基于A(yíng)RM9處理器的嵌人式音頻系統設計

　　隨著(zhù) Internet技術(shù)和多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，語(yǔ)音通信技術(shù)的應用越來(lái)越廣泛，也越來(lái)越受到重視[1]。如今的嵌人式設備日益復雜化，功能比以前更加豐富，性能也越來(lái)越高。在多種嵌人式終端產(chǎn)品中，音頻處理功能已成為不可缺少的重要組成部分，高質(zhì)量的音效是當前發(fā)展的重要趨勢。

　　本文利用 ATMEL公司 的 AT91RM9200型微處理器 和 Philips公司的 UDA1341型立體聲音頻編解碼器設計了一種嵌入式音頻系統。該嵌入式音頻系統硬件部分采用基于IIS總線(xiàn)的音頻系統體系結構，其主要硬件電路后文作了詳細的介紹。軟件上，筆者以嵌入式Linux操作系統作為平臺，重點(diǎn)介紹該音頻系統在此平臺下的驅動(dòng)程序的實(shí)現。

　　2 AT91RM9200處理器簡(jiǎn)介

　　AT91RM9200是 ATMEL公司針對系統控制以及通信領(lǐng)域推出的基于ARM920T內核的新型微處理器[2]，在高性能和低功耗特性方面具有極大的優(yōu)勢，而且具有很高的主頻，最高可達到180 MHz。該處理器具有獨立的16K指令和16K數據cache，全功能的MMU虛擬內存管理單元，以及內部的16KB SRAM和128KB ROM，EBI接口控制器。片上集成了豐富的外圍接口，包括網(wǎng)絡(luò )MAC、USB控制器、SDRAM 控制器、CF接口、NAND flash接口、IIC接口、JTAG調試器以及支持 256 MB的地址空間。而且處理器還提供自舉模式，供用戶(hù)寫(xiě)入引導代碼，方便 Linux等操作系統的移植。

　　3 UDA1341TS音頻芯片及IIS總線(xiàn)簡(jiǎn)介

　　Philips公司的 UDA1341TS是一塊功能強大的專(zhuān)用語(yǔ)音處理芯片[3]。該芯片集語(yǔ)音放大、濾波、采樣、A/D和D/A轉換等功能于一體，并且能進(jìn)行數字語(yǔ)音處理。本設計使用的AT91RM9200處理器具有一個(gè)IIS音頻接口，此接口采用 DMA方式傳輸數據。在該方式下，由DMA控制器取代CPU，獲得總線(xiàn)控制權，從而實(shí)現內存與外設或者內存之間的不同區域之間大量數據的快速傳輸。用DMA接口傳輸數據，不僅可以降低CPU負擔，還可以節省系統的軟件設計時(shí)間，降低編程難度。而 UDA1341TS支持IIS總線(xiàn)格式，并且具有數字語(yǔ)音處理特性，由此決定了UDA1341TS與AT91RM9200處理器的電路連接比較簡(jiǎn)單，并且能實(shí)現語(yǔ)音的 A/D和 D/A等預處理，而不需要再額外增加專(zhuān)門(mén)的A/D和 D/A器件。

　　需要說(shuō)明的是，數字音頻系統需要多種多樣的集成電路，因此，為這些電路提供一個(gè)標準的通信協(xié)議非常重要。IIS總線(xiàn)是由SONY和PHILIPS公司等電子巨頭共同提出的數字音頻總線(xiàn)協(xié)議，全稱(chēng)是內部集成電路聲音總線(xiàn) (Inter IC Sound Bus)，它是一種串行的數字音頻總線(xiàn)協(xié)議，該總線(xiàn)專(zhuān)門(mén)用于音頻設備之間的數據傳輸，為數字立體聲提供一個(gè)序列連接至標準編解碼器[4]，目前很多音頻芯片和處理器都提供了對IIS總線(xiàn)的支持。筆者根據IIS總線(xiàn)的原理，結合AT91RM9200處理器和數字音頻輸入/輸出接口芯片 UDA1341TS的結構特點(diǎn)，設計的嵌入式音頻系統可以運用到很多類(lèi)似的音頻系統中。

　　4 系統硬件設計方案

　　由于IIS總線(xiàn)只處理音頻數據，而其他的信號如編碼、控制等信號單獨傳送。為了使必需的引腳數最小并且保持連線(xiàn)簡(jiǎn)單，IIS總線(xiàn)由3條信號線(xiàn)組成：時(shí)分復用的數據通道線(xiàn)、字段選擇線(xiàn)和時(shí)鐘信號線(xiàn)。本系統由系統主控制器提供時(shí)鐘信號，控制數字音頻數據在各個(gè)IC之間的流向。此時(shí)，發(fā)送器在外部時(shí)鐘信號的控制下產(chǎn)生數據，處于從模式。

　　本設計硬件連接圖比較簡(jiǎn)單，如圖1所示。圖中的處理器采用了AT91RM9200處理器，其內置IIS音頻總線(xiàn)，內置的IIS接口能讀取IIS總線(xiàn)上的數據，并由UDA1341TS芯片外擴，通過(guò)總線(xiàn)和系統連接，需要處理器提供系統時(shí)鐘和3根控制線(xiàn)。

　　圖1 硬件設計簡(jiǎn)圖

　　AT91RM9200的IIS控制器由5個(gè)引腳與外部的音頻編解碼器相連。這些引腳分別是：系統時(shí)鐘;位速率時(shí)鐘(可使用內部或外部時(shí)鐘源);字段選擇;串行聲音輸入;串行聲音輸出。本設計中，UDA1341TS使用的是L3接口 ，該接口用來(lái)控制音頻信號的音量大小以及低音等。L3接口有3個(gè)信號：L3MODE，L3CLK，L3DATA，將字節寫(xiě)入 L3總線(xiàn)寄存器。IIS總線(xiàn)控制器通過(guò)軟件控制AT91RM9200的通用I/O引腳(筆者選用的是PA0、PA1、PA2三個(gè)通用I/O口)來(lái)支持L3接口。下圖是本嵌入式音頻系統的硬件電路連接圖，見(jiàn)圖2