曾 憲 新疆新聞出版廣電總局喀什6503臺 844000

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基于IIS總線的嵌入式音頻系統(tǒng)的設(shè)計

曾 憲 新疆新聞出版廣電總局喀什6503臺 844000

【文章摘要】

音頻系統(tǒng)在嵌入式領(lǐng)域中的應(yīng)用較為廣泛，各種嵌入式產(chǎn)品對音頻系統(tǒng)的要求也各不相同。本文首先對基于IIS總線的嵌入式數(shù)字音頻系統(tǒng)的處理器、解碼芯片等軟硬件方案進行了總體論述。然后分別對其硬件包括電路等以及對軟件包括音頻信號的轉(zhuǎn)換、存儲等功能的實現(xiàn)進行了論述。

【關(guān)鍵詞】

IIS總線；嵌入式音頻系統(tǒng)；設(shè)計

嵌入式系統(tǒng)是現(xiàn)代多個學(xué)科進行融合的產(chǎn)物。它將計算機技術(shù)作為系統(tǒng)研發(fā)和運行的基礎(chǔ)，并通過對通信技術(shù)的應(yīng)用，再從中加入各種傳感器以及網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)，從而使得嵌入式系統(tǒng)的環(huán)境適用性較強。而且這種系統(tǒng)沒有多余的軟件，硬件方面也不存在無用的存儲器，因此具有成本較低、體積較小、能耗較小且可靠性較高的優(yōu)勢。嵌入式系統(tǒng)是一種技術(shù)密集型系統(tǒng)，且技術(shù)及產(chǎn)品的更新速度較快，會隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展而進行改進。

1　嵌入式音頻系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計

本硬件系統(tǒng)的主要組成部分有電源電路、配置電路、復(fù)位電路、串行通訊接口等。其中電源電路分別為5V—2.5V和5V—3.3V的轉(zhuǎn)換器，作用是向芯片外部和內(nèi)部進行供電；復(fù)位電路的作用是使得系統(tǒng)上的電復(fù)位以及在系統(tǒng)上工作時用戶的按鍵復(fù)位；晶振電路是為系統(tǒng)工作提供時鐘；FLASH存儲器的作用是在系統(tǒng)斷電后對用戶的應(yīng)用程序等信息進行存儲；音頻接口的作用是使系統(tǒng)具備進行音頻輸出或輸入的功能；JTAG調(diào)試接口的作用是訪問芯片內(nèi)部的所有部件并對系統(tǒng)的軟硬件進行調(diào)試以及編程等等。當(dāng)然，由于S3C44BOX的多數(shù)接口是物理復(fù)用的，因此上面所提到的有些I/O功能無法同時使用，要通過使用寄存器來對功能進行分配。

2　基于IIS總線的嵌入式音頻系統(tǒng)

2.1IIS總線概述

IIS，英文為Integrate InteRFace of Sound，也就是集成音頻接口。它被飛利浦公司首次應(yīng)用于消費產(chǎn)品的音頻設(shè)備當(dāng)中。它在LRCLK信號機制中被進行多路轉(zhuǎn)換，然后將兩種音頻信號合成一種數(shù)據(jù)隊列。當(dāng)LRCLK高于高狀態(tài)時，左聲道的數(shù)據(jù)被傳輸，反之則是右聲道的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)然，這種高低與聲道的對應(yīng)是可以自定義的，因此可可以顛倒過來。如果是多通道系統(tǒng)，那么在信號機制相同時，也可以實現(xiàn)同時執(zhí)行好幾個數(shù)據(jù)隊列。因為IIS、PCM以及類似的音頻接口沒有寄存器入口，因此必須設(shè)計獨立的控制接口。

2.2IIS音頻驅(qū)動的實現(xiàn)形式

音頻驅(qū)動主要包括MDD/PDD、Wavedev2以及UAM三種模式。三種模式之間的共同點是接口相同，皆為流驅(qū)動，通過流接口與上層的waveapi.dll交互。其中第一種模式是最早的，也是最為常見的分層模式，而對支持mixer硬件的音頻設(shè)備來說，第三種模式最為恰當(dāng)。

