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title: Hardware
lastSync: 2025-06-05T06:13:19.072Z
hackmd:
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title: Hardware
lastSync: 2025-06-05T06:14:57.640Z
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## 電子電路
- 電學基礎
- 電壓 / 電流 / 歐姆定律
- 被動元件
- 電阻 / 電容 / 電感 / RC電路
- 主動元件
- 二極體 / 電晶體 / 運算放大器
- 模擬電路
- 濾波器 / 放大器 / 震盪器
- 數位電路
- 邏輯閘 / 555 / 計數器
- PCB設計與整合
- KiCad / Arduino 實作

| 比較項目 | 主動元件（Active） | 被動元件（Passive） |
| ---------- | ------------------------------ | -------------------- |
| **是否提供能量** | ✔ 需要外部電源，可放大或產生能量 | ✘ 不提供能量，只吸收或儲存能量 |
| **能量轉換功能** | ✔ 可以將電能轉換為其他形式（例如放大、開關控制） | ✘ 只能消耗或暫存能量 |
| **控制能力** | ✔ 能控制電流（例如開關、訊號調整） | ✘ 無法主動控制，響應取決於輸入 |
| **非線性性質** | 常為**非線性元件**（如電晶體、二極體） | 多為**線性元件**（如電阻、電容） |
| **舉例** | 電晶體（BJT, MOSFET）、二極體、IC、運算放大器等 | 電阻器（R）、電容器（C）、電感器（L） |
## 分壓電路
> [Lab ADC](#Lab-ADC-voltage)

## EEPROM
是儲存單元，負責存放硬體描述（如 FRU 資訊）或 BMC 的設定數據。
M24C64-RMN6TP-2-GP

## FRU
是硬體資訊，描述伺服器硬體模組，用於資產追蹤與維修。

## I2C

- 一種低速的雙線通信協議，用於連接主機（如 BMC）和多個外設（如 EEPROM、溫度感測器等）。有主從架構，主機發起通信，從機回應。在 BMC 的應用：用來監控硬體設備的狀態，例如存取 EEPROM 儲存韌體資訊、讀取溫度感測器數據，或控制 GPIO 擴展器。
- BMC 的應用：用來監控硬體設備的狀態，例如存取 EEPROM 儲存韌體資訊、讀取溫度感測器數據，或控制 GPIO 擴展器。
- Philips (現為 NXP)
- 適用 低成本 簡單的通訊

- Feature
- [synchronous](https://en.wikipedia.org/wiki/Synchronous_circuit)
- multi-controller/multi-target
- [serial communication](https://en.wikipedia.org/wiki/Serial_communication)
- Usecase
- 感測器
- 記憶體（e.g. EEPROM）
- 優缺點
- Pros
- 通用性高,協議簡單
- Cons
- 沒有內建錯誤檢測（例如 CRC）
- 缺乏嚴格的時間約束。
- Protocol

- Cmd
- 操作範例
1. 找到 I2C bus 和地址：

    i2cdetect -y <bus-number>

2. 從地址 `0x00` 讀取 8 bytes 的數據（例如：儲存韌體版本）：

    i2ctransfer -y <bus-number> w1@<device-address> 0x00 r8

3. 寫入一筆資料到地址 `0x10`：

    i2ctransfer -y <bus-number> w2@<device-address> 0x10 0xAA

- 掃有哪些I2C:
- `i2cdetect -l`
- `ls /sys/class/i2c-dev`
- 看哪些連結的有回應

    root@ums120:~# i2cdetect -y 14
         0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
    00:                         -- -- -- -- -- -- -- --
    10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
    20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
    30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
    40: -- -- -- -- -- -- -- -- UU -- -- -- -- -- -- --
    50: -- -- -- -- UU -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
    60: 60 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
    70: -- -- -- -- -- -- -- --

