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시스템 관리 버스

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목차

1. 개요

시스템 관리 버스(SMBus)는 I²C에서 파생된 버스 사양으로, 전기적 특성, 타이밍, 프로토콜 및 작동 모드 측면에서 I²C와 차이점을 보인다. SMBus는 고정된 입력 전압 레벨, 더 높은 싱크 전류, 특정 주파수 범위 및 타임아웃 기능을 정의하며, I²C와 NACK 사용, SMBus 프로토콜, 주소 확인 프로토콜(ARP), 패킷 오류 검사(PEC), SMBALERT# 등의 프로토콜 차이점을 가진다. FreeBSD, OpenBSD, NetBSD, DragonFly BSD, 리눅스, 윈도우, 윈도우 CE 등 다양한 운영체제에서 지원되며, DDR5 메모리 모듈에서는 I3C, PCI 익스프레스 장치에서는 I3C를 사용하는 대체 기술이 개발되고 있다.

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시스템 관리 버스
시스템 관리 버스 개요
유형직렬 버스
개발인텔
듀라셀
소개1995년
버스 폭1-bit
데이터 전송률10 kHz – 100 kHz
하드웨어 인터페이스I²C
커넥터온보드
기술 세부 사항
기반I²C
노드 주소 지정7비트
신호 라인SMBDATA (SDA)
SMBCLOCK (SCL)
활용 분야
주요 용도저대역폭 시스템 관리
배터리 관리
온도 감지
적용 분야컴퓨터 마더보드
노트북 컴퓨터 배터리
임베디드 시스템
관련 표준 및 사양
관련 규격SBS (Smart Battery System)

2. I²C와의 상호 운용성

SMBus는 I²C에서 파생되었지만, 전기적 특성, 타이밍, 프로토콜, 작동 모드 등에서 여러 차이점이 있다.[3][4][5][6] 주요 차이점은 다음과 같다.


  • 전기적 특성: SMBus는 고정된 입력 전압 레벨을 정의한다.
  • 타이밍: SMBus는 I²C에 없는 타이밍 규격을 정의한다.
  • 프로토콜: SMBus는 I²C 프로토콜을 기반으로 하지만, 주소 확인 프로토콜(ARP), 패킷 오류 검사(PEC) 등 추가 기능을 제공한다.
  • 작동 모드: SMBus는 선택적으로 공유 인터럽트 신호인 SMBALERT#를 사용할 수 있다.


이러한 차이점들로 인해 SMBus는 시스템 관리에 더 적합하며, 특히 배터리 관리, 온도 센서 모니터링 등에 활용된다.

2. 1. 전기적 특성

SMBus는 I²C와 달리 고정된 입력 전압 레벨을 정의한다. SMBus 2.0은 ''VIL,max''를 0.8V, ''VIH,min''을 2.1V로 정의하며, 3~5 V 범위의 ''VDD''를 지원하는 반면, SMBus 3.0에서는 레벨이 0.8V 및 1.35V로 정의되며, ''VDD''는 1.8~5 V 범위를 지원한다.[4]

NXP 장치는 SMBus 1.0보다 더 높은 전력의 전기적 특성을 가지는데, 주요 차이점은 ''VOL'' = 0.4 V일 때의 전류 싱크 기능이다.[1]

구분싱크 전류
SMBus 저전력350μA
SMBus 고전력4mA
I²C-버스3mA



SMBus '고전력' 장치와 I²C-버스 장치는 풀업 저항이 3 mA로 크기가 조정되면 함께 작동한다.[1] SMBus 클럭은 10~100kHz로 정의되어 있으며, I²C는 모드에 따라 0–100kHz, 0–400kHz, 0–1MHz 및 0–3.4MHz가 가능하다.[1] SMBus 3.0은 400kHz 및 1MHz 버스 속도를 추가했다.[1] 10kHz 미만으로 작동하는 I²C 버스는 SMBus와 호환되지 않으며, SMBus 장치가 시간 초과될 수 있지만, 많은 SMBus 장치는 더 낮은 주파수를 지원한다.[1]

SMBus는 I²C에 없는 타이밍 규격을 정의한다.

