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導入

システム管理バス (SMBus) は、管理、監視、制御のためにコンピュータシステム内のさまざまなハードウェアコンポーネントを接続するために広く使用されている低速シリアルバスです。この記事では、SMBus の基本概念、通信プロトコル、物理層、アプリケーションシナリオなどを詳しく紹介します。

基本的な考え方

1. SMBusの起源

SMBus は Intel が開発した、システム管理タスクを簡素化するために設計された I2C (集積回路間) ベースのプロトコルです。これは、マザーボード、センサー、電源管理チップなどのハードウェアコンポーネントが相互に通信できるようにする標準化された方法を提供します。

2. 物理層

SMBus は、データライン (SDA) とクロックライン (SCL) の 2 つのワイヤを使用して通信します。標準の電圧レベルをサポートしており、通常は 3.3V または 5V で動作します。バス上のデバイスはオープンドレインアーキテクチャを使用しています。つまり、デバイスはデータラインを Low にプルすることはできますが、High にプッシュすることはできません。

SMBus通信プロトコル

SMBus 通信プロトコルは非常に標準化されており、次の主要な概念と形式が含まれます。

1. 開始条件と停止条件

SMBus 通信は START 条件で始まり、STOP 条件で終了します。開始条件は、SCL が High の間に SDA が High から Low に遷移することです。停止条件は、SCL が High の間に SDA が Low から High に遷移するときです。

2. デバイスアドレス

すべての SMBus デバイスには、バス上のデバイスを識別する一意の 7 ビットアドレスがあります。マスターデバイス (通常はマザーボードまたはコントローラー) は、デバイスアドレスを使用して通信するデバイスを選択します。

3. データ送信

SMBus は、読み取り操作と書き込み操作の両方をサポートします。読み取り操作は、マスターが読み取りリクエストをデバイスに送信することで始まり、デバイスはデータを送信します。書き込み操作は、マスターがデバイスに書き込みリクエストを送信することで始まり、その後マスターがデータを送信します。

4.SMBusコマンド

SMBus は、センサーデータの読み取り、電源ステータスの設定、デバイス情報のクエリなど、さまざまな操作を実行するためのさまざまな標準コマンドを定義します。各コマンドには特定のフォーマットとデータフィールドがあり、通常はコマンドバイトとコマンドペイロードで構成されます。

SMBus通信プロセス

SMBus 通信は、次の基本的なフローに従います。

マスターデバイスはスタートコンディションを送信します。
マスターデバイスは、通信するデバイスを選択するためにデバイスアドレス (読み取り/書き込みビットを含む) を送信します。
マスターデバイスは、実行される操作を示すコマンドバイトを送信します。
デバイスはコマンドバイトに応答し、対応する動作を実行します。
読み取り操作の場合、デバイスはデータを送信します。マスターデバイスはデータを受信します。
マスターデバイスはストップコンディションを送信して通信を終了します。

SMBusの応用

SMBus には、コンピュータシステム管理において次のような幅広い用途があります。

- 温度監視: 温度センサーを接続することで、SMBus を使用して CPU、GPU、マザーボードの温度を監視し、障害検出とパフォーマンス管理を行うことができます。

- 電源管理: SMBus は電源管理チップとの通信に使用され、電源状態、電圧、電流を制御してエネルギー効率を向上させることができます。

- ファン制御: SMBus はファンコントローラに接続し、ファン速度の動的な調整を実現してシステム温度を安全な範囲内に維持します。

- バッテリー管理: モバイルデバイスでは、SMBus を使用して、充電レベル、充電ステータス、残りの寿命などのバッテリーステータスを監視および管理します。

結論は

SMBus はコンピュータシステム管理の重要なコンポーネントであり、さまざまなハードウェアコンポーネントを接続して管理することにより、システムの安定性とパフォーマンスの確保に役立ちます。SMBus 通信プロトコルの基本とさまざまなアプリケーションにおけるその役割を理解することは、システム管理者と組み込み開発者の両方にとって非常に重要です。SMBus をしっかり理解すると、システム管理と監視を最適化し、コンピュータシステムの効率と信頼性を向上させることができます。