作者：陳宇杰 付安新

        摘要：SMBus是一種高效的同步串行總線。通過分析SMBus總線協(xié)議，提出了一種運行于基于PCI-Express技術(shù)的橋接芯片上的SMBus控制器的設(shè)計方案，并且用Verilog語言描述，最后在Altera公司的FPGA上得以實現(xiàn)。通過仿真測試，證明該方法是穩(wěn)定有效的。

        關(guān)鍵詞：SMBus 多μC通訊系統(tǒng) Verilog

        SMBus是Intel公司于1995年發(fā)布的一種雙向兩線串行通訊總線標(biāo)準(zhǔn)，具有接口線少、通訊效率高等特點。應(yīng)用于多μC（microcontroller）通訊系統(tǒng)中，可以滿足絕大多數(shù)情況下對傳輸速率、信號穩(wěn)定性等性能的要求，且相對于并行總線節(jié)省了大量的硬件資源。因此多μC通訊系統(tǒng)采用SMBus總線來實現(xiàn)是一種很好的解決方案。

        本文提出一種基于Verilog的SMBus總線控制器的設(shè)計方法。該方法將總線控制器用有限狀態(tài)機來實現(xiàn)，并將其應(yīng)用于基于PCI-Express技術(shù)的橋接芯片中。通過仿真測試，證明該方法是穩(wěn)定有效的。

        1 SMBus規(guī)范分析

        SMBus由兩根總線即串行數(shù)據(jù)線（SDA）和串行時鐘線（SCL）構(gòu)成。主要應(yīng)用于主從系統(tǒng)。主器件控制總線操作，包括開始/結(jié)束傳輸、發(fā)送信息并產(chǎn)生SMBus總線系統(tǒng)時鐘等。在整個傳輸過程中，所有的傳送都通過主控的SCL來同步。為使總線有“線與”功能，所有器件的SMBus接口都必須是漏極開路或集電極開路的，并且通過上拉電阻使總線在空閑狀態(tài)下為高電平狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)能使不同速度的器件同步運行。圖1是典型的SMBus總線結(jié)構(gòu)圖。
        

        1．2 SMBus通訊時序

        總線上的所有器件都有一個唯一的地址，且都可以工作在傳送或接收方式。因此，有四種工作模式，即主發(fā)送、主接收、從發(fā)送和從接收。SMBus總線還具有總線仲裁功能，保證在同一時間只有一個主器件在控制總線。

        圖2是讀/寫一個字節(jié)的時序格式。圖中白色塊是主器件控制SDA線，灰度塊是從器件控制SDA線，SCL線一直都由主器件控制。由圖可見，傳輸由一個開始條件開始，并由一個結(jié)束條件中止。SDA上的數(shù)據(jù)在SCL高電平時必須保持穩(wěn)定，不允許有電平跳變；SDA電平只有在SCL低電平時才可以改變。開始條件和結(jié)束條件是特殊的，可以在SCL高電平時改變SDA的電平，在SCL高是電平時，開始條件是把SDA從高電平拉到低電平，而結(jié)束條件則把SDA從低電平拉到高電平。開始條件和結(jié)束條件的這種定義方法可以避免電平與傳輸?shù)臄?shù)據(jù)相混淆。

        SMBus協(xié)議定義了十二種傳輸命令格式，其中以讀/寫一個字節(jié)命令格式最為重要。本文所設(shè)計的控制器主要用這兩種命令格式，所以本文主要分析這兩種格式，其它的與之類似，可以很容易地加以擴展，在此略過。

        下面分析圖2的時序：

        1）總線空閑時，SCL和SDA保證為高電平，等待開始條件。

        2）主控產(chǎn)生開始條件，表明要發(fā)起傳輸。

        3）主控傳送一個7位地址和一個寫位，指定目標(biāo)器件和寫方式。

        4）目標(biāo)器件應(yīng)答。

        5）主控傳送一個8位Command Code，指定本次操作類型。

        6）目標(biāo)器件應(yīng)答。

        7）如果是write byte，主控直接傳送1byte數(shù)據(jù)；如果是read byte，則要產(chǎn)生restart條件，后跟目標(biāo)地址和一個讀位，然后開始接收目標(biāo)數(shù)據(jù)。

        8）由接收方應(yīng)答。

        9）主控發(fā)出結(jié)束條件，結(jié)束整個傳輸。