【我所認知的BIOS】—>SMbus

【我所認知的BIOS】—>SMbus

By LightSeed

2009-7-18

1、什么是 SMBUS？

SMBus 是 System Management Bus 的缩写，是1995年由Intel提出的，应用于移动PC和桌面PC系统中的低速率通讯。它主要是希望通过一条廉价并且功能强大的总线（由两条线组成），来控制主板上的设备并收集相应的信息。

2、SMBus的作用

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。

使用 SMBus，设备还可以提供它的生产信息，告诉系统它的型号，部件号等，针对挂起事件保存它的状态，报告不同类别的错误，接收控制参数，并返回它的状态等。

SMBus的数据传输率为100kbps，虽然速度较慢，却以其结构简洁造价低廉的特点，成为业界普遍欢迎的接口标准。Windows中显示的各种设备的制造商名称和型号等信息，都是通过SMBus总线收集的。主板监控系统中传送各种传感器的测量结果，以及BIOS向监控芯片发送命令，也是利用SMBus实现的

SMBus器件存在现有7层OSI网络模型中的前3层，即物理层，数据链路层和网络层。

SMBus最初的目的是为智能电池，充电电池和与其他系统通信的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。

3、SMbus设备的逻辑连接

SMbus设备，他们的逻辑连接用图来说明比较好。见图1，SMbus 连接的设备他们可以有各自的

图1 设备的逻辑连接示意图

这样连接以来，bus上的从设备（slave device）就可以接受主设备（master）的数据（data），或者是可以自己提供数据给master。

根据smbus spec2.0协议，在任何时候，总线上只有一个master，如果有多个设备想要成为master来控制总线的话，那么就会进入仲裁。细节的话，如果您有兴趣就看看spec吧。^.^

4、SMBUS的三个层

4.1Layer 1 – the Physical layer（物理层）

在这个层里，主要是讲了一些电气特性呀什么的，目前来看我先过滤掉了。大致的意思SMBUS 2.0希望能运行在至少两种环境中。一种就是low-power环境，比如说电池这种设备。另一种就是能够可靠地工作在高噪声的环境中（higher-noise）比如说，PCI插卡。这两中设备的存在，而且smbus也都要去处理，那么他们都是直接连接在bus上的吗？答案当然是否定的。它们中间是通过了一个适配桥的设备来连接的。如果您有兴趣可以看看spec2.0的附录B，我想对您的理解很有帮助。物理层的东西我就不说太多了，那个毕竟不是我能做到的。

4.2Layer 2 – the Data Link layer（数据链路层）

4.2.1位的传输

一些信息的传输都是1和0编码的，那么我们只要掌握了1和0在SMBUS上的传输过程，那么传输一个字节还会很难去理解么？

首先我们来看看传输过程的图解，见图2

图2 位的传输

从图2中我们可以清楚地看到，当clock处于high的时候我们的数据是可以传输的，而当我们的clock处于low的时候我们的数据可以在这个时间段内发生改变。那么随着clock的节拍我们就可以把1或者0一个一个地传输出去了。

4.2.2开始和终止的条件

单纯语言来说，我觉得晦涩又难懂，索性就不说了，让我们来结合图3看看在SMBUS上传输数据的开始和终止条件是什么呢？

图3 SMbus传输的开始和终止条件

当clock为high时，假如data线上有下降沿，那么这构成了开始传输的条件，总线也会准备好要传输数据了！

当clock为high时，假如data线上有上升沿，那么这构成了终止传输的条件，总线也会准备结束传输数据了！

4.2.3传输字节的过程（transfer byte）

经过上面三点的对开始，终止，传输位的说明，那么我们来看看SMBUS传输byte的过程。同样让我们来结合图看看。见图4

图4 字节的传输过程示意

见红色方框处，在我们任何一个字节（1 byte=8 bits）传输好了以后，SMBUS上总会紧随一个ACK bit。注意这是和I2C的不同之处哦。而且每个字节的传输都是从高位（MSB）先传。

