PC机与单片机的SMBUS底层通讯实现

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1、http://www.paper.edu.cnPC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：TP3

2、991.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

3、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[1]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。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

4、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。2.2SMBus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

5、平。SMBus的标准传输速率是1OOKHz～200KHz。但实际上最-1-http://www.paper.edu.cn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2.3SMBus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

6、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条件（STOP）。每个接收的字节（由一个主器件或从器件）都必须用SCL高电平期间的SDA低电平（见图16.3）来确认（ACK）。如果接收器件不确认，则发送器件将读到一个“非确认”（NACK），这用SCL高[3]电平期间的S

7、DA高电平表示。方向位（R/W）在地址字节的最低位给出。方向位被设置为逻辑1表示“读”（READ）操作，方向位为逻辑0表示“写”（WRITE）操作。所有的数据传输都由主器件启动，可以寻址一个或多个目标从器件。主器件产生一个起始条件，然后发送地址和方向位。如果本次数据传输是一个从主器件到从器件的写操作，则主器件每发送一个数据字节后等待来自从器件的确认。如果是一个读操作，则由从器件发送数据并等待主器件的确认。在数据传输结束时，主器件产生一个停止条件，结束数据交换并释放总线。图2示出了一次典型的SMBus数据传输过程。图2SMBus

8、数据传输2.4总线仲裁及超时规定SMBus的仲裁机制是非破坏性的，总有一个器件赢得总线，不会发生数据丢失。一个-2-http://www.paper.edu.cn主器件只能在总线空闲时启动一次传输。在一个停止条件之后或SCL和SDA保持高电平已经超过了指定时间，则总线是空闲的