2. 1. 1. 입력 전압 (VIL, VIH)

SMBus는 I²C와 달리 고정된 입력 전압 레벨을 정의한다. SMBus 2.0은 ''VIL,max''를 0.8V로, ''VIH,min''을 2.1V로 정의하며, 3~5 V 범위의 ''VDD''를 지원하는 반면, SMBus 3.0에서는 레벨이 0.8V 및 1.35V로 정의되며, ''VDD''는 1.8~5 V 범위를 지원한다.[4]

2. 1. 2. 싱크 전류 (IOL)

SMBus 2.0은 풀업 저항이 I²C-버스 수준으로 크기가 조정되지 않으면 I²C 칩으로 구동할 수 없는 4mA 싱크 전류를 포함하는 '고전력' 클래스를 정의한다.[1]

NXP 장치는 SMBus 1.0보다 더 높은 전력의 전기적 특성을 가지고 있다. 주요 차이점은 ''VOL'' = 0.4 V일 때의 전류 싱크 기능이다.[1]

구분싱크 전류
SMBus 저전력350μA
SMBus 고전력4mA
I²C-버스3mA



SMBus '고전력' 장치와 I²C-버스 장치는 풀업 저항이 3 mA로 크기가 조정되면 함께 작동한다.[1]

2. 1. 3. 주파수 (FMAX, FMIN)

SMBus 클럭은 10~100kHz로 정의되어 있으며, I²C는 모드에 따라 0–100kHz, 0–400kHz, 0–1MHz 및 0–3.4MHz가 가능하다.[1] 10kHz 미만으로 작동하는 I²C 버스는 SMBus와 호환되지 않으며, SMBus 장치가 시간 초과될 수 있다.[1] 그러나 많은 SMBus 장치는 더 낮은 주파수를 지원한다.[1]

SMBus 3.0은 400kHz 및 1MHz 버스 속도를 추가했다.[1]

2. 1. 4. 타이밍

SMBus는 I²C에 없는 타이밍 규격을 정의한다. 주요 내용은 다음과 같다.

  • SMBus는 클럭 로우 타임아웃(TIMEOUT)을 35ms로 정의한다. I²C는 어떠한 타임아웃 제한도 지정하지 않는다.
  • SMBus는 TLOW:SEXT를 슬레이브 장치에 대한 누적 클럭 로우 연장 시간으로 지정한다. I²C는 이와 유사한 규정을 갖고 있지 않다.
  • SMBus는 TLOW:MEXT를 마스터 장치에 대한 누적 클럭 로우 연장 시간으로 지정한다. I²C는 이와 유사한 규정을 갖고 있지 않다.
  • SMBus는 버스 신호의 상승 시간과 하강 시간을 모두 정의한다. I²C는 그렇지 않다.


SMBus 타임아웃 규격은 I²C 장치가 SMBus에서 안정적으로 협력하는 것을 배제하지 않는다. 설계자는 I²C 장치가 이러한 버스 타이밍 매개변수를 위반하지 않도록 보장해야 한다.[1]

2. 2. 프로토콜

SMBus는 I²C 프로토콜을 기반으로 하지만 몇 가지 차이점을 가지고 있다.

