BMC 週邊介面

BMC 要管理整台伺服器，靠的是幾條低速匯流排與一堆 GPIO。這頁整理 BMC 開發最常碰到的介面與對應的除錯指令。

I2C

I2C（Inter-Integrated Circuit）是 Philips 提出的兩線式序列匯流排，是 BMC 最主要的對外介面——溫度感測器、EEPROM、PSU、mux 幾乎全掛在 I2C 上。

協定要點

兩條線：SCL（時脈，由 master driving）與 SDA（雙向資料）。
open-drain：裝置只能把線拉低，放開時靠上拉電阻回到高電位。這是 I2C 能多主多從共用一條線的關鍵，也是為什麼一定要有上拉電阻（見 schemantic）。
定址：7-bit slave address，理論上可掛 128 個裝置（實際上有些位址保留）。
一次交易的結構：

START → [7-bit addr + R/W] → ACK → [data byte] → ACK → ... → STOP

每個 byte 之後接收端要拉低 SDA 一個時脈當作 ACK。沒有 ACK 就代表該位址上沒裝置，i2cdetect 正是靠這點掃描。

repeated START：讀暫存器時常見的模式是「先寫 pointer，不放開 bus，直接再發一次 START 轉成讀」，避免中途被其他 master 插隊。
clock stretching：slave 來不及時可以把 SCL 壓住，讓 master 等待。有些控制器對這行為支援不完整，是難查的相容性問題來源。

常用指令

i2cdetect -l                      # 列出系統上所有 i2c bus 及其來源
i2cdetect -y 7                    # 掃描 bus 7 上有哪些裝置

i2cdetect 輸出的三種狀態（-- 無裝置、數字 = 有裝置未被佔用、UU = 已被 driver 佔用）意義見 pmbus。

i2cget -y 7 0x4c 0x00 w           # 讀：bus 7, 裝置 0x4c, 暫存器 0x00, word 模式
i2cset -y 7 0x4c 0x01 0x60        # 寫：把 0x60 寫進暫存器 0x01
i2cdump -y 7 0x50                 # 傾印整顆裝置的暫存器/內容

i2ctransfer 則可以組出任意的交易序列，處理 i2cget/i2cset 表達不了的情況（例如 2-byte 的暫存器位址）：

# 對 0x50 寫入 2 byte 位址 0x00 0x10，然後 repeated START 讀 8 byte
i2ctransfer -y 7 w2@0x50 0x00 0x10 r8

語法是一連串 w<n>@<addr> / r<n>@<addr>，w2 表示寫 2 個 byte，r8 表示讀 8 個 byte（沿用前一段的位址）。

寫入類的指令具有破壞性——i2cset 打錯暫存器可能改掉 PSU 的保護門檻或關掉輸出。正式機上務必先確認自己在寫什麼。

sysfs 路徑

ls /sys/class/i2c-dev/            # i2c-0, i2c-1, ... 對應 /dev/i2c-N
cat /sys/class/i2c-dev/i2c-7/name # 這條 bus 的來源描述

ls /sys/bus/i2c/devices/          # 已被 driver 綁定的裝置，格式 <bus>-<addr>
                                  # 例如 7-004c 就是 bus 7 上的 0x4c

也可以在執行期手動綁定/解除 driver，這在測試新 driver 時很方便：

echo tmp75 0x4c > /sys/bus/i2c/devices/i2c-7/new_device
echo 0x4c       > /sys/bus/i2c/devices/i2c-7/delete_device

SMBus

SMBus（System Management Bus）是 Intel 在 I2C 之上定義的一層規範，把「可以怎麼傳」收斂成「應該怎麼傳」。

與純 I2C 的差別：

項目	I2C	SMBus
時脈範圍	無下限，上限依模式	10 kHz ~ 100 kHz
逾時機制	無	有（SCL 被壓超過 35ms 視為逾時，裝置要自行復位）
交易型態	自由	定義好的固定型態（Read Byte / Write Word / Block…）
錯誤檢查	無	可選的 PEC（Packet Error Checking，CRC-8）
電氣位準	依電壓域	有明確規定

