在PCI板上用SMBus芯片监控器件的方法及其装置

1、一种在PCI板上用SMBus总线芯片监控器件的方法，
其特征在于有下列步骤：
①将电脑主机PCI槽系统管理总线SMBus扩展，通过主机板PCI上的SMBus 接口连接到PCI板上，在该PCI板上设有SMBus总线芯片为核心组成的电路，该 芯片组成的电路具有测量温度、电压、风扇转速以及控制风扇转速的功能，用该 芯片测量PCI上器件的温度、电压、风扇转速参数，同时控制风扇速度，通过SMBus 总线与电脑主机SMBus总线上主设备通信；
②使用扩展SMBus总线芯片内置的控制功能，用传感器测量PCI上器件的温 度，以温度作反馈信号输入芯片，由芯片运算输出，经放大驱动电路，控制风扇 转速构成闭环系统。
2、按权利要求1所述的一种在电脑PCI板上用SMBus总线芯片监控器件的 方法，
其特征在于：在SMBus总线上使用的芯片，可以为一种能与SMBus总线兼 容的I2C总线芯片。

技术领域\n本发明涉及电脑中串行总线及其器件的扩展和应用，具体地说，涉及一种在 PCI板上用系统管理总线(也称SMBus总线)集成电路芯片监控器件的方法及其装 置。\n背景技术\nPCI总线  PCI(周边组件互连)总线是独立于CPU的电脑局部总线，采用了独特 的中间缓冲器设计，可将显示卡、声卡、网卡、硬盘控制器等高速的外围设备直 接挂在CPU总线上，这些板卡中许多带有冷却风扇，冷却风扇是恒定转速，电脑 上通常允许5个PCI扩展槽。1992年Intel在发布486处理器的时候，同时提出 了32-bit的PCI总线。最早提出的PCI总线工作在33MHz频率之下，传输带宽 达到了133MB/s，随着对更高性能的要求，1993年提出了64-bit的PCI总线，后 来又提出把PCI总线的频率提升到66MHz，目前广泛采用的是32-bit、66MHz的 PCI总线。根据PCI规格的不同有PCI1.0、PCI2.2等版本。PCI标准化组织PCI-SIG 在2000年10月5日发布的工程变动通知(ECN)中，增加了对SMBus总线的 支持，应用者有Intel等厂商，这样为SMBus总线芯片在PCI上应用提供了条件。 市场上也陆续出现了对PCI上SMBus总线支持的主板。PCI-SIG在2004-4-27 宣布了PCI规格最新3.0标准，新的标准在速度上没有任何提升，PCI总线的工 作电压由目前2.3版的5.0V降低到了3.3V，不过对于通用PCI卡，仍然可以同时 兼容3.3V和5V电压。新的PCI3.0标准将支持PCI66、PCI-X、Mini PCI和Low Profile PCI等。总体来看，PCI3.0标准仅仅是对2.3版本的补充，属于常规的升 级行为。\n电脑硬件监控电路现在电脑的结构和运行状况越来越复杂，因此大多数电脑都 装有自监测电路的芯片，可实时地监测电脑主机的运行状况如各种电压、温度、 风扇转速等，主板监控芯片(例如W83L785、LM87、LM63)通常为可编程器件， 具有硬件A/D转换和I/O接口，并且芯片具有SMBus总线。CPU和集成电路的主频 和集成度在不断提高，因此会产生大量的热量，使电脑和PCI上器件的温度上升， 通常使用风扇来通风散热，需要监控CPU温度，在这些监控电路中广泛应用了脉冲 宽度调制(PWM)和自动控制技术，电脑运行过程中监控电路会根据被测元件的温 度信号自动调节风扇转速，硬件监控电路会根据设定温度控制风扇转动，给CPU 散热，温度下降时，风扇转速自动降低，温度上升时，风速转速自动上升，这样 降低了风扇噪声，节约了电量使用，延长了风扇寿命，可保证电脑系统有效工作。 系统管理总线(SMBus总线)是Intel提出的芯片间串行通信总线，包含一根数 据线SDA和一根时钟线SCL，工作时2根线必须用上拉电阻接至电源上。每个总线器 件都有一个地址，总线长度可达8米以上，可以方便地构成多机系统和外围器件的 扩展，并且能够以100Kbps的速率全双工同步数据传输。