  • ACK/NACK 사용: SMBus는 탈착식 장치의 존재 여부를 확인하기 위해 장치가 항상 자체 주소를 ACK하도록 요구한다.[1] I²C와 달리 SMBus는 NACK 메커니즘을 사용하여 유효하지 않은 명령이나 데이터를 수신했음을 나타낸다.[1]
  • SMBus 프로토콜: SMBus의 각 메시지 전송은 정의된 SMBus 프로토콜 중 하나의 형식을 따른다. SMBus 프로토콜은 I²C 사양에 정의된 데이터 전송 형식의 하위 집합이다.
  • 주소 확인 프로토콜(ARP): SMBus는 동적 주소 할당을 수행할 수 있는 주소 확인 프로토콜(ARP)을 포함한다. 이를 통해 버스 장치를 '핫 플러그' 방식으로 연결하여 시스템을 다시 시작하지 않고도 즉시 사용할 수 있다.[11]
  • 타임아웃 기능: SMBus는 통신에 너무 오랜 시간이 걸릴 경우 장치를 재설정하는 타임아웃 기능을 가지고 있다. SMBus 시스템의 경우 35ms로 제한된다.
  • 패킷 오류 검사 (PEC): SMBus 1.1 이상에서는 선택적으로 패킷 오류 검사(PEC)를 사용한다. 각 트랜잭션의 끝에 PEC 바이트가 추가되며, 이는 CRC-8 체크섬이다.[7][8][9]
  • SMBALERT#: SMBus는 선택적으로 공유되는 인터럽트 신호인 SMBALERT#를 추가로 가지고 있다.[1]

2. 2. 1. ACK 및 NACK 사용

SMBus는 탈착식 장치(배터리, 도킹 스테이션 등)의 존재 여부를 확인하기 위해 장치가 항상 자체 주소를 ACK하도록 요구한다.[1] I²C와 달리 SMBus는 NACK 메커니즘을 사용하여 유효하지 않은 명령이나 데이터를 수신했음을 나타낸다.[1] SMBus 장치는 다른 재전송 신호를 제공하지 않기 때문에 각 바이트 전송 후 및 트랜잭션 완료 전에 NACK을 생성할 수 있어야 한다.[1] 이러한 NACK 신호 사용의 차이는 SMBus 포트, 특히 SMBus 호스트 및 SBS 구성 요소와 같이 중요한 시스템 데이터를 처리하는 장치의 특정 구현에 영향을 미친다.[1]

2. 2. 2. SMBus 프로토콜

SMBus의 각 메시지 전송은 정의된 SMBus 프로토콜 중 하나의 형식을 따른다. SMBus 프로토콜은 I²C 사양에 정의된 데이터 전송 형식의 하위 집합이다. SMBus 프로토콜 중 하나를 통해 접근할 수 있는 I²C 장치는 SMBus 사양과 호환된다. 이러한 프로토콜을 준수하지 않는 I²C 장치는 SMBus 및 고급 구성 및 전원 인터페이스 사양에 정의된 표준 방법으로는 접근할 수 없다.

2. 2. 3. 주소 확인 프로토콜 (ARP)

SMBus는 I²C 하드웨어 및 I²C 하드웨어 주소 지정을 사용하지만, 특수한 시스템을 구축하기 위한 2단계 소프트웨어를 추가한다. 특히, SMBus의 사양에는 동적 주소 할당을 수행할 수 있는 주소 확인 프로토콜(ARP)이 포함되어 있다.

하드웨어 및 소프트웨어의 동적 재구성을 통해 버스 장치를 '핫 플러그' 방식으로 연결하여 시스템을 다시 시작하지 않고도 즉시 사용할 수 있다. 장치는 자동으로 인식되어 고유한 주소가 할당된다. 이러한 장점은 플러그 앤 플레이 사용자 인터페이스를 제공한다. 이 두 프로토콜 모두에서 시스템 호스트와 마스터 또는 슬레이브의 이름과 기능을 가질 수 있는 시스템의 다른 모든 장치 간에 매우 유용한 구분이 이루어진다.

