PC机及单片机的SMBUS底层通讯实现.pdfVIP

PC 机与单片机的SMBus 底层通信实现 罗冰 南京理工大学 计算机系 ，南京(210094) E-mail:luobing4365@163.com 摘 要： SMBus 是一种高效率的同步串行总线。本文简要介绍了SMBus 协议的相关知识， 并在分析通讯协议的基础上，认为采用SMBus 通讯协议作为无操作系统支持的PC 机和单 片机间的通信协议，是非常经济实用的技术选择。最后，以 G31ME 和 C8051F32x 为例， 给出了具体实现方案和程序流程。 关键词：底层通信；SMBus ；从接收器；复合格式 中图分类号：TP399 1. 引 言 SMBus是1995年由Intel提出的一种双线通信专利技术，它完全符合系统管理总线规范 1.1版，与I2C串行总线兼容。与当前流行的高速串行协议相比，SMBus的速度比较慢，但因 其使用硬件少，支持此协议的产品非常多，在当前的计算机行业仍然有很大的应用面。 目前对SMBus的使用大部分集中于嵌入式和工业控制领域，比如智能电池、双单片机间 的通信等。虽然在PC机上很早以前就采用SMBus来采集系统硬件的信息，但是关于单片机和 PC机间SMBus通信的研究非常少。 笔者在实际工程开发过程中，需要实现PC机与MCU间的通信连接。因传输的数据量比较 小，速度要求不高，SMBus协议就非常适合这样的要求。实际的开发过程中，笔者选用的单 片机是C8051F32x，PC机的主板选用了富士康生产的G31ME 。大部分的C8051 的单片机都集 成了SMBus总线，开发的时候就可以直接使用芯片中提供的各种功能[1] 。单片机部分是使用 C语言编写的代码，对于PC 机部分的代码，因为对时序要求较高，为便于控制硬件，使用 的是C语言嵌入汇编的形式编写的。 2. SMBus 协议简介 2.1 标准概述 SMBus标准是以Philips公司的I2C总线为基础，面向于不同系统间的通信。随着其标准 的不断完善与更新，它已经广泛的应用于IT产品之中。从2.0开始，SMBus又被规范到7层OSI [2] 网络模型的前三层物理层、数据链层和网络层之中 。 2.2 SMBus 配置 如图1，给出了一个典型的SMBus配置。数据线SDA和时钟线SCL都是双向的。SMBus 接口 的工作电压可以在3.0V 和5.0V 之间，总线上不同器件的工作电压可以不同。SCL （串行时 钟）和SDA （串行数据）线是双向的，必须通过一个上拉电阻或等效电路将它们连到电源电 压。连接在总线上的每个器件的SCL 和SDA 都必须是漏极开路或集电极开路的，因此当总线 空闲时，这两条线都被拉到高电平。SMBus的标准传输速率是1OOKHz～200KHz。但实际上最 - 1 - 大可达系统时钟频率的十分之一。这取决于用户的设置。当总线上接有不同速度的器件时。 [3] 可以采用延长SCL低电平时间的方法来同步它们之间的通讯 。 图1 典型SMBus配置 2.3 SMBus 操作 有两种可能的数据传输类型：从主发送器到所寻址的从接收器（写）和从被寻址的从发 送器到主接收器（读）。两种数据传输是都由主器件启动，主器件还在SCL 上提供串行时钟。 SMBus 接口可以工作在主方式或从方式，总线上可以有多个主器件。如果两个或多个主器件 同时启动数据传输，仲裁机制将保证有一个主器件会赢得总线。协议规定：任何一个发送起 始条件（START）和从器件地址的器件就成为该次数据传输的主器件。 一次典型的SMBus 数据传输包括一个起始条件（START）、一个地址字节（位7-1：7 位 从地址；位0：R/W 方向位）、一个或多个字节的数据和一个停止