主流的通讯总线LPC 和 eSPI介绍

随着超大规模集成电路的不断发展，芯片的功能也愈发集中，在电子产品的系统中 “各司其职” 。在一个电子产品的硬件系统中，通常都是多个芯片协同工作，所以芯片之间的通讯总线就是必不可少的。

嵌入式开发中常见的 I2C、SPI、UART、USB等，都是芯片间的通讯总线。不同协议的通讯总线，是为了解决不同场景、不同需求的数据通讯。笔记本电脑作为一个电子产品， CPU（中央处理器） 和 EC（嵌入式控制器） 之间的通讯也是必不可少的，目前主流的通讯总线有 LPC 和 eSPI。

EC 能够作为一颗专用 MCU，应用在笔记本电脑主板设计中。因为 它是一颗携带 eSPI/LPC 外设的专用 MCU。EC 主要的任务就是协助 CPU ，管理一些低速输入设备，采集电池参数、控制主板温度。EC采集到的低速外设信息，就会通过eSPI/LPC传递给CPU。

01LPC通讯总线

 

LPC全称LowPinCountBus，即精简引脚总线，由Intel在1998年引入PC产品，相较于ISA总线，LPC 引脚少，速度快。LPC总线用于低速设备（BIOS Flash，Super I/O，TPM）和主板上南桥的连接。

LPC总线支持如下类型通讯 Cycle：

02、eSPI 通讯总线

 

eSPI 全称 Enhanced Serial Peripheral Interface，即增强型串行外设接口。eSPI 是为了替代 LPC 而设计。相较于 LPC 总线，eSPI 总线有如下优势：

• 引脚更少，仅 8 个物理引脚

• 功耗更低，电压 1.8V 即可运行

• 速度更快，20-66MHz

• 功能更多，支持 VW、OOB、Flash 等功能

eSPI 通讯总线标准就是根据 SPI 通讯总线标准修改而来。从物理层看，eSPI 总线比SPI 总线多了Rset#、Alert#两个信号，以满足Host复位Slave，Slave向Host发送通讯请求。其他信号，Data-IO、CLK、CS# 没有差异。因此可以说，eSPI 总线和 SPI 总线的物理层完全一致。

如下图所示，是一个 SPI Master 和一个 SPI Slave 的连接框图。

如下图所示，是一个 eSPI Host 和一个 eSPI Slave 的连接框图。

和 SPI 总线一样，eSPI 也支持一主多从，利用 CS# 信号选择不同的 Slave 完成通讯。如下图所示，是一个 eSPI Host和多个 eSPI Slave 的连接框图。

从协议层看，eSPI 和 SPI 通讯协议最主要的差异是，Master 发送和接收之间必须插入一个 TAR 信号，占用 2 个 CLK。即 Master 发送数据转为 Slave 发送数据时，要有一个明显的切换过程。

03、eSPI 高级功能

 

通过 eSPI 自定义的命令集，逻辑上可以把 eSPI 通讯总线划分出 4 个数据通道。分别是：Peripheral Channel，VirtualWire Channel，OOB Channel，Flash Channel，以便完成不同类型数据的传输。

如下图所示，是 eSPI Host 和 eSPI Slave 直接通讯的逻辑框图。

PeripheralChannel（外设通道），兼容 LPC 总线上的 Memory Cycle，I/O Cycle 通讯。

VirtualWire Channel（虚拟线通道），进一步减少了 PCH和EC的物理引脚连接，从而降低功耗。

OOB Channel（带外通讯通道）承载 Smbus、PECI等协议。

Flash Channel（Flash通道）传递 FLash“读/写/擦” 操作指令及数据，以支持 MAFs 和 SAFs 两种Flash连接模式。

04、CSC2E101   

芯海科技CSC2E101是一款高度集成的，可灵活配置嵌入式控制器（Embedded Controller），是笔记本电脑、平板电脑、台式机主板上的核心芯片。

CSC2E101采用 32bit 内核，最高主频 60MHz，75DMIPS，内置512K片上Flash作为用户固件存储区域，192KSRAM可以满足客户丰富应用开发的需求。除此之外，该芯片还内置AES/SHA/RSA/ECC硬件安全引擎，为固件安全启动和数据安全提供了坚实基础。

CSC2E101 的 eSPI 模块的设计高度集成，在 HOST 初始化 eSPI 阶段，无需EC固件参与芯片硬件即可自动完成。对于 Peripheral Channel，VirtualWire Channel，OOB Channel，Flash Channel，芯片均提供一组访问寄存器，由 EC 固件管控，完成相应功能。

CSC2E101具备丰富的硬件资源，完善的开发工具链，稳定的应用示例，多途径调试手段，为客户快速导入项目提供了有力的保障。

CSC2E101是中国大陆首颗通过Intel PCL认证，率先达到国际行业标准、获得国际认可的国产EC产品。在2022年度“硬核中国芯”评选中，CSC2E101因率先打破海外龙头企业垄断、填补国产EC自主研发的行业空白，荣获“2022年度最佳MCU芯片”桂冠。

此外，凭藉CSC2E101等PC系列产品的出色表现，芯海科技摘取由中国计算机学会工控机专委会、中国工业计算机大会组委会联合颁发的“2022中国工业计算机领域年度先锋企业”。

未来，芯海科技将坚持模拟信号链+MCU双平台技术优势，持续构建PC产品生态，通过持续创新，为国产计算机与通信市场提供安全可靠的产品。

编辑：黄飞