實務上的重點是：SMBus 裝置可以掛在 I2C 控制器上，但反之不一定。Linux 用 i2c_smbus_*() 系列 API 表達 SMBus 交易，控制器不支援時會用純 I2C 模擬。

各交易型態與對應 API 見 pmbus。

PMBus

PMBus 又是建立在 SMBus 之上、專門給電源裝置用的協定，定義了一整套標準 command code（讀電壓、讀電流、設保護門檻）與資料格式。詳見 pmbus。

三層堆疊關係：I2C（實體）→ SMBus（交易規範）→ PMBus（電源語意）。

EEPROM 與 FRU

EEPROM 是板上的小容量非揮發記憶體（常見 AT24C02 ~ AT24C256），透過 I2C 存取，位址落在 0x50–0x57。

FRU（Field Replaceable Unit）則是存在這些 EEPROM 裡的資料格式——依 IPMI 的 FRU Information Storage Definition 規範，記錄這塊板子/模組的製造商、型號、序號、製造日期。

兩者的關係是：EEPROM 是容器，FRU 是內容。

i2cdump -y 7 0x50                 # 直接看原始內容，開頭應該是 0x01（FRU 版本）
ipmitool fru print                # 透過 BMC 解析後的結果
busctl tree xyz.openbmc_project.FruDevice   # OpenBMC 解析後掛在 D-Bus 上的結果

FRU 欄位定義見 ipmi，OpenBMC 如何用它做硬體偵測見 sensor_porting。

SCM 與 DC-SCM

SCM（System Controller Module）是把 BMC 與其周邊（flash、RAM、網路 PHY、TPM）從主機板拆出來做成一張獨立子卡的設計。主機板只留高速運算相關的元件，管理功能整包插拔。

好處：

主機板改版時管理子系統不必跟著重新驗證。
同一張 SCM 可以搭配多種主機板，降低開發成本。
管理韌體的更新與資安邊界更清楚。

DC-SCM（Datacenter-ready Secure Control Module）是 OCP（Open Compute Project）把這個概念標準化的規格，定義了子卡的尺寸、連接器與訊號腳位（稱為 DC-SCI，Datacenter-ready Secure Control Interface）。

DC-SCM：那張卡。
DC-SCI：卡與主機板之間的介面規格，走的訊號包含 LPC/eSPI、I2C/I3C、PCIe、USB、UART、以及一堆電源與 reset 控制線。
目前有 1.0（高密度連接器）與 2.0（改用標準化的邊緣連接器）兩個世代。

對 BMC 韌體開發者的實際影響：感測器與電源控制訊號不再全部直連 BMC，有一部分要跨過 DC-SCI 到主機板側，device tree 與 GPIO 對應表會因此改變。

GPIO

BMC 用大量 GPIO 做 presence 偵測（模組插了沒）、reset 控制、power button、LED 與各種 strap 讀取。

新舊兩套介面

Linux 的 GPIO 介面經歷過一次大改版：

	舊：sysfs	新：character device
路徑	`/sys/class/gpio/`	`/dev/gpiochipN`
定址	全域編號（易衝突、不穩定）	`chip 名稱 + 該 chip 內的 offset`
狀態	已 deprecated	目前標準
工具	`echo` 到 sysfs	`libgpiod`（`gpioget` 等指令）

舊介面的問題是全域編號會隨 kernel 版本與 probe 順序改變，腳本很容易失效。新專案一律用 libgpiod。

libgpiod 指令

gpiodetect                        # 列出所有 gpiochip 及其行數
# gpiochip0 [1e780000.gpio] (232 lines)

gpioinfo gpiochip0                # 列出每一行的名稱、方向、目前用途、是否被佔用
# line  35: "PWRGD_PS_PWROK"  "power-good" input active-high [used]

gpioget gpiochip0 35              # 讀一行的值
gpioset gpiochip0 35=1            # 設一行為高電位
gpiomon gpiochip0 35              # 監看邊緣觸發事件

gpioinfo 印出的名稱來自 device tree 的 gpio-line-names property，板廠有把名稱填好的話，這是對照電路圖最快的方式。

舊 sysfs 介面（僅供讀懂舊腳本）

echo 456 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio456/direction
echo 1   > /sys/class/gpio/gpio456/value
cat        /sys/class/gpio/gpio456/value
echo 456 > /sys/class/gpio/unexport