SMBus的一个优点是，它 支持多主控，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主控制器，而且总 线接口都已集成在器件中，不需要另加总线接口电路，有即插即用(Plug and play) 的特点。所有带SMBus接口的外围器件都具有应答功能，在电脑中有广泛应用： Intel的南桥系列芯片ICH3、ICH4、ICH5、ICH6(I/O Controller HUB 6)，或与Intel 之产品兼容的南桥芯片VIA8233，AMD768等，均可以用串行SMBus的方式与其它设 备进行通信。上面所述电脑硬件监控电路的芯片即是SMBus总线上的外部设备。在 几乎每台Intel电脑和兼容电脑都具备SMBus总线功能，很多电脑主板上提供了 SMBus总线接口如PCI插槽，供用户连接外设。\nI2C总线  由Philips开发的I2C(I2C)总线具有标准的规范以及众多带I2C接口 的外围器件，形成了完善的串行扩展总线，I2C的特点是结构的独立性和用户使用 的简便性。I2C总线有严格的规范，如接口的电气特性、信号时序、总线管理规则 等，而SMBus总线是I2C总线/协议的一个子集(subset)，很多I2C总线器件兼容 SMBus总线，可直接在电脑系统的SMBus总线上使用，具体见各器件说明。\n虽然现有技术已有了上述的种种发展，但是在对电脑中设备的监控仅限于在 电脑主板上的监控电路，没有解决PCI上器件的监控，如PCI板上重要芯片工作 电压监测、PCI板上高发热芯片冷却风扇监控，PCI板上风扇无转速调节，也无从 知道它们的状态，PCI上器件温度的高低与风扇转速无关，不能根据温度高低自动 调节风扇速度，风扇始终处于全速运行状态，有一定的噪音。\n发明内容\n本发明的目的就是针对现有技术的上述缺陷，提供一种用SMBus总线芯片监 控电脑PCI板上器件的方法；具体地说，就是解决电脑PCI板上器件的温度、风 扇转速和电压测量等问题，进而根据其温度高低自动调节PCI板上风扇转速，降 低噪音，节约电量，并且通过SMBus总线通信读、写数据。\n本发明的目的是这样实现的：\n1、方法\n由图1可知，本方法有下列步骤：\n①在已经具有ICH南桥芯片主器件节点和接口I/O芯片节点的SMBus总线 上，增加总线外围器件节点，通过PCI插槽的SMBus接口连接到PCI板上具有 SMBus总线接口的芯片，每个PCI插槽的SMBus接口均可连接具有SMBus总线 接口的芯片，该芯片具有测量温度、电压、风扇转速和控制风扇转速的功能，在 PCI上使用该芯片测量PCI板上设备和器件的温度、电压、风扇转速等参数，同时 控制风扇速度，通过SMBus总线与电脑主机上的SMBus总线设备通信；\n②使用SMBus总线芯片内置的控制功能，用温度传感器测量PCI板上设备和 器件的温度，以温度作反馈信号输入芯片，由芯片运算输出，经放大驱动电路， 控制风扇转速构成闭环控制系统；\n在SMBus总线上使用的芯片，可以为一种能与SMBus总线兼容的带I2C或 称I2C总线接口芯片。\n2、按本方法的步骤可组成装置\n由图2可知，本装置由具有SMBus总线接口的芯片(1)、温度传感器(2)、放 大驱动电路(3)、风扇(4)、电源(5)、转速测量匹配电路(6)、分压电路(7)和SMBus 总线(8)组成；\n芯片(1)分别与温度传感器(2)、放大驱动电路(3)、转速测量匹配电路(6)、 分压电路(7)和SMBus(8)总线连接；\n风扇(4)分别与放大驱动电路(3)、转速测量匹配电路(6)连接；\n电源(5)分别与芯片(1)、放大驱动电路(3)、风扇(4)连接；\n装置的工作电源使用PCI提供的既成直流电源。\n其中，所述芯片(1)可以为一种能与SMBus总线(8)兼容的I2C(I2C)总线 芯片。