PCI Express 슬롯을 사용하는 마더보드의 경우, PCIe 전기 기계 사양은 SMBus 핀에 ARP가 제공될 것을 요구한다. 그러나 ARP는 SMBus 사양에서 "선택 사항"으로 표시되어 일반적으로 구현되지 않는다.[11]

2. 2. 4. 타임아웃 기능

SMBus는 통신에 너무 오랜 시간이 걸릴 경우 장치를 재설정하는 타임아웃 기능을 가지고 있다. 이는 버스가 잠기는 것을 방지하기 위한 최소 클럭 주파수 10 kHz를 설명한다. I²C는 'DC' 버스일 수 있으며, 이는 마스터가 슬레이브에 접근하는 동안 슬레이브 장치가 일부 루틴을 수행하면서 마스터 클럭을 늘린다는 것을 의미한다. 이는 슬레이브가 바쁘지만 통신을 잃고 싶지 않다는 것을 마스터에게 알린다. 슬레이브 장치는 작업이 완료된 후 계속 진행할 수 있다. I²C 버스 프로토콜에는 이 지연 시간이 얼마나 길 수 있는지에 대한 제한이 없는 반면, SMBus 시스템의 경우 35ms로 제한된다.

SMBus 프로토콜은 무언가가 너무 오래 걸리면 버스에 문제가 있고 이 모드를 지우기 위해 모든 장치를 재설정해야 한다고 가정한다. 따라서 슬레이브 장치는 클럭 LOW를 너무 오래 유지할 수 없다.

2. 2. 5. 패킷 오류 검사 (PEC)

SMBus 1.1 이상에서는 '''패킷 오류 검사''' ('''PEC''')를 선택적으로 사용한다. 이 방식을 사용하면 각 트랜잭션의 끝에 PEC(패킷 오류 코드) 바이트가 추가된다. 이 바이트는 주소 및 읽기/쓰기 비트를 포함한 전체 메시지에 대해 계산된 CRC-8 체크섬이다. 사용된 다항식은 x8+x2+x+1(0으로 초기화된 CRC-8-ATM HEC 알고리즘)이다.[7][8][9]

2. 2. 6. SMBALERT#

SMBus는 선택적으로 공유되는 인터럽트 신호인 SMBALERT#를 추가로 가지고 있으며, 이는 슬레이브가 호스트에게 관련 이벤트에 대해 슬레이브에게 문의하도록 알리는 데 사용될 수 있다.[1]

3. 지원 운영체제

FreeBSD, OpenBSD, NetBSD, DragonFly BSD, 리눅스, 윈도우 98 이상, 윈도우 CE에서 SMBus를 지원한다.

4. 대체 기술

DDR5 메모리 모듈에서는 SMBus 대신 I3C 버스를 사용하여 존재 감지 통신을 수행한다.[10] PCI 익스프레스 장치에서는 SMBus 주소 충돌 문제를 해결하기 위해 I3C 기본 사용이 제안되고 있다.[11]

참조

[1] Foldoc System Management Bus
[2] 웹사이트 DURACELL AND INTEL ANNOUNCE 'SMART BATTERY' SPECIFICATIONS FOR PORTABLE COMPUTERS - Free Online Library https://www.thefreel[...] 2017-10-27
[3] 웹사이트 System Management Bus (SMBus) Specification Version 2.0 http://smbus.org/spe[...]
[4] 웹사이트 System Management Bus (SMBus) Specification Version 3.0 http://smbus.org/spe[...]
[5] 웹사이트 I2C-bus specification and user manual Rev. 7 https://www.nxp.com/[...]
[6] 웹사이트 APPLICATION NOTE 476 Comparing the I²C Bus to the SMBus http://www.maxim-ic.[...] Maxim 2000-12-01
[7] 웹사이트 Designing with SMBus 2.0 http://sbs-forum.org[...] 2017-10-27
[8] 웹사이트 CRC-8 Calculator http://www.smbus.org[...] 2017-10-27
[9] 웹사이트 CRC-8 for SMBus http://www.picbasic.[...] 2017-10-27
[10] 웹사이트 MIPI I3C Basic in JEDEC DDR5: A Sum Greater Than Its Parts https://www.mipi.org[...]
[11] 웹사이트 Overcoming SMBus Limitations with I3C https://storagedevel[...]
[12] 웹사이트 Changes in NVM Express Revision 2.1 - NVM Express https://nvmexpress.o[...] 2024-08-23


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