Шина SMBus

Шина SMBus (System Management Bus — шина системного управления) — двухпро­водной интерфейс для обмена данными между микросхемами различных систем­ных компонентов компьютера, а также связи их с самим компьютером. Основное назначение интерфейса — управление подсистемой питания и сопутствующими подсистемами. Первоначально шина разрабатывалась для интеллектуальных ба­тарей и зарядных устройств, и первые версии спецификации SMBus шли под за­головком «Smart Battery System Specifications» (спецификации системы «умных» батарей). Система с «умными», или «ловкими», батареями (Smart Battery System) состоит из собственно батарей (аккумуляторов) и зарядных устройств, способных обмениваться управляющей информацией между собой и с хост-системой, кото­рую она питает. Этот обмен позволяет батареям сообщать свои параметры (теку­щие значения, ожидаемые величины), подключаться в режим работы (питания хост-системы) или зарядки. Часть управляющих функций выполняется при участии хоста, а часть — автономно. Первая версия спецификации SMBus вышла в 1995 г., версия 1.1 — в 1998 г. Версия 2.0 вышла в 2000 г., она уже не имеет «бата­рейного» заголовка. Данное описание основано на документе «System Management Bus (SMBus) Specification Version 2.0», выпущенном форумом разработчиков си­стем с интеллектуальными батареями (SBS, www.sbs-forum.org), в который входит большое число производителей источников питания, а также фирма Intel. Специ­фикация покрывает три нижних уровня модели взаимодействия открытых сис­тем (OSI), от физического до сетевого.

Шина SMBus основана на интерфейсе 1²С, и к ней применимо все сказанное в п. 11.1.1. В шину введена возможность динамического реконфигурирования (подключения и отключения абонентов шины в процессе работы) и автомати­ческого назначения адресов устройств. По сравнению с PC в шине несколько изменены граничные требования к уровням сигналов и временным диаграммам (см. п. 11.1.4), но в основном они совпадают. Шина позволяет реализовать все режимы обменов, разрешенные для PC, но имеет нюансы в правилах генерации подтверждений. Для шины SMBus в BIOS имеется стандартизованная поддерж­ка. Особенностью шины SMBus, связанной с ее ролью в управлении системой питания, является способность автономной работы — соединяемые ею устройства могут обмениваться информацией, даже когда питание на центральном процессо­ре (и других подсистемах) отсутствует. Конечно, о взаимодействии с устройства­ми шины через BIOS в таком состоянии нет и речи, поскольку BIOS еще «спит».

434__________ Глава 11. Вспомогательные последовательные интерфейсы и шины

На физическом уровне (1-м уровне OSI) спецификация определяет электрические и временные параметры сигналов. По уровням сигналов (и нагрузочной способ­ности) имеются две различные спецификации. Маломощная (low power) специ­фикация соответствует «родному» применению SMBus в устройствах с батарей­ным питанием; здесь характерны малые токи. Мощная (high power) спецификация предназначена для работы абонентов SMBus в окружении источников значитель­ных помех (например, на плате PCI). Маломощные и мощные устройства на од­ной шине вместе работать в общем случае не смогут, но это и не требуется. При необходимости совместного использования устройств разных классов организу­ются разные сегменты шины, соединенные мостом.

В спецификациях временных параметров приняты меры по ограничению време­ни отклика и предотвращению «зависания» шины. Частота тактового сигнала ограничена и снизу (10 кГц), и сверху (100 кГц); введены ограничения на макси­мальную длительность нахождения синхросигнала в высоком и низком состоянии и максимальную суммарную «растяжку» битовых интервалов на каждый байт. Предусматривается механизм тайм-аутов, по которому устройства, обнаружив­шие «зависание» шины, должны немедленно прекратить обмен и повторно ини­циализироваться. В спецификации PC эти моменты не рассматривались.

На шине SMBus могут использоваться дополнительные аппаратные сигналы.

♦ Сигнал SMBSUS* указывает на приостанов шины и устройств. Этот сигнал
вырабатывается устройством управления питанием; во время его активности
(низкий уровень) сигналы SDA и SCL штатным образом (как в PC) не воспри­нимаются (они могут использоваться для уточнения режима приостанова).

♦ Сигнал SMBALERT# служит для оповещения ведущего устройства о необходимости обмена с ведомым устройством, не имеющем возможности высту­пить в роли ведущего устройства. Этот сигнал собирается по схеме «Монтаж­ное И» от всех устройств. Получив его, хост должен дать команду чтения байта по адресу 0001 100, на которое просигналившее устройство должно ответить байтом со своим адресом (возможен вариант и с дополнительным байтом РЕС).

На уровне связи (2-м уровне OSI) определяются те же правила передачи данных, что и в PC: условия S, P, Sr; биты подтверждения; 7-битная адресация и признак RW в первом байте, следующем за условием 5 (5г). Как и в PC, ведущее устройство может выполнять и запись, и чтение данных ведомого устройства; используются и комбинированные транзакции (через условие Sr). В генерации подтверждений на SMBus есть особенности. На собственный адрес устройство всегда должно от­вечать битом подтверждения АС К, даже если оно занято внутренними операци­ями. Это правило обеспечивает работу механизма определения присутствия дан­ного устройства на шине. Ведомое устройство может вводить бит NACK в ответ на любой неадресный байт, если оно занято или запрашиваемые командой данные недоступны. В этом случае у него есть и альтернатива поведения — задержать син­хросигнал на низком уровне (в разрешенных пределах). Ведомое устройство долж­но вводить бит NACK в ответ на недопустимые коды команд или данных. Ответ NACK вынуждает ведущее устройство прекратить транзакцию (ввести Р). Ведущее устройство, будучи приемником, ответом NACK информирует передатчик о при­еме последнего ожидаемого байта.

11.1. Последовательные шины на базе 1^гС_______________________________ 435

Сетевой уровень (3-й уровне OSI) определяет «лицо» шины SMBus и заслужива­ет более детального рассмотрения.