在数据链路层中，还有一个事情要做就是仲裁，不过机制比较简单，就是逐一比较每个bit。直到某个device获得BUS控制权为止。

4.2.4 Layer 3 – Network layer（网络层）

应该说这个层是我接触做多的层，在这个层里我着重说一说几种传输方式中的read by byte和read by block。在这篇文章我就只说说原理性的东西，而对它们的实践放在了后面的SPD和clock generator这两个部分中去实践。如果您对SMBUS的操作有兴趣的话，看看我后面的两篇文章也许是个有趣的经历。

言归正传，我们的master和slave device之间要实现通信，（我们可以看看图1，总线上连接了N多的设备，那么不我随便挑一个slave来通信吧。您说对么？）在spec中就有address这么一说，关于address我也不想多说了，它其实是一个在BUS访问的是提供的一个ID，而在我们的业界里某些设备都是有某些的ID的。比如说clock generator，内存等等。所以，这里不是我们的重点。

4.2.4.1 Read by byte

我们来先定义一下一些特殊的表示方法，见图5

图5 一些符号的定义

老方法我们来看看spec是怎么定义的，结合图形我们一起来分析一下。Read by byte的时候总线上的信息，见图6

图6 当read byte时bus上的信息

从图6中我们可以清楚地看到，当我们要读数据的时候（read data）总线上会有个重复的start过程，这个是于write的过程是不一样的。（您有兴趣的话可以去看看spec中的定义。）其实我们可以这样理解，第一个start是为了给slave device下命令，而第二个start是为了读取数据而又重新开始的。我们来详细看看图6中的第一个slave address是7bits，最后一位是Wr。而第二个slave address紧跟的第8bit是Rd。我们在编程的时候也会有相应地表现的。详细请看SPD的操作。

4.2.4.2 Read by block

呃。。。不用说了，外甥打灯笼（照旧）我们来看看总线上的动作，见图7

图7 block read时总线上的过程

这下让我来看着图7，一口一口说出总线都做了什么。

第一步：我们先把slave address放到总线上，（当然是通过写的动作啦。当然我们在时间的操作的时候，是不用自己来实现图7中的高低电平的。起码以前我开始学习的时候就一直都以为，我们工程师要亲自把什么0101…的东西放在总线上。>.< 当时我就抓狂了。不过后来才晓得原来我们有个controller来帮我们做了这些事情。那么我们平时接触的ICH系列的南桥就必定会有这么一个controller，它的名字叫做SMBUS controller。在这个controller中，有相应的port给我们来放这个slave address。Command，data等也是有专门的port给我用的，所以你就不用像我这样抓狂了J）

第二步：再写入我们要操作的命令。（比如说read还是write？byte还是block？等等）

第三步：controller会帮我们再repeat一次start（与read by byte是一样的），这个时候是要说明是要读取数据了哦，然后我们就可以进行第四步了。

第四步：那么我们要读多少个byte呢？这个是host最想关心的，不过这点有这样一个机理，当slave有20个byte要传输的时候，那么在counter这里就是20。（主要这是不用我们去操作的哦，在编程的时候，我们只需要清零它即可，因为至于究竟要读多少个byte，我们的controller会自己帮我们做好的。切忌我们block一次最多只能读取32个byte，如果是超过了的话那么你自己就要想好办法了哦。）不过不多读几个byte，然怎么叫做read block呢？就是因为可以一下子读出了N多的bytes。

那么上面就是我想要重点介绍的，在这篇文章中，我着重从原理上去和大家探讨了一下SMBUS的东西。而且重中之重又是我们操作读取设备的信息。那么后面两篇文章我会用SPD和clock generator来做实际例子和大家探讨一下。希望大家指正，因为我也是今天写这篇文章的时候才把smbus中以前觉得似是而非的东西搞清楚了。看来写总是能够让人学会很多的。（毕竟担心写出来的东西错的太离谱了，尽量想写出来都是对的J）