Linux系统驱动之SMBus协议
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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/
SMBus_3_0_20141220.pdf
I2CTools:
https://mirrors.edge.kernel.org/pub/software/utils/i2c-tools/
1. 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。
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
- 比如读EEPROM时,涉及2个操作:
SMBus Low Power Version
- SMBus也有低功耗的版本
2. 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 toget 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 onthe 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, DataHighfor 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 hostadapter.(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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:
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:
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
先写一块数据,再读一块数据。
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)。
以SMBus Send Byte
为例,下图中,一个未使用PEC,另一个使用PEC:
3. 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。
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