基于IIS總線(xiàn)的嵌入式音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要：介紹了基于IIS總線(xiàn)的嵌入式音頻設(shè)備的硬件體系結(jié)構(gòu)及其Linux驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。在音頻驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)綜合使用了DMA、分段多緩存區(qū)和內(nèi)存映射技術(shù)以提高系統(tǒng)性能，滿(mǎn)足音頻實(shí)時(shí)性的要求。關(guān)鍵詞：音頻設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 IIS總線(xiàn) 嵌入式Linux DMA 內(nèi)存映射
嵌入式音頻系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于GPS自動(dòng)導(dǎo)航、PDA、3G手機(jī)等嵌入式領(lǐng)域，但目前國(guó)內(nèi)在這方面的研究較少。
音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)兩方面，在硬件上使用了基于IIS總線(xiàn)的音頻系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。IIS(Inter-IC Sound bus)又稱(chēng)I2S，是菲利浦公司提出的串行數(shù)字音頻總線(xiàn)協(xié)議。目前很多音頻芯片和MCU都提供了對(duì)IIS的支持。
在軟件上，作為一個(gè)功能復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，需要有嵌入式操作系統(tǒng)支撐。Linux是一個(gè)源代碼開(kāi)放的類(lèi)UNIX系統(tǒng)，由于其具有內(nèi)核可裁剪性，且提供對(duì)包括ARM、PPC在內(nèi)的多種嵌入式處理器的支持，所以廣泛應(yīng)用于嵌入式高端產(chǎn)品中。雖然Linux提供了眾多API來(lái)降低驅(qū)動(dòng)程序制作的復(fù)雜度，但是由于音頻應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)性有很高的要求，且需要處理的數(shù)據(jù)量較大，所以必須合理分配資源，使用合適的算法。本文針對(duì)三星公司的S3C44B0 ARM處理器構(gòu)造了基于lis的音頻系統(tǒng)，并介紹了該音頻系統(tǒng)基于Linux2．4．0內(nèi)核的驅(qū)動(dòng)程序構(gòu)造技術(shù)。
1 硬件體系結(jié)構(gòu)
IIS總線(xiàn)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。為了使芯片的引出管腳盡可能少，IIS只使用了三根串行總線(xiàn)。這三根線(xiàn)分別是：提供分時(shí)復(fù)用功能的數(shù)據(jù)線(xiàn)、字段選擇線(xiàn)(聲道選擇)、時(shí)鐘信號(hào)線(xiàn)。
在三星公司的ARM芯片中，為了實(shí)現(xiàn)全雙工模式，使用了兩條串行數(shù)據(jù)線(xiàn)，分別作為輸入和輸出。此外三星公司的IIS接口提供三種數(shù)據(jù)傳輸模式：
· 正常傳輸模式。此模式基于FIFO寄存器。該模式下CPU將通過(guò)輪詢(xún)方式訪(fǎng)問(wèn)FIFO寄存器，通過(guò)IISCON寄存器的第七位控制FIFO。
· DMA模式。此模式是一種外部設(shè)備控制方式。它使用竊取總線(xiàn)控制權(quán)的方法使外部設(shè)備與主存交換數(shù)據(jù)，從而提高系統(tǒng)的吞吐能力。
在三星公司的ARM芯片中有4個(gè)通道DMA控制器用于控制各種外部設(shè)備，其中IIS與其他串行外設(shè)共用兩個(gè)橋聯(lián)DMA(BDMA)類(lèi)型的DMA通道。通過(guò)設(shè)置CPU的IISFCON寄存器可以使IIS接口工作在DMA模式下。此模式下FIFO寄存器組的控制權(quán)掌握在DMA控制器上。當(dāng)FIFO滿(mǎn)時(shí)，由DMA控制器對(duì)FIFO中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。DMA模式的選擇由IISCON寄存器的第四和第五位控制。
· 傳輸／接收模式。該模式下，IIS數(shù)據(jù)線(xiàn)將通過(guò)雙通道DMA同時(shí)接收和發(fā)送音頻數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)使用該數(shù)據(jù)傳輸模式。
圖1是44BOX芯片與菲利浦公司的UDAl341TS音頻芯片的連接示意圖。
在這個(gè)體系結(jié)構(gòu)中，為了實(shí)現(xiàn)全雙工，數(shù)據(jù)傳輸使用兩個(gè)BDMA通道。數(shù)據(jù)傳輸(以回放為例)先由內(nèi)部總線(xiàn)送到內(nèi)存，
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