(请保留-> 作者: 罗冰   https://blog.csdn.net/luobing4365)

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。

在开发双网隔离计算机的过程中，需要解决三方通信问题。即Windows/Linux层App、控制卡Firmware和BIOS(包括BIOS oprom)三方的通信。实际上需要解决的是控制卡Firmware与Windows/Linux层App、控制卡Firmware与BIOS通信的问题。

最早我采用PCI/PCIE芯片。问题是厂商提供的驱动不完善，总是有各种问题；加上芯片上的控制引脚不够，无法实现产品目标。

后期换为C8051F320，价格也比较合适。底层的通信（控制卡Firmware与BIOS）定为SMBUS总线通信方式；上层的通信则使用了USB HID协议。

由此开始了我辗转在各种平台上开发SMBUS通信代码的历程。

1 SMBUS协议简介

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网络模型的前三层物理层、数据链层和网络层之中。

SMBUS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。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

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。

更多的细节可以找相关的Spec读一读。

2 实验设计

遇到的最大问题是，如何找一个支持SMBUS的设备来进行访问。我用过两种方法，一是写代码直接访问内存的SPD；二是自己做一个支持SMBUS协议的控制板卡。

在我实际开发的过程中，控制卡插在PCI/PCIE槽上（并非PCIE设备，只是取电）。控制卡固件实现了SMUBS协议的访问支持，PC上的程序（主要是BIOS或者BIOS Oprom）可以通过SMBUS与之通信。 之所以能够这样访问，也是因为PCI协议上支持了SMBUS。在PCI提供的引脚中，提供了SMBCLK和SMBDAT。

图2 PCI引脚

这样就从硬件层面上打通了PC与控制卡的SMBUS通信通道。我一般采用的方式是PC机作为主，控制卡作为从机工作。在之前的博客《UEFI开发探索07 – 关于SMBUS的开发故事》中，我较为详细的介绍了控制卡的工作方式。

当然，在没有控制卡的时候，我也是用程序去读内存SPD，来确定代码是否工作正常。一般内存的SMBUS地址为A0、A2…，找一个芯片组的Spec查一下就知道了。

3 读写过程

对照SMBus协议，主机（PC机）产生时钟信号和终止信号，从机（控制卡固件）提供数据。从应用考虑，存在主机“读”与“写”，即主机读从机和主机写从机两个工作。

主机读从机采用的是复合格式，如图3所示。图中SLA是指从机地址，通过查阅C8051F32x的编程手册，可以知道其我所使用控制卡的SMBUS地址是0xF0。程序流程可以概括如下：

I   主机发送Slave address和数据字节1；
  II   总线上产生的数据发送流程如图所示；
  III  主机接收数据字节2并发送停止命令。

图3 主机读从机时序图

如图4，给出了详细的主机写从机时序图。概述其对应的程序流程如下：

    I   主机发送Slave address、Register Index、欲写的数据字节，发送写命令；
    II   总线上产生的数据发送流程如图所示；
    III  主机发送停止命令。

图4 主机写从机时序图

4 UEFI对SMBUS的支持

在UEFI Spec中我并没有找到支持SMBUS的Protocol，不过，在UDK中可以找到相应的文件。本着实用为先的态度，我就从这儿入手。为什么Spec不提供支持？我目前也没有找到答案。

可以参考的代码为\MdePkg\Include\Protocol\SmbusHc.h。另外，有两个文档：《174_SmbusHostCont.pdf》和《175_SmbusPpi.pdf》，也可以参考。不知道文档是不是有更新，我最早应该是在Sourceforge.net上下载的，现在是不是移到github上去了。有兴趣的可以找找。

当我看到Protocol说明的时候，眼泪都快出来了。被汇编折腾这么多年，读着各种时序写代码，换一代主板又得重写一次的日子终于结束了。

这就是让我泪流满面的Protocol：（亲人哪！）

图5 SmbusHc protocol (174_SmbusHostCont.pdf page 14)

SMBus协议本身比较简单，提供的函数也很容易懂。我们主要关注Execute()函数，其函数原型如下：

图6 Execute()函数说明 (174_SmbusHostCont.pdf page 16)

我所使用的控制卡SlaveAddress=0xF0，Command和Operation参数可以参考《175_SmbusPpi.pdf》，也即图中所说的Intel Platform Innovation Framework for EFI SMBus PPI Specification。

根据说明，代码比较容易编写了。我主要实现了主机读和主机写的函数。

5 编译运行

在TianoCore模拟环境中是没法运行的，因为实际上没有此硬件存在。手边也没有以前调试用的控制卡，我只能随便找台机器演示下运行效果了。

图7 实际机器上的运行效果

从程序打印的信息可以看出，这是很久以前我为项目所做的开发工具。与用户交互的代码都没改，直接移植过来的。最早是用AMI Aptio开发的，之后才移植到UDK上了。

程序中固定了访问控制卡的地址0xf0，如果需要访问内存SPD，改为0xA0、0xA2…就可以了。什么时候到公司找一块控制卡，实际运行下，再来补照片吧。

6 One More Thing

从与方正开发双网隔离计算机(945芯片组)开始，一直到与联想开发H110芯片组的产品，Smbus的调试工具不断更新。最早是Legacy bios，每块主板的访问时序都有点不同。我只能请BIOS工程师帮我找源码里的smbus访问代码，自己修改移植。

直到UEFI出现，一劳永逸的解决了这个问题。再也不用每次开发一个项目，都要先去准备调试工具了。

最早的代码都是用汇编写的，后面慢慢的改为了C混合汇编，里面有不少访问硬件和混合编程的小技巧。

以后不大可能再去用这些代码了，读读还是比较有意思的。所以把我开发的最后一款非UEFI的SMBus调试工具的代码也一起上传了，防止以后找不到。

（补上程序在实际机器上的运行照片）

图7 在Lenovo H81双网隔离计算机上运行（带控制卡）

首先将控制卡的内部版本读取处理，协议是我很久以前制定的。当主机程序读取Slaveaddress=0xf0，Register=0x01~0x04的时候，控制卡固件把相应的内容返回去。

另外，控制卡内部维持了一个一字节的内部数据，不同的位(D0~D7)代表不同的含义。D7为保留位，允许主机程序设置、清除、读取。通过SmbusWrite来访问此内部字节：

1)      向Slaveaddress=0xf0,register=0x00写入字节0xB，则控制卡固件返回D7的内容；
2)      向Slaveaddress=0xf0,register=0x00写入字节0xD，则控制卡固件将D7设置为1，返回的内容无效；
3)      向Slaveaddress=0xf0,register=0x00写入字节0xC，则控制卡固件将D7设置为0，返回的内容无效；

图中演示了置位D7的过程。

Gitee地址：https://gitee.com/luobing4365/uefi-explorer
项目代码位于：/14 SMBus HC-tool下。
/Luo4: UEFI下SMBus例子；
/SY_Intel_SMB(通用的sy底层调试工具): Legacy BIOS的Smbus工具，支持
  intel平台。Borland C++3.1编译