SMBus协议

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了SMBus协议。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

SMBus协议



参考资料:

  • Linux内核文档:Documentation\i2c\smbus-protocol.rst

  • SMBus协议:

    • http://www.smbus.org/specs/
  • I2CTools: https://mirrors.edge.kernel.org/pub/software/utils/i2c-tools/

一、 SMBus是I2C协议的一个子集

SMBus: System Management Bus,系统管理总线。
SMBus最初的目的是为智能电池、充电电池、其他微控制器之间的通信链路而定义的。
SMBus也被用来连接各种设备,包括电源相关设备,系统传感器,EEPROM通讯设备等等。 SMBus
为系统和电源管理这样的任务提供了一条控制总线,使用 SMBus 的系统,设备之间发送和接收消息都是通过
SMBus,而不是使用单独的控制线,这样可以节省设备的管脚数。
SMBus是基于I2C协议的,SMBus要求更严格,SMBus是I2C协议的子集。

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SMBus有哪些更严格的要求?跟一般的I2C协议有哪些差别?

  • VDD的极限值不一样

    • I2C协议:范围很广,甚至讨论了高达12V的情况
    • SMBus:1.8V~5V
  • 最小时钟频率、最大的Clock Stretching

    • Clock Stretching含义:某个设备需要更多时间进行内部的处理时,它可以把SCL拉低占住I2C总线

    • I2C协议:时钟频率最小值无限制,Clock Stretching时长也没有限制

    • SMBus:时钟频率最小值是10KHz,Clock Stretching的最大时间值也有限制

  • 地址回应(Address Acknowledge)

    • 一个I2C设备接收到它的设备地址后,是否必须发出回应信号?
    • I2C协议:没有强制要求必须发出回应信号
    • SMBus:强制要求必须发出回应信号,这样对方才知道该设备的状态:busy,failed,或是被移除了
  • SMBus协议明确了数据的传输格式

    • I2C协议:它只定义了怎么传输数据,但是并没有定义数据的格式,这完全由设备来定义
    • SMBus:定义了几种数据格式(后面分析)
  • REPEATED START Condition(重复发出S信号)

    • 比如读EEPROM时,涉及2个操作:
      • 把存储地址发给设备
      • 读数据
    • 在写、读之间,可以不发出P信号,而是直接发出S信号:这个S信号就是REPEATED START
    • 如下图所示

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  • SMBus Low Power Version
    • SMBus也有低功耗的版本

二、 SMBus协议分析

对于I2C协议,它只定义了怎么传输数据,但是并没有定义数据的格式,这完全由设备来定义。

对于SMBus协议,它定义了几种数据格式。

注意

  • 下面文档中的Functionality flag是Linux的某个I2C控制器驱动所支持的功能。
  • 比如Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_QUICK,表示需要I2C控制器支持SMBus Quick Command
2.1 symbols(符号)
S     (1 bit) : Start bit(开始位)
Sr    (1 bit) : 重复的开始位
P     (1 bit) : Stop bit(停止位)
R/W#  (1 bit) : Read/Write bit. Rd equals 1, Wr equals 0.(读写位)
A, N  (1 bit) : Accept and reverse accept bit.(回应位)
Address(7 bits): I2C 7 bit address. Note that this can be expanded as usual to
                get a 10 bit I2C address.
                (地址位,7位地址)
Command Code  (8 bits): Command byte, a data byte which often selects a register on
                the device.
                (命令字节,一般用来选择芯片内部的寄存器)
Data Byte (8 bits): A plain data byte. Sometimes, I write DataLow, DataHigh
                for 16 bit data.
                (数据字节,8位;如果是16位数据的话,用2个字节来表示:DataLow、DataHigh)
Count (8 bits): A data byte containing the length of a block operation.
				(在block操作总,表示数据长度)
[..]:           Data sent by I2C device, as opposed to data sent by the host
                adapter.
                (中括号表示I2C设备发送的数据,没有中括号表示host adapter发送的数据)
2.2 SMBus Quick Command

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只是用来发送一位数据:R/W#本意是用来表示读或写,但是在SMBus里可以用来表示其他含义。
比如某些开关设备,可以根据这一位来决定是打开还是关闭。

Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_QUICK
2.3 SMBus Receive Byte

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I2C-tools中的函数:i2c_smbus_read_byte()。

读取一个字节,Host adapter接收到一个字节后不需要发出回应信号(上图中N表示不回应)。

Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_READ_BYTE
2.4 SMBus Send Byte

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I2C-tools中的函数:i2c_smbus_write_byte()。

发送一个字节。

Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BYTE
2.5 SMBus Read Byte

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I2C-tools中的函数:i2c_smbus_read_byte_data()。

先发出Command Code(它一般表示芯片内部的寄存器地址),再读取一个字节的数据。 上面介绍的SMBus Receive Byte是不发送Comand,直接读取数据。

Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_READ_BYTE_DATA
2.6 SMBus Read Word

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I2C-tools中的函数:i2c_smbus_read_word_data()。

先发出Command Code(它一般表示芯片内部的寄存器地址),再读取2个字节的数据。

Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_READ_WORD_DATA
2.7 SMBus Write Byte

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I2C-tools中的函数:i2c_smbus_write_byte_data()。

先发出Command Code(它一般表示芯片内部的寄存器地址),再发出1个字节的数据。

Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BYTE_DATA
2.8 SMBus Write Word

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I2C-tools中的函数:i2c_smbus_write_word_data()。

先发出Command Code(它一般表示芯片内部的寄存器地址),再发出1个字节的数据。

Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_WORD_DATA
2.9 SMBus Block Read

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I2C-tools中的函数:i2c_smbus_read_block_data()。

先发出Command Code(它一般表示芯片内部的寄存器地址),再发起度操作:

  • 先读到一个字节(Block Count),表示后续要读的字节数
  • 然后读取全部数据
Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_READ_BLOCK_DATA
2.10 SMBus Block Write

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I2C-tools中的函数:i2c_smbus_write_block_data()。

先发出Command Code(它一般表示芯片内部的寄存器地址),再发出1个字节的Byte Conut(表示后续要发出的数据字节数),最后发出全部数据。

Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BLOCK_DATA
2.11 I2C Block Read

在一般的I2C协议中,也可以连续读出多个字节。 它跟SMBus Block Read的差别在于设备发出的第1个数据不是长度N,如下图所示:
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I2C-tools中的函数:i2c_smbus_read_i2c_block_data()。

先发出Command Code(它一般表示芯片内部的寄存器地址),再发出1个字节的Byte Conut(表示后续要发出的数据字节数),最后发出全部数据。

Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_READ_I2C_BLOCK
2.12 I2C Block Write

在一般的I2C协议中,也可以连续发出多个字节。

它跟SMBus Block Write的差别在于发出的第1个数据不是长度N,如下图所示:

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I2C-tools中的函数:i2c_smbus_write_i2c_block_data()。

先发出Command Code(它一般表示芯片内部的寄存器地址),再发出1个字节的Byte Conut(表示后续要发出的数据字节数),最后发出全部数据。

Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_I2C_BLOCK
2.13 SMBus Block Write - Block Read Process Call

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读一块数据。

Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_BLOCK_PROC_CALL
2.14 Packet Error Checking (PEC)

PEC是一种错误校验码,如果使用PEC,那么在P信号之前,数据发送方要发送一个字节的PEC码(它是CRC-8码)。

SMBus Send Byte为例,下图中,一个未使用PEC,另一个使用PEC:

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三、SMBus和I2C的建议

因为很多设备都实现了SMBus,而不是更宽泛的I2C协议,所以优先使用SMBus。
即使I2C控制器没有实现SMBus,软件方面也是可以使用I2C协议来模拟SMBus。 所以:Linux建议优先使用SMBus。


致谢

以上笔记源自韦东山老师的视频课程,感谢韦老师,韦老师是嵌入式培训界一股清流,为嵌入式linux开发点起的星星之火,也愿韦老师桃李满园。聚是一团火,散是满天星!

在这样一个速食的时代,坚持做自己,慢下来,潜心琢磨,心怀敬畏,领悟知识,才能向下扎到根,向上捅破天,背着世界往前行!
仅此向嵌入行业里的每一个认真做技术的从业者致敬!文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-685111.html


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