会想,为什么SMBus要求最低速度?何不放松到和I2C同样的无最低速限制呢?

SMBus一定要维持10kHz上述操作频率主要用于管理和监控。另一个目的是在保持一定速度的情况下添加参数,轻松了解总线是否闲置(Idle)在逐一检测传输过程中,省去了停止(STOP)信号,或持续保有停断侦测并辅以额外参数侦测,如此对总线闲置后的再取用会更有效快速。

传速要求后还有数据保持时间(Data Hold Time)的要求,SMBus规定SMBCLK线路电平下降后,SMBDAT数据必须保留300nS,但I2C 但对此没有同样的强制要求。

类似的,SMBus重置对接口(Reset)后期恢复时间(Timeout)一般来说,35也有要求mS,I2C这方面没有约束,可以随意延长时间。相同的SMBus无论是在主控端还是在主控端(Master)或受控端(Slave),其频率处于Lo电平时的最长持续时间不得超过限制,以免长时间停留Lo准位,导致收发两端时序脱轨(失去同步,造成后续误动作)。

还有,I2C与SMBus信号的上升时间和下降时间也有不同的细节要求,必要时必须确认,或在验证过程中稍加注意。

Smart Battery或ACPI底层需要实现、监督和控制SMBus作为后援.

与不妥机制的强制性差异

不仅电气和时序不同,更深层次的协议机制也不同。I2C主控端发送端(主控端)和接收端(受控端)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。

类似的情形也适用于ACPI,PC机内机外经常有一些装置可动态插入、移除,如机内风扇、外接打印机等,这些也一样该强制对主控端群发(广播)的地址信息作出完整响应。

地址动作方面有异,数据传输方面也有异。在I2C方面,Slave虽然对Master所发出的地址作出响应,但在后续的数据传递中,可能因某些事务必须先行处理、因应而无法持续原有的传输,这时候Slave就要对Master发出「未妥」的回应(Not Acknowledge;NACK),向Master表示Slave正为他务忙碌中。

而SMBus方面,与I2C相同的,会以NACK的回讯向Master表达Slave尚未收妥传递的信息,但是SMBus的Slave会在后续的每个Byte传输中都发出NACK回信,这样设计的原因是因为SMBus没有其他可向Master要求重发(Resend)的表示法。更直接说就是:NACK机制是SMBus标准中的强制必备,任何的讯息传递都很重要,不允许有漏失。

I2C在完成一段地址或数据信息的传输后,接收端可发出收妥(ACK)、未妥(NACK)的响应,SMBus也具相同的机制,但由于应用之故有更强制的回显请求。

传输协议的子集和超集

互动知会机制上有强制与否的差别,协议方面也是。SMBus的通讯协议与协议中所用的讯息格式,其实只是取自I2C规范中,对于数据传输格式定义中的子集合(Subset)而已。所以,如果将I2C与SMBus交混连接,则I2C装置在存取SMBus装置时,只能使用SMBus范畴的协议与格式,若使用I2C的标准存取方式反而无法正确存取。

另外,I2C规范中有一种称为’General Call’的广呼方式,当发出’0000000’的地址信息后,所有I2C上的Slave装置统统要对此作出反应,此机制适合用在Master要对所有的Slave进行广播性讯息更新与沟通上,是一种总体、批次的运作方式。

SMBus一样有General Call机制,但在此之外SMBus还多了一种特有的ALERT机制,不过这必须于频率线与数据线外再追加一条线(称为:SMBSUS)才能实现,ALERT虽名为警告但其实是中断(Interrupt)的用意,Slave可以将SMBSUS线路的电位拉低(ALERT#,#表示低电平有效),这时就等于向Master发出一个中断警讯,要求Master尽速为某一Slave提供传输服务。

Master要响应这个服务要求,是透过I2C/SMBus的频率线与数据线来通讯,但要如何知道此次的通讯只是Master对Slave的一般性通讯?还是特别针对Slave的中断需求而有的服务响应?

这主要是透过Master发出的地址信息来区别,若为回应中断的服务,地址信息必然是’0001100’,当Slave接收到’0001100’的地址信息,就知道这是Master特为中断而提供的服务通讯。

因此,软件工程师须留心,规划时必须让所有的Slave都不能占用’0001100’这个地址,以供ALERT机制运用(当然!若现在与未来都不会用上ALERT机制则可尽管占用)。事实上各种进阶的规范标准(如SmartBattery、ACCESS.bus、VESA DDC等)都在I2C的短寻址中订立了一些为自用而保留的地址,这在最初设计与定义时就该有所留意,以免因先行占用而导致日后须改写软件的麻烦。

补充提醒的是,SMBSUS一样是开集电极外加上拉电阻的线路,所以有一个Slave将电位拉下后,其余Slave侦测到电位被拉下,表示已有Slave正在与Master进行中断需索与响应服务,须等待抢到中断服务权的Slave确实被服务完毕,重新将SMBSUS释放回高电平后,才能持续以「看谁能先将线路电平拉低?」的方式来争取中断服务。

标签: 9a传速表传感器

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