システム管理バス

システム管理バス ( SMBusまたはSMB )は、軽量通信を目的としたシングルエンドのシンプルな 2 線式バスです。最も一般的には、オン/オフ命令のために電源と通信するコンピュータ マザーボードのチップセットに使用されています。正確な機能とハードウェア インターフェイスはベンダーによって異なります。

これは、マザーボード上の低帯域幅デバイス、特にラップトップの充電式バッテリーサブシステムなどの電源関連チップとの通信用にI²Cから派生したものです（スマートバッテリーシステムとACPIを参照）。^[1]その他のデバイスには、外部マスターホスト、温度センサー、ファンまたは電圧センサー、リッドスイッチ、クロックジェネレータ、RGB照明などがあります。周辺機器相互接続（PCI）アドインカードは、SMBusセグメントに接続できます。

デバイスは、製造元情報を提供したり、モデル/部品番号を示したり、サスペンド イベントの状態を保存したり、さまざまな種類のエラーを報告したり、制御パラメータを受け入れたり、SMBus 経由でステータスを返したり、チップセット レジスタをポーリングしたりできます。SMBus は通常、ユーザーが設定したりアクセスしたりすることはできません。^[1] SMBus デバイスは通常、その機能を識別できませんが、新しいPMBus連合は、それを可能にする規則を含めるように SMBus を拡張しました。

SMBusは1994年にIntelとDuracellによって定義されました。 ^[2]クロック、データ、命令を伝送し、PhilipsのI²Cシリアルバスプロトコルに基づいています。^[1]クロック周波数範囲は10kHz〜100kHzです。（PMBusはこれを400kHzまで拡張します。）電圧レベルとタイミングはI²Cよりも厳密に定義されていますが、2つのシステムに属するデバイスは同じバス上で混在して使用されることがよくあります。^{[引用が必要]}

SMBus は、 Alert Standard Format (ASF)、Desktop and mobile Architecture for System Hardware (DASH)、Intelligent Platform Management Interface (IPMI)など、いくつかのプラットフォーム管理標準で相互接続として使用されます。

SMBus は、シリアル プレゼンス検出(SPD)の一部として DRAM 構成情報にアクセスするために使用されます。SMBus は、電源管理以外のさまざまなシステム列挙の使用例にまで成長しました。

SMBusはI²Cから派生したものですが、電気、タイミング、プロトコル、動作モードの面で2つのバスの仕様には大きな違いがいくつかあります。^{[3] [4] [5] [6]}

デバイスを混在させる場合、I²C仕様では入力レベルを電源電圧V _DDの30%と70%と定義しています。^{[5] : 9}これは5V、3.3V、またはその他の値になる場合があります。バス入力レベルをV _DDに関連付ける代わりに、SMBusでは0.8Vと2.1Vに固定するように定義しています。SMBus 2.0は3〜5VのV _DDをサポートします。SMBus 3.0は1.8〜5VのV _DDとV _IH = 1.35Vをサポートします^。[4]

SMBus 2.0 は、プルアップ抵抗が I²C バス レベルにサイズ設定されていない限り、I²C チップで駆動できない 4 mA シンク電流を含む「高電力」クラスを定義します。

NXP デバイスの電気特性は、SMBus 1.0 よりも優れています。主な違いは、V _OL = 0.4 V の電流シンク能力です。

• SMBus低電力 = 350 μA
• SMBus高電力 = 4 mA
• I²Cバス = 3mA

プルアップ抵抗のサイズが 3 mA の場合、SMBus の「高電力」デバイスと I²C バス デバイスは連携して動作します。

SMBus クロックは 10 ～ 100 kHz に定義されていますが、I²C はモードに応じて 0 ～ 100 kHz、0 ～ 400 kHz、0 ～ 1 MHz、0 ～ 3.4 MHz になります。つまり、10 kHz 未満で動作する I²C バスは、SMBus デバイスがタイムアウトする可能性があるため、SMBus に準拠していません。ただし、多くの SMBus デバイスはより低い周波数をサポートします。

SMBus 3.0 では、400 kHz および 1 MHz のバス速度が追加されます。

• SMBus はクロック ロー タイムアウト (TIMEOUT) を 35 ms と定義します。I²C ではタイムアウト制限は指定されません。
• SMBus は、スレーブ デバイスの累積クロック ロー延長時間としてT _{LOW:SEXTを指定します。I²C には同様の仕様はありません。}
• SMBus は、マスター デバイスの累積クロック ロー延長時間としてT _{LOW:MEXTを指定します。I²C には同様の仕様はありません。}
• SMBus はバス信号の立ち上がり時間と立ち下がり時間の両方を定義します。I²C は定義しません。
• SMBus タイムアウト仕様は、SMBus 上で I²C デバイスが確実に動作することを妨げるものではありません。I²C デバイスがこれらのバス タイミング パラメータに違反しないようにするのは設計者の責任です。

NACK バス信号の使用には、次の違いがあります。I²C では、スレーブ レシーバーは、たとえばリアルタイム タスクを実行しているために受信できない場合、スレーブ アドレスを確認しなくてもかまいません。SMBus では、バス上の取り外し可能なデバイス (バッテリー、ドッキング ステーションなど) の存在を検出するメカニズムとして、デバイスが常に自身のアドレスを確認することを要求します。

