嵌入式系統中的IIS音頻接口技術(shù)

2 IIS音頻驅動(dòng)實(shí)現
音頻驅動(dòng)有3種模式：MDD／PDD模式、Wavedev2模式、UAM模式。它們相同的地方很明顯：接口相同，都是流驅動(dòng)，透過(guò)流接口與上層的waveapi.dll交互。
第1種MDD／PDD模式是最早的模式，也是其他驅動(dòng)常見(jiàn)的分層模式。如果使用CE提供的MDD(wavem―dd．1ib)，會(huì )受到一些限制：僅支持一個(gè)設備；一個(gè)設置僅支持一個(gè)流；對循環(huán)的支持不大可靠；對流的支持較弱。當然，由于提供了源碼，可以自己修改MDD，突破以上這些限制。
第2種Wavedev2模式，是因為2000年的Smartphone項目產(chǎn)生了新的要求，這些需求需要大改MDD／PDD。比如上面的限制2，根據CE的開(kāi)發(fā)歷史，此時(shí)waveapi．dll也不支持software mixer，這就是說(shuō)只能同時(shí)允許一個(gè)應用在播放。所以根據當時(shí)情況，CE的多媒體開(kāi)發(fā)團隊設計了Wavedev2模式。這是一個(gè)單體(不分層)的驅動(dòng)模式，平臺相關(guān)的模塊都在hwctxt．h和hwetxt．cpp中，此外還加入了midi支持、software mixer支持、S／PDlF接口、gain class接口、forcespeaker接口，等等。因此，開(kāi)發(fā)Smartphone或者PPC，這個(gè)模式是挺適合的。
第3種UAM模式，即統一音頻模式(Unified AudioModel)，在開(kāi)發(fā)WinCE4．2時(shí)，要增加對DirectSound的支持，而且有一些音頻設備是支持硬件mixer的，對此使用UAM是很好的選擇。
本測試采用MDD／PDD的驅動(dòng)結構，下面講述本驅動(dòng)的關(guān)鍵點(diǎn)。
2．1 DMA控制及驅動(dòng)
通俗地講，DMA(直接內存存取)不需要CPU干擾也不消耗CPU資源，可以把音頻數據自動(dòng)地從系統總線(xiàn)搬到IIS總線(xiàn)上；如果音頻平均按采樣頻率44．1 kHz、16位字長(cháng)、左右2聲道計算，碼流為1.411 Mbps，通常在1～3Mbps，所以采用DMA傳輸十分必要。
2．2 時(shí)鐘配置
只要位時(shí)鐘和采樣時(shí)鐘能匹配好，IIS數據格式主從一致，DMA配置好，音頻就可以工作了。

IIS數據格式主要分3種：左對齊、右對齊、IIS格式。聲音聽(tīng)起來(lái)“怪怪地”，就是數據格式不對。頻率計算方法如表1所列。

IIS主設備時(shí)鐘頻率可以通過(guò)采樣頻率來(lái)選擇。IIS主設備時(shí)鐘頻率是由IIS預分頻器產(chǎn)生的(IIS主設備時(shí)鐘頻率=MCLK／預分頻器值)，因此必須選擇合適的預分頻器的值和CODECLK的采樣頻率類(lèi)型(256或者384fs)，才能獲得合適的IISLRC采樣頻率(IISLRCK頻率=IIS主設備時(shí)鐘頻率／CODECLK的采樣頻率類(lèi)型)；串行位采樣頻率類(lèi)型(16／32／48fs)可以通過(guò)配置每個(gè)通道的串行位數和CODECLK采樣頻率類(lèi)型來(lái)完成，它們之間的關(guān)系如表2所列。

如晶振頻率為16．934 4 MHz，通過(guò)384分頻為44．1kHz(采樣頻率就是這么來(lái)的)。
位時(shí)鐘頻率=采樣頻率×數據位×2=44．1 kHz×16×2=1．411 MHz
對于其他頻率的晶振或是來(lái)自于總線(xiàn)的時(shí)鐘頻率，就要計算出IISC0N中的分頻系數了，以最大限度擬合CODECLK。
2．3 CODEC控制
目前有SPI、I2C和L3三種總線(xiàn)控制CODEC。L3總線(xiàn)(L3MODE、L3CLOCK、L3DATA)都是由通用的I／O端口來(lái)控制的。其中L3接口實(shí)際上是一種串行接口，它由3根信號線(xiàn)組成，完成處理器和C0DEC之間的數據和控制信號交換。UDAl341TS就是采用L3接口的。
L3DATA：處理器接口數據線(xiàn)。
L3MODE：處理器接口模式信號線(xiàn)。
L3CLOCK：處理器接口時(shí)鐘信號線(xiàn)。
三種控制方式中以I2C最為常見(jiàn)。其中I2C又分為寄存器方式和I／O模擬方式兩種，I／O模擬方式的可移植性好，僅I／0模擬方式的I2C驅動(dòng)又可分為8位、9位、16位，以及是否帶子地址、是否可以連讀連寫(xiě)、是否要兼容SCCB總線(xiàn)。
2．4 音量控制節點(diǎn)
使用音量調節的地方較多。圖2是音量控制節點(diǎn)的一般模型。
①處的增益由播放器的音量控制功能決定，最大是0dB。也就是說(shuō)，最多只能還原出原信號強度。
②和③處的增益由Coded IC自身控制，WM8731沒(méi)有產(chǎn)生增益功能，②處容易引入信號失真，一般置為O dB，codec加大音量時(shí)主要在③處提高增益。
④、⑤處由功放決定，最大也是O dB，便攜式功放通常是電流型，靠放大電流去推動(dòng)揚聲器。
①+②+③三處的增益和超過(guò)O dB時(shí)，1 kHz的信號就會(huì )產(chǎn)生失真，但是大部分音樂(lè )的強度都小于1 kHz測試方波時(shí)的強度，所以這三項的和可以比O dB略大，但不能太大，否則會(huì )引起信號失真。
a．應用程序通過(guò)調用waveOutSetVolume，與手工在控制面板中調節音量等效。
b．調節M(mǎn)ediaPlay播放器音量時(shí)，通過(guò)消息跟蹤可以判斷是否改變了①處的增益，即ARM的DSP數字輸出增益。
c．調節控制面板里的音量時(shí)，會(huì )發(fā)現CODEC的功放寄存器值也會(huì )改變。猜想是通過(guò)IIS總線(xiàn)實(shí)現控制相關(guān)寄存器，因為在IoControl消息中沒(méi)有發(fā)現通過(guò)I2C改寫(xiě)任何寄存器。
通過(guò)分析調整音量的方法，有圖2所示的5個(gè)節點(diǎn)可控制，目的是音量最大失真最?。鹤將偬庉敵鲈鲆孀畲蟮那闆r下，②處PCM Volume置為0 dB(此處放大最容易引入失真)，功放置最大時(shí)便能獲得不失真最大音量了；如果想再增大音量只能犧牲失真度了，人耳最多接收10％THD(Total Hamonic Distortion，總諧波失真)，此種情況下主要靠調節③處的增益。