\n本装置的工作原理是：\n电脑PCI板上的发热器件上或附近安装有温度传感器(2)，温度传感器(2)的输出 端连接到芯片(1)的温度测量端口，温度传感器(2)使用半导体传感器或热敏电阻。\n放大驱动电路(3)的输入端连接到芯片(1)的转速控制输出端口，放大驱动电路 (3)的输出控制风扇(4)的工作电源；该电源使用电脑PCI上的电源(5)，并且与电 脑主机电源共地。\n风扇(4)转动产生的脉冲，通过转速测量匹配电路(6)连接到芯片(1)的风扇转速 测量端口，由芯片(1)完成转速计数。\nPCI板上器件的工作电源电路有连接线，通过分压电路(7)连接到芯片(1)的电 压测量端口，在芯片(1)内完成A/D转换运算。\n电脑的SMBus总线(8)连接到的PCI插槽，从PCI板上连接到芯片(1)， 用于发送和接受数据。\n3、本发明具有以下优点和积极效果。\n①因为是用SMBus总线芯片监控电脑PCI上器件，其方法和装置简单易行。\n②组成PCI板监测系统后，可以测量板上器件的工作电压和温度，可调节板 上风扇转速，降低噪声，环保节能，并且通过SMBus总线(8)与电脑主机通信， 有助于管理PCI上设备。\n③性能价格比高，有广阔的应用前景。\n附图说明\n图1-电脑SMBus总线扩展示意图；\n图2-本装置电路组成方框图；\n图3-实施例1的电路原理图；\n图4-实施例2的电路原理图；\n图2中：\n1-PCI板上SMBus总线芯片；\n2-温度传感器；\n3-放大驱动电路；\n4-风扇；\n5-电源；\n6-转速测量匹配电路；\n7-分压电路；\n8-SMBus总线。\n具体实施方案\n下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。\nIntel系列电脑(PC、服务器、工作站)及其兼容产品的主板上集成有南桥芯 片，南桥芯片内部提供了SMBus主控器，以ICH5(82801EB)为例，ICH5内部提 供了一个SMBus主控器，它包括一个SMBus主控接口，为处理器与SMBus总线外 部设备(从设备)通讯提供了条件，只有主控制器才能对SMBus总线实现管理与 检测，如起始、停止、发送时钟等，作为不带CPU的接口器件，在总线中只能作 从器件使用，所有读、写操作都可归纳为SMBus总线的主方式，写操作为主发送 方式，读操作为主接受方式。上述ICH5的SMBus操作方式兼容多数I2C总线器件。 SMBus总线接口器件有一个7位地址，可以扩展多个总线器件，本发明使用PCI上 SMBus总线芯片作为总线从设备。\n在PCI插槽的A面40、41脚原设计(PCI2.2以前)都是保留(Reserved)，经 ECN更改设计后是SMBCLK、SMBDAT，即SMBus总线的时钟线和数据线。使用时应 该注意并非在所有电脑主板的PCI插槽都敷设了SMBub总线。\n下面实施例1和实施例2电路都使用了带SMBus总线的芯片，这些芯片常用 于电脑主机板硬件监控电路，如CPU温度监测和CPU风扇的转速控制，其使用方 法和电路在芯片说明书中有详尽论述，这里可以移植到电脑PCI板上器件的监控 电路上来，主要不同是将温度监测对象改为PCI板上的发热器件，被控风扇变为 PCI板上器件(也可是其它设备)冷却的风扇，而芯片的监控和通信作用不变。\n实施例1\n如图3，本例中电脑使用Intel台式机主板，型号是D865PES0，主板有3个 PCI插槽，在该主板2号PCI插槽上具有SMBus总线扩展接口，从其上连接SMBCLK 和SMBDAT到PCI设备监控装置，即连接LM63的7脚和8脚，电路中使用LM63芯 片作监控芯片，这里LM63是SMBus总线上的一个从设备，LM63的器件地址是 