🔥作者简介： 一个平凡而乐于分享的小比特，中南民族大学通信工程专业研究生，研究方向无线联邦学习
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SMBus（System Management Bus，系统管理总线）
一、SMBus 是什么？
SMBus 是一种 两线制、低带宽的同步串行总线 ，主要用于连接计算机系统内部的 低带宽管理组件 。你可以把它理解为 "为系统管理和电源控制而优化的 I²C 总线"。
它的核心作用是 实现系统管理通信，例如：
- 读取传感器数据：CPU/GPU温度、风扇转速、电压等。
- 控制硬件状态：调节风扇速度、控制电池充放电、开关某些电源轨。
- 设备识别：读取内存条上的SPD信息、识别智能电池信息。
- 传递命令：向嵌入式控制器发送指令。
二、SMBus 的起源与 I²C 的关系
- 发明者：由 Intel 在1995年提出，目的是为移动计算机和台式机主板建立一个智能化的电源管理和系统管理标准。
- 与 I²C 的关系 ：
- 物理层兼容 ：SMBus 在 电气特性和基础协议层面与 I²C 总线高度兼容 。它们都使用两根线：串行数据线（SDA） 和 串行时钟线（SCL），并且都是主从式结构。
- "子集与超集" ：SMBus 可以看作是 I²C 的一个 特定用途子集，但在某些管理功能上又比标准 I²C 有更严格的规范。设备通常可以互操作，但设计时需注意差异。
三、主要特性和电气参数
- 两线制：SDA 和 SCL。
- 低速率 ：标准速度范围是 10 kHz 到 100 kHz。I²C 则有快速模式（400 kHz）和高速模式（3.4 MHz）。
- 低电压 ：工作电压通常为 3.3V，容限较低，与 I²C 的5V系统不完全兼容，直接连接可能需要电平转换。
- 更严格的时序要求：SMBus 定义了超时机制（如时钟低超时35ms），这要求主设备不能长时间拉低时钟线，防止总线挂死。而 I²C 在理论上时钟可以由主设备无限期保持低电平。
- 电源相关 ：SMBus 设备可以从总线上获得一个 备用电源（V_{AUX}），以便在系统主电源关闭时仍能维持基本的通信功能（如开机按钮唤醒）。
- 地址解析协议：SMBus 定义了一个标准的软件协议，允许主设备为从设备动态分配地址，解决地址冲突问题。
四、通信协议和数据格式
SMBus 的数据帧结构与 I²C 非常相似，一个完整的传输包括：
- 起始条件：SCL高电平时，SDA从高到低的跳变。
- 从设备地址 ：7位或10位地址 + 1位读写方向位。
- 特殊地址：SMBus 保留了一组地址（如0x08-0x0F，0x18-0x1F等）用于特定功能（主机、电源、电池等）。
- 命令字节：在写操作中，地址确认后的第一个数据字节通常是一个"命令码"或"寄存器地址"，告诉从设备要操作哪个内部寄存器。
- 数据字节：实际要读取或写入的数据。长度可变。
- 停止条件：SCL高电平时，SDA从低到高的跳变。
传输类型示例：
- 快速写 ：
[S] [Addr+W] [Ack] [Command] [Ack] [Data] [Ack] [P] - 读字节 ：
[S] [Addr+W] [Ack] [Command] [Ack] [Sr] [Addr+R] [Ack] [Data] [Nak] [P][S]: 起始位，[Sr]: 重复起始位，[P]: 停止位，[A/N]: 确认/非确认位。
五、SMBus vs. I²C：关键区别总结
| 特性 | SMBus | I²C |
|---|---|---|
| 用途 | 系统管理（温度、风扇、电池） | 通用芯片间通信（传感器、EEPROM、DAC等） |
| 速率 | 10 kHz - 100 kHz（标准） | 标准100kHz，快速400kHz，高速3.4MHz |
| 电压 | 通常 3.3V，更严格 | 范围广（2V-5V等），更灵活 |
| 超时机制 | 有（35ms时钟低超时，10ms总线空闲超时） | 无，理论上可无限等待 |
| 电气规范 | 更严格，电流限制更强 | 相对宽松 |
| 软件协议 | 定义了地址解析协议等高层协议 | 仅定义硬件/数据链路层，高层协议由应用决定 |
| ACK | 必须在收到地址和每个数据后发送ACK | 理论上可以在收到地址后不ACK（用于探测设备） |
| 电源 | 定义了备用电源（V_{AUX}） | 无此定义 |
六、典型应用场景
-
主板监控：
- 温度传感器：通过SMBus读取CPU、机箱内部温度。
- 电压监控器：监控各路电源的电压是否正常。
- 风扇控制器：根据温度数据，通过SMBus发送命令来调节风扇转速。
-
智能电池管理：
- 笔记本电脑的电池组内部有一个"智能电池"芯片，通过SMBus向主机报告剩余电量、健康状态、充电周期等信息。
-
内存SPD：
- 内存条上的一个小EEPROM，存储了内存的时序、容量、厂商等信息。BIOS在开机时通过SMBus读取这些信息来正确配置内存控制器。
-
电源管理芯片：
- 复杂的多相CPU供电电路，由一颗电源管理芯片控制，可通过SMBus调整电压、相位等参数（如超频时）。
七、在软件层面
- 在操作系统（如Linux）中，SMBus通常通过 I²C 核心子系统 来访问，因为它们在底层驱动上高度一致。
- 开发者可以使用
i2c-tools包中的命令（如i2cdetect，i2cget，i2cset）来探测和操作SMBus/I²C设备。 - 内核驱动中，会使用
i2c_smbus_read_word_data()，i2c_smbus_write_block_data()等专门的SMBus协议函数进行通信。
总结
SMBus 是 I²C 在 PC 和服务器系统管理领域的一个专业化、标准化的衍生版本 。它牺牲了部分速度和灵活性，换来了 更强的鲁棒性、严格的超时恢复机制和标准化的系统管理命令集，使其非常适合对可靠性要求高、但带宽要求低的系统状态监控和控制任务。对于硬件工程师和嵌入式开发者来说，理解两者的异同是设计兼容、稳定系统的关键。