- 一個 Byte 操作
- example

        i2cget -y 1 0x50 0x10

- example

        i2cset -y 1 0x50 0x10 0x20

- 複雜 Byte 操作
寫入兩個byte(0x10, 0x20) 到 地址 0x50 讀取 128 bytes

    i2ctransfer -y 1 w2@0x50 0x10 0x20 r128 

### Lab Temp Sensor

### Lab FRU

### Lab IPMI

## SMBus
- (常用)
- **簡單解釋：** I²C 的延伸版，加入更多系統管理功能，例如封包錯誤檢查（PEC）和時序控制，用於更可靠的數據通信。
- **在 BMC 的應用：** 常用於與智慧電池（Smart Battery）或溫度感測器等關鍵設備通信，幫助 BMC 進行更可靠的系統健康監控。
- protocol
- common cmd

## PMBus
- 通常用於電源
- PMBus:基於 I²C/SMBus 的高階協議，專門用於電源管理，允許對電源設備進行監控和控制，例如調節電壓、電流或讀取溫度。用於監控電源供應器（PSU）的狀態，確保伺服器的電源供應正常，並在異常時發出告警。

### I2C vs SMBus vs PMBus

| | | | |
| -------- | ------------------------------ | ---------------------------------------- | -------------------------------------------------------------- |
| | I2C | SMBus | PMBus |
| 改進 | | 資料格式,時間約束, CRC 檢查和裝置發現,標準化的命令 | 基於 SMBus,標準化的電源管理指令集。裝置間的互操作性（Interoperability）。精細的控制（如數字電源模組） |
| | Philips (現為 NXP) | Intel | |
| | Multi-Master, Multi-Slave | | |
| Use case | 感測器,記憶體（如 EEPROM） | 系統關鍵元件的通訊（如溫度監控、電源管理）溫度監控。電壓監控。晶片健康狀態監測。 | |
| Pros | 通用性高,協議簡單 | 穩定,內建的錯誤檢測 | 標準化的指令集，減少不同廠商之間的兼容問題。源參數監控與配置 |
| Cons | 1.沒有內建錯誤檢測（例如 CRC）2.缺乏嚴格的時間約束。 | 1.不如 I²C 靈活。2.傳輸速度限制較低 | 電源管理裝置，不具備通用性。 |

## SPI
- SPI (Serial Peripheral Interface) is a synchronous serial communication protocol used for short-distance communication between a master device (e.g., microcontroller) and one or more slave devices (e.g., sensors, flash memory).
- 同步
- 短距離
- application: for interfacing flash memory (e.g., NOR/NAND), sensors, and display modules.

- Usecase
- **韌體更新（Firmware Update）**：BMC 通過 SPI 接口在系統運行時更新 BIOS。
- **系統啟動（Boot）**：在伺服器啟動時，CPU 通過 SPI 讀取 SPI Flash 內的韌體。
- **遠端修復（Recovery）**：BMC 通過 SPI 幫助恢復受損的固件。
- Protocol

### Lab 更新 flash


## UART
### UART Controller and COM Port
- **Universal Asynchronous Receiver/Transmitter**
是一種**序列通訊協定的硬體控制器**，將資料從「平行資料匯流排（如 CPU 寄存器）」轉換成「位元流（bit stream）」以便透過 TX/RX 腳位傳送。

| 名稱 | 是什麼？ | 本質角色 |
| ------------------- | ------------------------------------------- | ------------------------------ |
| **UART Controller** | 一種硬體模組或電路（通常在 SoC、南橋晶片、MCU 裡） | **負責「位元」與「字元」的轉換、傳輸控制邏輯** |
| **COM Port** | 作業系統中對 UART 裝置的名稱（如 `/dev/ttyS0` 或 `COM1:`） | **OS 抽象出來的裝置節點，用來存取 UART 控制器** |

