add: 04_I2C/03_SMBus协议

STM32MP157/doc_pic/04_I2C/03_SMBus协议.md

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+## SMBus协议
+
+参考资料：
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+* Linux内核文档：`Documentation\i2c\smbus-protocol.rst`
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+* SMBus协议：
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+  * http://www.smbus.org/specs/
+* `SMBus_3_0_20141220.pdf`
+* I2CTools: `https://mirrors.edge.kernel.org/pub/software/utils/i2c-tools/`
+
+### 1. SMBus是I2C协议的一个子集
+
+SMBus: System Management Bus，系统管理总线。
+SMBus最初的目的是为智能电池、充电电池、其他微控制器之间的通信链路而定义的。
+SMBus也被用来连接各种设备，包括电源相关设备，系统传感器，EEPROM通讯设备等等。
+SMBus 为系统和电源管理这样的任务提供了一条控制总线，使用 SMBus 的系统，设备之间发送和接收消息都是通过 SMBus，而不是使用单独的控制线，这样可以节省设备的管脚数。
+SMBus是基于I2C协议的，SMBus要求更严格，SMBus是I2C协议的子集。
+
+![image-20210224093827621](pic/04_I2C/017_i2c_and_smbus.png)
+
+SMBus有哪些更严格的要求？跟一般的I2C协议有哪些差别？
+
+* VDD的极限值不一样
+
+  * I2C协议：范围很广，甚至讨论了高达12V的情况
+  * SMBus：1.8V~5V
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+* 最小时钟频率、最大的`Clock Stretching `
+
+  * Clock Stretching含义：某个设备需要更多时间进行内部的处理时，它可以把SCL拉低占住I2C总线
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+  * I2C协议：时钟频率最小值无限制，Clock Stretching时长也没有限制
+  * SMBus：时钟频率最小值是10KHz，Clock Stretching的最大时间值也有限制
+
+* 地址回应(Address Acknowledge)
+
+  * 一个I2C设备接收到它的设备地址后，是否必须发出回应信号？
+  * I2C协议：没有强制要求必须发出回应信号
+  * SMBus：强制要求必须发出回应信号，这样对方才知道该设备的状态：busy，failed，或是被移除了
+
+* SMBus协议明确了数据的传输格式
+  * I2C协议：它只定义了怎么传输数据，但是并没有定义数据的格式，这完全由设备来定义
+  * SMBus：定义了几种数据格式(后面分析)
+
+* REPEATED START Condition(重复发出S信号)
+  * 比如读EEPROM时，涉及2个操作：
+    * 把存储地址发给设备
+    * 读数据
+  * 在写、读之间，可以不发出P信号，而是直接发出S信号：这个S信号就是`REPEATED START`
+  * 如下图所示
+    ![image-20210224100056055](pic/04_I2C/018_repeated_start.png)
+* SMBus Low Power Version 
+  * SMBus也有低功耗的版本
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+
+
+### 2. SMBus协议分析
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+对于I2C协议，它只定义了怎么传输数据，但是并没有定义数据的格式，这完全由设备来定义。
+对于SMBus协议，它定义了几种数据格式。
+
+
+
+**注意**：
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+* 下面文档中的`Functionality flag`是Linux的某个I2C控制器驱动所支持的功能。
+* 比如`Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_QUICK`，表示需要I2C控制器支持`SMBus Quick Command`
+
+#### 2.1 symbols(符号)
+
+```shell
+S     (1 bit) : Start bit(开始位)
+Sr    (1 bit) : 重复的开始位
+P     (1 bit) : Stop bit(停止位)
+R/W#  (1 bit) : Read/Write bit. Rd equals 1, Wr equals 0.(读写位)
+A, N  (1 bit) : Accept and reverse accept bit.(回应位)
+Address(7 bits): I2C 7 bit address. Note that this can be expanded as usual to
+                get a 10 bit I2C address.
+                (地址位，7位地址)
+Command Code  (8 bits): Command byte, a data byte which often selects a register on
+                the device.
+                (命令字节，一般用来选择芯片内部的寄存器)
+Data Byte (8 bits): A plain data byte. Sometimes, I write DataLow, DataHigh
+                for 16 bit data.
+                (数据字节，8位；如果是16位数据的话，用2个字节来表示：DataLow、DataHigh)
+Count (8 bits): A data byte containing the length of a block operation.
+				(在block操作总，表示数据长度)
+[..]:           Data sent by I2C device, as opposed to data sent by the host
+                adapter.