其中 456 是全域編號，計算方式是 gpiochip 的 base + offset，可從 /sys/class/gpio/gpiochipN/base 查到。

devmem

devmem（BusyBox 內建）可以直接讀寫實體記憶體位址，用來戳 SoC 的暫存器：

devmem 0x1e780000                 # 讀 32-bit
devmem 0x1e780000 32 0x000000ff   # 寫：位址 寬度 值

用途是繞過 driver 直接驗證硬體——懷疑 driver 沒把某個暫存器設對時，用 devmem 讀出來比對 SoC datasheet 即可確認。

這是最危險的一個工具：寫錯位址可能瞬間當機、關掉電源、或破壞正在運作的週邊。正式環境只用來讀，不要寫。

需要 kernel 有開 CONFIG_DEVMEM，且部分平台會因 CONFIG_STRICT_DEVMEM 限制可存取範圍。

ADC

BMC SoC 內建 ADC（類比數位轉換器），把板上分壓後的電壓轉成數位值，用來監控各路電源 rail。

電路圖上會看到 rail 經過分壓電阻後接到 BMC 的 ADC 腳，所以讀到的值要乘上分壓比才是真實電壓。這個比例寫在 device tree 或 entity-manager 的設定裡。
Linux 端由 IIO（Industrial I/O）子系統管理，OpenBMC 的 adcsensor 再把它接到 D-Bus。

ls /sys/bus/iio/devices/iio:device0/
cat /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_voltage0_raw
cat /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_voltage_scale
# 真實電壓 = raw × scale × 分壓比

SPI

SPI（Serial Peripheral Interface）是四線式全雙工匯流排，速度遠高於 I2C。BMC 上主要用途是接韌體 flash，另外也用來存取 TPM 或存取主機的 BIOS flash。

四條線：SCLK（時脈）、MOSI（master 送出）、MISO（master 收入）、CS（晶片選擇，每個裝置一條）。沒有位址概念——靠 CS 選擇裝置，所以掛幾顆就要幾條 CS。

Single / Dual / Quad / Octal

為了提高吞吐量，SPI flash 演化出多線模式，差別在同時用幾條資料線傳輸：

模式	資料線數	說明
Single	1	傳統模式，MOSI 送、MISO 收，各司其職
Dual	2	MOSI/MISO 兩條都改成雙向資料線，頻寬 ×2
Quad	4	再借用 `WP#` 與 `HOLD#` 兩隻腳當資料線，頻寬 ×4
Octal	8	需要 8 條資料線的封裝，多見於 OSPI / xSPI 裝置

實務要點：

多線模式下，指令與位址通常仍走 single 線，只有資料階段是多線（不同的 opcode 決定，例如 0x6B = Quad Output Fast Read）。
Quad 模式要先寫 flash 的 status register 打開 QE bit 才會生效。
開 Quad 之後 WP#/HOLD# 就不再是保護腳，硬體上要確認沒有其他電路在驅動它們。
device tree 用 spi-tx-bus-width / spi-rx-bus-width 宣告要用幾線：

flash@0 {
    compatible = "jedec,spi-nor";
    reg = <0>;
    spi-max-frequency = <50000000>;
    spi-rx-bus-width = <4>;
};

BMC 開機時 SoC 的 boot ROM 通常只用 single 模式讀 u-boot（最保守可靠），u-boot 起來後才切到 quad 加速後續載入。相關的 flash 分割與更新見 flash。

I2C​

協定要點​

常用指令​

sysfs 路徑​

SMBus​

PMBus​

EEPROM 與 FRU​

SCM 與 DC-SCM​

GPIO​

新舊兩套介面​

libgpiod 指令​

舊 sysfs 介面（僅供讀懂舊腳本）​

devmem​

ADC​

SPI​

Single / Dual / Quad / Octal​

參考​

I2C