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苏木2026-01-22
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9.9m

LV050-SMBus协议简介 ​

了解下 SMBus 协议。若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正 😃。

一、SMBus 是 I2C 协议的一个子集 ​

1. SMBus 是什么？ ​

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。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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2. 有哪些更严格的要求？ ​

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 就是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和读数据。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

image-20210224100056055
  • 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。需要注意：

  • 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

1. symbols(符号) ​

txt
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. 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。

shell
Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_QUICK

3. 接收/发送一个字节——不发 Command Code ​

3.1 SMBus Receive Byte ​

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读取一个字节，可以看 I2C-tools 中的函数 i2c_smbus_read_byte()。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)。

shell
Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_READ_BYTE

3.2 SMBus Send Byte ​

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发送一个字节，可以看 I2C-tools 中的函数 i2c_smbus_write_byte()。

shell
Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BYTE

4. 接收/发送一个字节——发送 Command Code ​

4.1 SMBus Read Byte ​

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可以看 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。

shell
Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_READ_BYTE_DATA

4.2 SMBus Read Word ​

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可以看 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。

shell
Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_READ_WORD_DATA

4.3 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。

shell
Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BYTE_DATA

4.4 SMBus Write Word ​

image-20210224111840257

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。

shell
Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_WORD_DATA

4.5 SMBus Block Read ​

image-20210224112524185

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)，再发起读操作：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。

shell
Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_READ_BLOCK_DATA

4.6 SMBus Block Write ​

image-20210224112629201

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。

shell
Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BLOCK_DATA

4.7 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：

image-20210225094024082

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。

shell
Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_READ_I2C_BLOCK

4.8 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：

image-20210225094359443

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。

shell
Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_I2C_BLOCK

5. SMBus Block Write - Block Read Process Call ​

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先写一块数据，再读一块数据。

shell
Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_BLOCK_PROC_CALL

6. 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)。

以 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。

参考资料：