基于SoPC的嵌入式語(yǔ)音處理系統的設計與實(shí)現

AIC23芯片與EP2C35系列FPGA的連接電路如圖4所示。通過(guò)I2C控制接口配置AIC23的11個(gè)寄存器；通過(guò)I2S總線(xiàn)讀寫(xiě)音頻數據，讀寫(xiě)音頻數據使用DMA方式。

系統的音頻信號采集原理：麥克風(fēng)輸入的模擬音頻信號通過(guò)AIC23內部的A／D轉換器轉換為數字音頻信號，通過(guò)I2S總線(xiàn)傳輸給輸入FIFO緩存區。當輸入FIFO緩存區存儲的數據達到設定值時(shí)，向DMA控制器請求DMA傳送，DMA控制器接受請求后就完成FIFO到SDRAM之間的數據傳送。當回放錄音數據時(shí)：通過(guò)SDRAM控制器將SDRAM中保存的音頻數據經(jīng)輸出FIFO緩存區送到I2S總線(xiàn)，再由AIC23進(jìn)行D／A轉換，將數字音頻信號還原成為模擬音頻信號通過(guò)耳機播放。

3 系統軟件設計
該語(yǔ)音處理系統軟件設計是在Linux操作系統中完成的。
3．1 μClinux操作系統移植
μClinux是針對控制領(lǐng)域的嵌入式Linux操作系統，適合如NiosⅡ處理器等不具備內存管理單元(MMU)的微處理器／微控制器?；诓僮飨到y進(jìn)行的軟件開(kāi)發(fā)，需將操作系統移植到硬件平臺，μClinux可以以部件的形式集成到SoPC系統中，也可以在用虛擬機運行的Linux下進(jìn)行μClinux的交叉編譯，此設計中使用后一種方法。
(1)建立編譯環(huán)境。安裝虛擬機、redhat9、NiosⅡ的交叉編譯工具鏈(ToolChain)nios2gcc．tar．bz2及nios2libs．tar．bz2，μClinux的代碼包μClinux―dist一20070130．tar．gz及一個(gè)針對NiosⅡ處理器的補丁包μC1inux―dist一20070130―nios2―02．diff．gz。
(2)內核的配置與編譯，按如下順序進(jìn)行：

(3)啟動(dòng)μClinux系統。將zlmage傳回Win―dows，下載．sof配置文件后再下載zImage，通過(guò)nios2一terminal啟動(dòng)μClinux系統。連接串口，通過(guò)串口調試器即可看到系統的啟動(dòng)信息。
3．2 語(yǔ)音處理的軟件設計
移植完Linux操作系統后，需要添加設計中使用到的編解碼芯片的驅動(dòng)程序，系統會(huì )根據SoPC Builder生成的．ptf文件將外圍器件的引腳及中斷信息生成Nios_system．h文件，提供給各外圍器件的驅動(dòng)程序。本設計中需要添加AIC23和I2C控制器的驅動(dòng)程序。
系統的語(yǔ)音處理程序流程圖如圖5所示，軟件設計實(shí)現語(yǔ)音的采集和回放，系統的軟件設計采用C語(yǔ)言和NiosⅡ匯編語(yǔ)言混合編寫(xiě)。為使AIC23正常工作并產(chǎn)生預期效果，必須對其相應的寄存器進(jìn)行配置。這里只列出對AIC23芯片初始化設置時(shí)的部分代碼，AIC23是通過(guò)I2C總線(xiàn)進(jìn)行初始化配置的。

AIC23初始化的部分源代碼：

4 結 語(yǔ)
該設計在CycloneⅡFPGA開(kāi)發(fā)平臺上配置硬件系統，在Linux操作系統在進(jìn)行軟件設計，從而實(shí)現了對語(yǔ)音的采集與回放等基本音頻處理功能。SoPC系統的可裁減性以及嵌入式系統的可移植性等優(yōu)點(diǎn)，使設計可以作為一個(gè)子系統應用在更大型的系統設計中，例如把G723．1的編解碼算法移植到該系統中，則完全可以把該模塊嵌入到網(wǎng)絡(luò )會(huì )議的可視電話(huà)中作為語(yǔ)音處理模塊，因而有很好的應用前景和科研價(jià)值。