基于微處理器和UDAl34l的嵌入式音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

S3C24lO是Samsung公司一款基于ARM920T核的微處理器，通過(guò)ⅡS音頻總線與UDAl341型CODEC構(gòu)成一種嵌入式音頻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)音頻的播放和采集。給出相關(guān)硬件電路的說(shuō)明及Linux下音頻驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

　　1 引言

　　嵌入式音頻系統(tǒng)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件部分采用基于ⅡS總線的音頻系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。軟件上，嵌入式Linux是一種完全開(kāi)放且免費(fèi)的操作系統(tǒng)。它支持多種硬件體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)核運(yùn)行高效、穩(wěn)定，而且源代碼開(kāi)放，有著完善的開(kāi)發(fā)工具，為開(kāi)發(fā)人員提供了優(yōu)良的開(kāi)發(fā)環(huán)境。

　　本文利用samsung公司的S3C2410型微處理器和Philips公司的UDAl341型立體聲音頻CODEC構(gòu)造了嵌入式音頻系統(tǒng)，給出相關(guān)硬件電路的設(shè)計(jì)，介紹該音頻系統(tǒng)基于Linux2.4內(nèi)核版本的驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)。

　　2 ARM920T及S3C2410簡(jiǎn)介

　　ARM920T是ARM公司系列微處理器核的一種，它采用5階段管道化技術(shù)，同時(shí)配備了Thumb擴(kuò)展、Embedded ICE調(diào)試技術(shù)和Harvard總線。在生產(chǎn)工藝相同的情況下，性能可達(dá)ARM7TDMI的2倍以上。S3C2410是Samsung公司采用0.18 μm工藝制造的ARM9TDMI核微處理器。它有獨(dú)立的16KB指令Cache、16KB數(shù)據(jù)Cache和MMU，這一特性使得開(kāi)發(fā)人員可以直接將Linux移植到基于該處理器的目標(biāo)系統(tǒng)中。

　　3 基于ⅡS總線的硬件框架實(shí)現(xiàn)

　?、騍(Inter-IC Sound)總線是Philips公司提出的串行數(shù)字音頻總線協(xié)議。它是一種面向多媒體的音頻總線，專(zhuān)用于音頻設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，為數(shù)字立體聲提供序列的連接至標(biāo)準(zhǔn)編解碼器。ⅡS總線只處理聲音數(shù)據(jù)。其他信號(hào)(如控制信號(hào))必須單獨(dú)傳輸。為了使電路的引出引腳盡可能少，ⅡS只使用了3條串行總線：提供分時(shí)復(fù)用功能的數(shù)據(jù)線、字段選擇線和時(shí)鐘信號(hào)線。

　　整個(gè)音頻系統(tǒng)的硬件部分主要是CPU和CODEC的連接與實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用Philips基于ⅡS音頻總線的UDAl34l型音頻CODEC。該CODEC支持ⅡS總線數(shù)據(jù)格式，采用位元流轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行信號(hào)處理，具有可編程增益放大器(PGA)和數(shù)字自動(dòng)增益控制器(AGC)。

　　S3C2410內(nèi)置ⅡS總線接口，可直接外接8/16比特的立體聲CODEC。它還可以給FIFO通道提供DMA傳輸模式而非中斷模式，從而使數(shù)據(jù)發(fā)送和接收同時(shí)進(jìn)行。該ⅡS接口有3種工作方式，可以通過(guò)設(shè)置ⅡSCON寄存器來(lái)選擇。本文介紹的硬件框架基于傳輸和接收模式。在這種模式下，ⅡS數(shù)據(jù)線將通過(guò)雙通道DMA同時(shí)接收和發(fā)送音頻數(shù)據(jù)，DMA服務(wù)請(qǐng)求由FIFO只讀寄存器自動(dòng)完成。S3C2410支持4通道連接系統(tǒng)總線(AHB)和外圍總線(APB)的DMA控制器。表1列出S3C2410的各通道請(qǐng)求源。

　　為了實(shí)現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)的全雙工傳輸，需要使用S3C2410的通道1和通道2：接收數(shù)據(jù)選擇通道1和發(fā)送數(shù)據(jù)選擇通道2。S3C2410的DMA控制器沒(méi)有內(nèi)置的DMA存儲(chǔ)區(qū)域，因而程序中必須為音頻設(shè)備分配DMA緩存區(qū)，通過(guò)DMA直接將需要回放或錄音的數(shù)據(jù)放在內(nèi)存的DMA緩存區(qū)中。

　　如圖1所示，S3C2410的ⅡS總線信號(hào)與U-DAl34l的ⅡS信號(hào)直接相連。L3接口的引腳L3MODE、L3CLOCK和L3DATA分別連接到S3-C2410的GPBl、GPB2和GPB3通用數(shù)據(jù)輸出引腳。UDAl34l對(duì)外提供兩組音頻信號(hào)輸入接口，每組包括左右2個(gè)聲道。

　　如圖2所示，2組音頻輸入在UDAl34l內(nèi)部的處理存在很大差別：第一組音頻信號(hào)輸入后經(jīng)過(guò)1個(gè)0 dB/6 dB開(kāi)關(guān)后采樣送入數(shù)字混音器;第二組音頻信號(hào)輸入后先經(jīng)過(guò)可編程增益放大器(PGA)，然后再進(jìn)行采樣，采樣后的數(shù)據(jù)要再經(jīng)過(guò)數(shù)字自動(dòng)增益控制器(AGC)送入數(shù)字混音器。設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)選用第二組輸入音頻信號(hào)。因?yàn)橄Ｍㄟ^(guò)軟件的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)輸入音量大小的調(diào)節(jié)，顯然選用第二組可以通過(guò)L3總線接口控制AGC來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，選擇通道2還可以通過(guò)PGA對(duì)從NIC輸入的信號(hào)進(jìn)行片內(nèi)放大。

由于ⅡS總線只處理音頻數(shù)據(jù)，因此UDAl34l還內(nèi)置了用于傳輸控制信號(hào)的L3總線接口。L3接口相當(dāng)于混音器控制接口，可以控制輸入/輸出音頻信號(hào)的低音及音量大小等。L3接口接在S3C2410的3個(gè)通用GPIO輸入輸出引腳上，利用這3個(gè)I/O口模擬L3總線的全部時(shí)序和協(xié)議。這里一定要注意L3總線的時(shí)鐘不是連續(xù)時(shí)鐘，它只在數(shù)據(jù)線上有數(shù)據(jù)時(shí)才發(fā)出8個(gè)周期的時(shí)鐘信號(hào)，其他情況下時(shí)鐘線始終保持高電平。