1001100，LM63的主要功能如下：\n·使用2N3904晶体管或PN结测温，D+、D-端输入\n·自动修正自热效应\n·支持P4或P4-m处理器的内置2极管测温方式\n·集成PWM风扇转速控制功能，PWM端输出\n·可编程8级变速调节，减少噪声\n·具有风扇转速计数，TACH端输入\n·寄存器补偿失调温度\n·多功能反ALERT/转速计数选择输入\n·10位数字计数，温度最小分辨0.125度\n·SMBus2.0规格，支持超时溢出TIMEOUT\n·兼容LM86系列器件\n·精简的8脚设计\n详见参考文献4\n这里LM63是监控芯片，工作电源使用3.3V电压，电源来源电脑既成电源， 在LM63的D+和D-端子上接入2N3904，将2N3904作传感器装设在PCI板的器件上， 感受设备或器件的温度，在LM63中完成A/D转换，从LM63的4脚输出PWM信号， 经R1、R2、Q1组成放大电路，驱动风扇，风扇的转速测量经R3、R4、R5组成的 匹配电路，从LM63的6脚输入转速计数脉冲，这样根据PCI板上的器件发热部件 的温度变化，所述器件组成的温度自动调节系统会降低或升高风扇的转速，相关 控制算法在LM63中进行，通过LM63的7脚和8脚，SMBus总线能够收发数据。电 路中风扇使用+12电源。器件可以是发热较大的显示芯片、I/O采集板的A/D芯片、 D/A芯片。本装置的电路板置于电脑主机的PCI扩展板上。\n实施例2.\n发明电路原理如图4，本例中电脑使用Intel台式机主板，型号是D865PERL， 主板有5个PCI插槽，在该主板2号PCI插槽上具有SMBus总线扩展接口，从PCI 插槽的A面40、41脚，即SMBus总线上引SMBDATA和SMBCLK到电脑PCI板设备 监控电路，连接芯片的SMBus总线，至电路W83L785的SCL和SDA。在PCI设备 监控电路中使用的W83L785常用于笔记本电脑的硬件监控电路，W83L785的器件 地址是0101101，它可监测参数包括：电压、温度、风扇转速等，内置8位ADC， 提供2组PWM输出控制风扇转速，提供SMI#、OUT#信号和GPIO，带I2C/兼容SMBus 总线接口，通过应用软件和BIOS，用户能够随时监控全部参数，并当参数越限时 发出警告信息，用户可以自行设置参数的高、低限值。\nW83L785的主要功能如下：\n·2个温度测量通道，TDX1、TDX2，支持半导体和热敏电阻传感器\n·4个电压测量通道，3.3V、2.5V、1.5V、Vcore\n·2组PWM风扇转速控制输出，PWM1、PWM2\n·2组风扇转速计数输入，FAN1、FAN2\n·可编程设置参数越限区间\n·支持应用软件管理\n·12C串行总线接口，SCL、SDA\n·支持Intel应用程序LMCD\n·有中断保护信号\n·20脚封装\n·工作电源2.7V～5.5V\n详见参考文献3。\n图4中用W83L785监测PCI板上器件的工作情况，在2.5V测量的输入端接有 电阻R6、R7构成分压电路，使之匹配芯片的输入电压量程，同样也可使用该芯片 其它电压测量端监测电压，担负PCI板上硬件监控的任务。图5中D1和D2用于 温度测量，从VTIN1和VTIN2输入信号。用PWM控制风扇转动，风扇的转速可以 测量，用R3、R4、R5组成转速信号测量匹配电路，R10、R11是上拉电阻。显然这 里也容易移植电脑硬件监控电路的风扇温度自动控制系统，用D1温度传感器、PWM1 输出驱动Q，应用芯片的控制功能构成闭环系统，相关控制算法在W83L785中进行。 本电路使用电脑PCI上+5V电源。芯片上的通用输入/输出(GPIO#)和中断信号本 例中未使用。本装置的电路板置于电脑主机的PCI扩展板上。\n参考文献\n1、 http://www.pcisig.com\n2、何立民，《I2C总线应用系统设计》，北京航空航天大学出版社\n3、W83L785.pdf. http://www.winbond.com/\n4、LM63.pdf， http://www.national.com/\n5、 http://www.intel.com/\n6、 http://www.smbus.org/