I²C では、スレーブ デバイスは自身のアドレスを確認することはできますが、転送の途中で、これ以上データ バイトを受信できないと判断することがある、と規定されています。I²C では、デバイスが後続の最初のバイトで非確認応答を生成することでこれを示すことができる、と規定されています。

スレーブのデバイス ビジー状態を示す以外に、SMBus は無効なコマンドまたはデータの受信を示すために NACK メカニズムも使用します。このような状態は転送の最後のバイトで発生する可能性があるため、SMBus デバイスは各バイトの転送後、トランザクションの完了前に非確認応答を生成する機能を備えている必要があります。SMBus は他の再送信シグナリングを提供しないため、これは重要です。NACK シグナリングの使用におけるこの違いは、SMBus ポートの特定の実装に影響を及ぼします。特に、SMBus ホストや SBS コンポーネントなどの重要なシステム データを処理するデバイスでは影響が顕著です。

SMBus 上の各メッセージ トランザクションは、定義済みの SMBus プロトコルの 1 つの形式に従います。SMBus プロトコルは、I²C 仕様で定義されているデータ転送形式のサブセットです。SMBus プロトコルの 1 つを介してアクセスできる I²C デバイスは、SMBus 仕様と互換性があります。これらのプロトコルに準拠していない I²C デバイスには、SMBus およびAdvanced Configuration and Power Interface (ACPI) 仕様で定義されている標準的な方法ではアクセスできません。

SMBus は I²C ハードウェアと I²C ハードウェア アドレス指定を使用しますが、特別なシステムを構築するための第 2 レベルのソフトウェアが追加されています。特に、その仕様には、動的なアドレス割り当てを行うことができるアドレス解決プロトコルが含まれています。ハードウェアとソフトウェアの動的な再構成により、バス デバイスを「ホットプラグ」して、システムを再起動せずにすぐに使用できます。デバイスは自動的に認識され、一意のアドレスが割り当てられます。この利点により、プラグ アンド プレイ ユーザー インターフェイスが実現します。これらのプロトコルの両方で、システム ホストと、マスターまたはスレーブの名前と機能を持つことができるシステム内の他のすべてのデバイスとの間に、非常に便利な区別が行われます。

マザーボードのPCI Expressスロットのコンテキストでは、PCIe 電気機械仕様では SMBus ピンに ARP が提供されることを期待しています。ただし、SMBus 仕様では ARP は「オプション」とマークされているため、通常は実装されません。^[7]

SMBus には、通信に時間がかかりすぎる場合にデバイスをリセットするタイムアウト機能があります。これが、バスのロックアップを防ぐための 10 kHz の最小クロック周波数の理由です。I²C は「DC」バスになる可能性があり、これは、マスターがアクセスしている間にスレーブ デバイスが何らかのルーチンを実行するときにマスター クロックを延長することを意味します。これにより、スレーブはビジーだが通信を失いたくないことがマスターに通知されます。スレーブ デバイスは、タスクが完了した後も継続を許可します。I²C バス プロトコルでは、この遅延の長さに制限はありませんが、SMBus システムの場合は 35 ms に制限されます。SMBus プロトコルでは、何かに時間がかかりすぎる場合は、バスに問題があることを意味し、このモードをクリアするにはすべてのデバイスをリセットする必要があると想定されます。そのため、スレーブ デバイスはクロックを長時間 LOW に保持できません。

SMBus 1.1以降では、オプションのパケットエラーチェック（PEC）が定義されています。このモードでは、PEC（パケットエラーコード）バイトが各トランザクションの最後に追加されます。バイトはCRC-8 チェックサムとして計算され、アドレスと読み取り/書き込みビットを含むメッセージ全体にわたって計算されます。使用される多項式はx ⁸ +x ² +x+1（CRC-8- ATM HECアルゴリズム、ゼロに初期化）です。^{[8] [9] [10]}

SMBus には、SMBALERT# と呼ばれる追加のオプションの共有割り込み信号があり、スレーブはこれを使用して、ホストにスレーブに興味のあるイベントについて問い合わせるように指示できます。SMBus は、あまり一般的ではない「ホスト通知プロトコル」も定義しています。これは、同様の通知を提供しますが、より多くのデータを渡し、I²C マルチマスター モードに基づいています。

SMBus デバイスは、 FreeBSD、OpenBSD、NetBSD、DragonFly BSD、Linux、Windows 98以降、およびWindows CEでサポートされています。

DDR5ではSMBusに代わって存在検出通信にI3Cが導入されました。 ^[11]

PCI Expressデバイスは、一般的にSMBusを「帯域外管理ポート」として使用します。しかし、デバイスベンダーは、アドレス衝突（アドレス解決プロトコルを実装していないために発生する）を管理するためにSMBusマルチプレクサ（Mux）を頻繁に使用し、 Muxがターゲットを切り替えると、リンクが中断され、管理コンポーネントトランスポートプロトコルやその他のプロトコルが中断されます。この問題を解決するために、SNIAのエンタープライズおよびデータセンター標準フォームファクタバージョン3.1（2023年1月）では、PCIe 2線式インターフェイスでI3Cベーシックを使用する方法について説明しています。^[7] NVM Express 2.1（2024年8月）も、I3Cの使用を許可するように書き直され、「SNIA SFF TAのEDSFFおよびPCI-SIG仕様でI3Cに使用される新しい規則に一致するように」なりました。^[12]

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• 公式SMBus仕様（無料）
• SBSフォーラム
• tech-faq.com の SMBus