SMBus协议（二）：与I2C协议的对比
可能大家在学习SMBus协议之前，都对I2C协议有一定的了解。下面，我们通过对比来学习SMBus协议。
一.SMBus协议是I2C协议的子集吗？
网上有些资料说SMBuS是I2C协议的子集，其实，这是不正确的。
SMBus 并不是 I2C 的严格子集，而是基于 I2C 的扩展和增强版本。
1.1 兼容部分
1.物理层
SMBus 设备可以在 I2C 总线上运行（需满足电压和时序要求），反之则不一定（因 SMBus 有更严格的规范）。
2.协议框架相同
SMBus 沿用了 I2C 的核心机制，包括：
（1）双线制
SMBCLK 时钟线、SMBDAT 数据线。
（2）起始（START）和停止（STOP）条件。
（3）7 位地址寻址、ACK/NACK 确认机制。
（4）主从架构（Controller/Target）。
1.2 扩展部分
SMBus 在 I2C 基础上增加了系统管理专用功能和可靠性增强机制，使其成为 I2C 的超集而非子集。关键扩展包括：
| 序号 | 特性 | SMBus | I2C |
|---|---|---|---|
| 1 | 超时机制 | 强制要求超时检测（如时钟低电平 不能超过25-35 ms） | 无超时机制，总线可能被挂起（即时钟保持低电平） |
| 2 | 包错误检查（PEC） | 支持 CRC-8 校验（可选但推荐） | 无强制错误检测 |
| 3 | 地址解析协议（ARP） | 地址解析协议（ARP） | 静态地址，依赖硬件设计解决冲突（如A0、A1引脚） |
| 4 | 电气规范 | 严格定义电压阈值和驱动能力 | 更宽泛的电气参数（如电压范围） |
| 5 | ACK/NACK 规则 | 目标设备必须响应地址（否则视为错误） | 目标设备必须响应地址（否则视为错误） |
1.3 不兼容的例子
由于SMBus的增强特性，某些情况下两者无法完全兼容：
| 序号 | 示例 | 描述 |
|---|---|---|
| 1 | 超时机制 | I2C 主控可能不支持 SMBus 的超时检测，导致 SMBus 设备在长时间时钟拉伸时被误判为故障。 |
| 2 | PEC 校验 | SMBus 设备发送的 PEC 字节可能被 I2C 设备视为无效数据 |
| 3 | 地址冲突 | I2C 无法处理 SMBus 的动态地址分配（ARP），可能导致地址冲突 |
1.4 实际应用
1.SMBus 设备可在 I2C 总线上运行情况
若 SMBus 设备不依赖超时、PEC 或 ARP 功能，且满足 I2C 电气规范，则可兼容。
2.I2C 设备在 SMBus 总线上可能受限
I2C 设备若不符合 SMBus 的严格规范（如必须响应地址），可能被 SMBus 主控视为故障。
二.基于OSI模型对比
SMBus 和I2C都遵循 OSI 模型设计，下面以OSI模型的角度对两者比较。
2.1 物理层
2.1.1 相同点
1.物理接口
两者均使用双线制（SCL时钟线 + SDA数据线）的同步串行通信。
2.总线拓扑
支持多主从架构，所有设备通过总线并联连接。
2.1.2 区别
| 序号 | 不同点 | SMBus | I2C |
|---|---|---|---|
| 1 | 电压范围 | 通常3.3V（兼容1.8V-5V设备） | 更宽泛（1.8V-5V，具体由设备决定） |
| 2 | 上拉电阻 | 严格规定（例如1kΩ-10kΩ） | 无严格限制，根据总线电容调整 |
| 3 | 总线电容限制 | ≤400pF（更严格） | 无明确限制（通常≤400pF） |
2.1.3 小结
SMBus在物理层对电压和电气特性提出了更严格的规范，以增强系统稳定性；I2C则更灵活，适配性更广。
2.2 数据链路层
2.2.1 相同点
1.帧结构
均采用相同的帧格式：
起始位（Start Bit）+ 地址位（7/10位）+ 读写位 + 数据 + 停止位（Stop Bit）2.仲裁机制：
支持多主设备通过总线仲裁实现冲突避免。
2.2.2 区别
| 序号 | 不同点 | SMBus | I2C |
|---|---|---|---|
| 1 | 时序规范 | 严格（如SCL低电平35ms超时） | 较宽松，依赖具体实现 |
| 2 | 错误检测 | 支持CRC校验（PEC模式） | 无原生校验机制 |
| 3 | 超时机制 | 强制总线空闲超时复位 | 无强制超时要求 |
| 4 | 时钟速率 | （1）标准模式：10 kHz - 100 kHz （2）快速模式：支持400 kHz（SMBus 3.0+） （3）高速模式：支持1 MHz（SMBus 3.3+） （4）超低功耗模式：可选低功耗设计（如10 kHz以下） | （1）标准模式：100 kHz （2）快速模式：400 kHz（Fast Mode） （3）高速模式：3.4 MHz（Fast Mode） （4）超低功耗模式：无专用低功耗模式 |
2.2.3 小结
SMBus在数据链路层引入了超时复位、CRC校验等增强功能，提升了可靠性和鲁棒性；I2C则更注重传输速率的灵活性。
2.3 Layer3~6
两者均为总线型协议，直接通过地址寻址通信，无需网络层（路由）、传输层（端到端控制）、会话层（对话管理）或表示层（数据格式转换）。
2.4 应用层
I2C 协议本身不定义应用层，具体功能由设备实现。
而SMBus定义了应用层协议，如下表所示：
| 序号 | 协议 | 作用 | 应用场景 |
|---|---|---|---|
| 1 | Quick Command | 发送单字节命令（无数据） | 设备复位命令 |
| 2 | Send/Receive Byte | 发送或接收单字节数据 | 读取设备状态寄存器 |
| 3 | Write/Read Word | 读写 16 位数据 | 配置传感器阈值 |
| 4 | Block Write/Read | 读写可变长度数据块（≤255 字节） | 批量写入 EEPROM 数据 |
| 5 | Process Call | 写命令后读取响应（原子操作） | 触发传感器采样并读取结果 |
| 6 | Host Notify | 设备通过 SMBALERT# 信号主动通知主机 | 电池电量不足告警 |
三.总结
| 序号 | 不同点 | I2C | SMBus |
|---|---|---|---|
| 1 | 设计目标 | 通用低速外设通信 | 系统管理（电源、电池、传感器） |
| 2 | 超时机制 | 无 | 强制检测（如 25-35 ms 超时） |
| 3 | 错误检测 | 可选 ACK/NACK | 强制 PEC（CRC-8） |
| 4 | 地址管理 | 静态地址，冲突需硬件解决 | 动态地址解析（ARP） |
| 5 | 电压容差 | 宽松（0.8V - 5.5V） | 严格（如 VIH=1.35V） |
| 6 | 典型应用 | EEPROM、显示屏 | 智能电池、温度监控、电源管理 |