### UART Controller 的功能：
- **位元編碼與解碼**：例如 8N1 → 8 個資料位、無 parity、1 個停止位
- **波特率設定**：如 115200 bps（即每秒可傳 11.5 萬個 bit）
- **中斷控制**：傳完/收完一個字元觸發 IRQ 通知 CPU
- **FIFO buffer**：硬體緩衝避免漏資料
### 存在位置：
- MCU 內部（如 STM32 的 USART）
- SoC（如 Raspberry Pi 的 miniUART、PL011）
- PC 主機板南橋晶片或 LPC-to-UART
- PCIe/UART 擴充卡上的 16550 UART 晶片
#### COM Port 是什麼？
- 作業系統為了讓軟體存取 UART 而提供的**裝置節點**或「入口名稱」。
#### windows
| 裝置名稱 | 對應意義 |
| ------ | --------------------------------- |
| `COM1` | 第一個 UART 控制器（通常對應 0x3F8 I/O port） |
| `COM2` | 第二個 UART 控制器（通常對應 0x2F8） |
#### Linux
| 裝置節點 | 解釋 |
| -------------- | --------------------------------- |
| `/dev/ttyS0` | 第一個傳統 UART 控制器 |
| `/dev/ttyUSB0` | 透過 USB-to-Serial 裝置產生的虛擬 UART |
| `/dev/ttyAMA0` | 特定 ARM SoC（如 Raspberry Pi）上的 UART |
| | |

graph TD
    A[CPU Program] --> B[COM Port]
    B --> C[UART Driver]
    C --> D[UART Controller]
    D --> E[TX/RX Pins]

| 項目 | UART Controller | COM Port |
| ------ | --------------- | ------------------------------- |
| 本質 | 硬體模組 | OS 上的裝置名稱 |
| 功能 | 傳輸控制、編碼解碼、FIFO | 提供使用者層讀寫介面 |
| 類型 | 嵌入式/外接晶片 | Windows: COM1、Linux: /dev/ttyS0 |
| 與使用者關係 | 背後黑盒 | 使用者直接讀寫的對象 |

### 什麼是 UART routing？
- UART routing 是在 DTS 中定義每條 UART 的角色與接腳對應，讓 kernel 知道怎麼初始化它。
- 對 OpenBMC 來說，這樣的路由資訊關鍵於：
1. **哪個 UART 提供給主機作為 serial console**？（如 ttyS0 → SoL）
2. **哪個 UART 用來與外部裝置通訊**？（如 MCU、CPLD、sensor）
3. **哪些 UART 是無用或要 disabled**？

## GPIO

- GPIO (General Purpose Input/Output) is a versatile pin on a microcontroller or System on Chip (SoC) that can be configured as either an input or an output. Key features include input mode, output mode, and additional functionalities such as pull-up/pull-down resistors and interrupt generation.


### Lab Blinking LED

### Lab ADC voltage

- read schmantic 看astspeed 2600 spec
可以去 `/sys/bus/platform/drivers/gpio_aspeed` 下 `devmem {}`
- 驗證去 `/sys/class/hwmon/hwmon5` 可以看掛載在 hwmon 的值 ``


## MCTP
**MCTP (Management Component Transport Protocol)**
**管理元件傳輸協議**
- **功能**：MCTP 是一種定義在不同物理介質（如 I²C/SMBus、PCIe、Ethernet 等）上傳輸管理資訊的標準協議。它提供了在不同系統管理元件之間的高效通訊方法。
- **特點**：
- 支援多種底層傳輸介質。
- 提供通用的封包格式，讓不同的管理協議（如 PLDM、SPDM）可以共存。
- 提供分層結構，讓傳輸層與應用層分離。
- **應用場景**：
- 用於傳遞設備管理指令、狀態報告或固件更新。
- 在 BMC 中，MCTP 經常作為管理通訊的骨幹。
## PLDM
**PLDM (Platform Level Data Model)**