+                (中括号表示I2C设备发送的数据，没有中括号表示host adapter发送的数据)
+```
+
+
+
+#### 2.2 SMBus Quick Command
+
+![image-20210224105224903](pic/04_I2C/019_smbus_quick_command.png)
+
+只是用来发送一位数据：R/W#本意是用来表示读或写，但是在SMBus里可以用来表示其他含义。
+比如某些开关设备，可以根据这一位来决定是打开还是关闭。
+
+```shell
+Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_QUICK
+```
+
+
+
+#### 2.3 SMBus Receive Byte
+
+![image-20210224113511225](pic/04_I2C/020_smbus_receive_byte.png)
+
+I2C-tools中的函数：i2c_smbus_read_byte()。
+读取一个字节，Host adapter接收到一个字节后不需要发出回应信号(上图中N表示不回应)。
+
+```shell
+Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_READ_BYTE
+```
+
+
+
+#### 2.4 SMBus Send Byte
+
+![image-20210224110638143](pic/04_I2C/021_smbus_send_byte.png)
+
+I2C-tools中的函数：i2c_smbus_write_byte()。
+发送一个字节。
+
+```shell
+Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BYTE
+```
+
+
+
+#### 2.5 SMBus Read Byte
+
+![image-20210224110812872](pic/04_I2C/022_smbus_read_byte.png)
+
+I2C-tools中的函数：i2c_smbus_read_byte_data()。
+
+先发出`Command Code`(它一般表示芯片内部的寄存器地址)，再读取一个字节的数据。
+上面介绍的`SMBus Receive Byte`是不发送Comand，直接读取数据。
+
+```shell
+Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_READ_BYTE_DATA
+```
+
+
+
+#### 2.6 SMBus Read Word
+
+![image-20210224111404096](pic/04_I2C/023_smbus_read_word.png)
+
+I2C-tools中的函数：i2c_smbus_read_word_data()。
+
+先发出`Command Code`(它一般表示芯片内部的寄存器地址)，再读取2个字节的数据。
+
+```shell
+Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_READ_WORD_DATA
+```
+
+
+
+#### 2.7 SMBus Write Byte
+
+![image-20210224111542576](pic/04_I2C/024_smbus_write_byte.png)
+
+I2C-tools中的函数：i2c_smbus_write_byte_data()。
+
+先发出`Command Code`(它一般表示芯片内部的寄存器地址)，再发出1个字节的数据。
+
+```shell
+Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BYTE_DATA
+```
+
+
+
+#### 2.8 SMBus Write Word
+
+![image-20210224111840257](pic/04_I2C/025_smbus_write_word.png)
+
+I2C-tools中的函数：i2c_smbus_write_word_data()。
+
+先发出`Command Code`(它一般表示芯片内部的寄存器地址)，再发出1个字节的数据。
+
+```shell
+Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_WORD_DATA
+```
+
+
+
+#### 2.9 SMBus Block Read
+
+![image-20210224112524185](pic/04_I2C/026_smbus_block_read.png)
+
+I2C-tools中的函数：i2c_smbus_read_block_data()。
+
+先发出`Command Code`(它一般表示芯片内部的寄存器地址)，再发起度操作：
+
+* 先读到一个字节(Block Count)，表示后续要读的字节数
+* 然后读取全部数据
+
+```shell
+Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_READ_BLOCK_DATA
+```
+
+
+
+#### 2.10 SMBus Block Write
+
+![image-20210224112629201](pic/04_I2C/027_smbus_block_write.png)
+
+I2C-tools中的函数：i2c_smbus_write_block_data()。
+
+先发出`Command Code`(它一般表示芯片内部的寄存器地址)，再发出1个字节的`Byte Conut`(表示后续要发出的数据字节数)，最后发出全部数据。
+
+```shell
+Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BLOCK_DATA
+```
+
+
+
+#### 2.11 SMBus Block Write - Block Read Process Call
+
+![image-20210224112940865](pic/04_I2C/028_smbus_block_write_block_read_process_call.png)先写一块数据，再读一块数据。
+
+```shell
+Functionality flag: I2C_FUNC_SMBUS_BLOCK_PROC_CALL
+```
+
+
+
+#### 2.12 Packet Error Checking (PEC)
+
+PEC是一种错误校验码，如果使用PEC，那么在P信号之前，数据发送方要发送一个字节的PEC码(它是CRC-8码)。
+
+以`SMBus Send Byte`为例，下图中，一个未使用PEC，另一个使用PEC：
+
+![image-20210224113416249](pic/04_I2C/029_smbus_pec_example.png)
+
+
+
+### 3. SMBus和I2C的建议
+
+因为很多设备都实现了SMBus，而不是更宽泛的I2C协议，所以优先使用SMBus。
+即使I2C控制器没有实现SMBus，软件方面也是可以使用I2C协议来模拟SMBus。
+所以：Linux建议优先使用SMBus。