2.3芯片設(shè)計

UDA1341芯片是一種較為經(jīng)濟的音頻CODEC，它的主要作用是對模擬音頻信號進行采集，并對數(shù)字音頻信號進行模擬輸出，而且還能對音頻信號進行數(shù)字化處理。此芯片具有耗能小、電壓低、保真強、動態(tài)范圍寬以及不易失真的優(yōu)勢，適用于筆記本電腦、數(shù)字?jǐn)z像機以及其他家庭袖珍多媒體立體聲音響設(shè)備。

2.4音頻軟件的設(shè)計

上述所提到的UDA1341芯片采用的是微控制器輸入模式。在這種模式中，是通過L3總線對所有的數(shù)字音頻和系統(tǒng)進行控制的。而它和微控制器之間進行信息交換所依賴的是一個L3硬件接口。這一硬件接口的引腳包括L3DATA、3DA ODE以及L3CLOCK。L3進行控制的實質(zhì)就是向UDA1341寫數(shù)據(jù)。具體過程包括兩個步驟，一是在根據(jù)地址模式選擇設(shè)備的同時指明之后的數(shù)據(jù)所要發(fā)送到的寄存器的具體類型，二是在數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｊ较聜魉鸵粋€八位的字節(jié)。

2.5基于IIS總線的嵌入式音頻系統(tǒng)的軟件設(shè)計

本軟件的基本流程是開始——清終端——系統(tǒng)端口進行初始化——IIS相應(yīng)的端口進行初始化——UDA1341初始化——錄音——播放——IIS結(jié)束——程序結(jié)束。

本系統(tǒng)的音頻采樣規(guī)格為系統(tǒng)主時鐘為44.1Hz，采樣精度為16bit。本系統(tǒng)經(jīng)過正確配置，能夠完成錄音、播放和循環(huán)播放。本系統(tǒng)的音頻數(shù)據(jù)傳輸非常簡單，因此不多做介紹，只對IIS模塊和UDA1341芯片的正確配置進行論述。由于嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)備較多，而且并沒有PC中非常標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)，因此必須為其編寫控制音頻數(shù)據(jù)在硬件中流動并為音頻應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)接口的驅(qū)動程序，且在設(shè)計過程中要對系統(tǒng)資源進行合理分配。驅(qū)動程序需要完成的任務(wù)主要有對設(shè)備以及對應(yīng)的資源進行初始化以及釋放，對應(yīng)用程序傳輸給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)進行讀取而且對應(yīng)用程序的請求進行回送。在這種情況下，需要在用戶空間、內(nèi)核空間、總線以及外設(shè)之間進行數(shù)據(jù)傳輸。

在驅(qū)動程序的設(shè)計過程中，最為復(fù)雜的部分是DMA緩存區(qū)和內(nèi)存管理部分。原因是音頻設(shè)備對實時性的要求較高，因此必須通過合理使用內(nèi)存的方式提高音頻數(shù)據(jù)的處理速度。在部分控制器內(nèi)，并沒有內(nèi)置DMA的存儲區(qū)域，因此必須在驅(qū)動程序中為音頻設(shè)備分配DMA緩存區(qū)。這樣的話就能將需要回放以及錄制的聲音數(shù)據(jù)通過DMA存放在DMA緩存區(qū)中。

3　結(jié)束語

綜上所述，基于IIS總線的嵌入式音頻系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)播放、錄音、循環(huán)播放以及對音量進行調(diào)節(jié)的功能。此外，還能實現(xiàn)對功能進行擴充，例如進行外部中斷，使得系統(tǒng)可以有選擇的進行錄音以及播放。而且，本系統(tǒng)還能被應(yīng)用于較為大型的系統(tǒng)設(shè)計中，例如嵌入式網(wǎng)絡(luò)音頻信號處理以及嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻信號處理等等，在其中作為一個子系統(tǒng)?？傮w來說，基于IIS總線的嵌入式音頻系統(tǒng)設(shè)計具有非常廣闊的發(fā)展前景、應(yīng)用前景和研究價值。

【參考文獻(xiàn)】

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【作者簡介】

曾憲，女，1968年1月13日出生，四川省內(nèi)江縣人，畢業(yè)于1988年7月新疆電大喀什分校勞動經(jīng)濟管理專業(yè)，目前6503臺機房工作中級工程師