**平台級數據模型**

- **功能**：PLDM 是用於系統管理的一套協議集合，旨在統一管理功能的數據結構和通訊方式。
- **核心特點**：
- 提供了標準化的管理命令和響應格式。
- 支援多種功能模組（例如：Firmware Update、Event Logging、Monitoring 等）。
- **模組分類**：
1. **PLDM for Firmware Update**：提供標準化的固件更新方法。
2. **PLDM for Sensor and Control**：用於傳感器數據讀取和控制。
3. **PLDM for Redfish Device Enablement**：將 PLDM 與 Redfish 整合，方便系統管理。
4. **PLDM for Event Logging**：用於記錄系統事件。
- **應用場景**：
- 將 BMC 與其他系統管理元件（如電源管理模組）進行交互。
- 為硬體廠商提供標準化的管理協議，減少客製化開發的工作量。
## SPDM
**SPDM (Security Protocol and Data Model)**

**安全協議與數據模型**

- **功能**：SPDM 是一個用於設備間安全通信的協議，主要用於身份驗證、機密性和完整性保護。
- **特點**：
- 提供雙向身份驗證：設備之間可以相互驗證其身份。
- 支援基於硬體信任根（如 TPM）的安全機制。
- 提供數據加密與完整性保護，確保敏感數據不被竄改或洩露。
- **應用場景**：
- 用於硬體設備之間的可信通信，例如 BMC 與其他管理模組之間的安全連線。
- 在固件更新中確保數據來源可信。
- 應對硬體供應鏈中的安全挑戰（如防範偽造設備）。
## SoC
### ast 2600

**AST2600 的主要特點**

1. **處理器架構**
- 搭載 **雙核心 ARM Cortex-A7** 處理器作為主核，運行速度高達 1.2GHz，提供高效能。
- 內建一個 **ARM Cortex-M3** 協處理器，用於即時控制和節省能耗。
- 採用 28nm 製程，功耗更低，性能更佳。
2. **內存和存儲支持**
- 支援 DDR4 和 DDR3 記憶體，容量最高可達 8GB。
- 提供 SPI、eMMC、SD 等多種存儲接口，滿足多樣化存儲需求。
3. **網絡功能**
- 集成 **雙 GbE 網卡（PHY）**，支持 NC-SI（Network Controller Sideband Interface）。
- 提供多通道網絡虛擬化功能，實現更靈活的網絡管理。
4. **顯示和圖形**
- 支援 2D 硬體加速引擎，提供基本的圖形渲染能力。
- 支援 HDMI 和 VGA 接口，分辨率最高可達 **1920x1200**。
5. **安全功能**
- 集成 **TPM（Trusted Platform Module）2.0**，提供硬體級安全保護。
- 支援 **Secure Boot** 功能，保證固件來源可信。
- 支援加密引擎，用於硬體加速的 AES、SHA 和 RSA 演算法。
6. **系統管理與協議支持**
- 支援業界主流的管理協議，包括 **IPMI 2.0**、**Redfish**、**MCTP**、**PLDM** 和 **SPDM**。
- 兼容多種操作系統，如 Linux（常見於 OpenBMC 平台）。
7. **I/O 和擴展性**
- 提供多種 I/O 接口，包括 PCIe、USB、I²C、SPI、UART 和 GPIO。
- 支援多個 I²C 控制器，方便連接外部感測器和其他元件。

**AST2600 的應用場景**

1. **伺服器管理**
- 作為 BMC，用於監控伺服器硬體狀態（如溫度、電壓、風扇速度等）。
- 支援遠端開關機、固件更新和事件日誌管理。
2. **雲端資料中心**
- 通過 Redfish API 實現統一的伺服器管理和自動化。
- 高性能和低功耗特性適合高密度伺服器部署。
3. **嵌入式控制**
- ARM Cortex-M3 核心可用於即時任務（如電源控制或嵌入式監測）。
- 提供強大的硬體加密能力，用於敏感數據處理。
4. **高效能計算（HPC）**
- 通過 MCTP 和 PLDM 進行高效的硬體管理。
- 提供可靠的安全機制以保護運算環境。

**

## 邏輯分析儀

## JTAG

## Sensors
### TMP75
- TMPx75 Temperature Sensor spec
0x1027
0x027
16*2+7
39