嵌入式系統(tǒng)中的IIS音頻接口技術(shù)
加入技術(shù)交流群
IIS(Integrate Interface of Sound)即集成音頻接口，在上個(gè)世紀(jì)80年代首先被Philips公司用于消費(fèi)產(chǎn)品的音頻設(shè)備，并在一個(gè)稱為L(zhǎng)RCLK(Left／Right CLOCK)的信號(hào)機(jī)制中經(jīng)過(guò)多路轉(zhuǎn)換，將兩路音頻信號(hào)合成單一的數(shù)據(jù)隊(duì)列。當(dāng)LRCLK為高時(shí)，左聲道數(shù)據(jù)被傳輸；LRCLK為低時(shí)，右聲道數(shù)據(jù)被傳輸(也可以反過(guò)來(lái)，高低與左右聲音的對(duì)應(yīng)可以自定義)。對(duì)于多通道系統(tǒng)，在同樣的BCLK和LRCLK條件下，并行執(zhí)行幾個(gè)數(shù)據(jù)隊(duì)列也是可能的。由于IIS、PCM和類似的音頻接口不能提供寄存器入口，因此需要獨(dú)立的控制接口。
IIS總線一般具有4根信號(hào)線，如圖1所示，包括串行數(shù)據(jù)輸入(IISDI)、串行數(shù)據(jù)輸出(IISD0)、左／右聲道選擇(IISLRCK)和串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘(IISCLK)；產(chǎn)生IISLRCK和IISCLK的是主設(shè)備。
2 IIS音頻驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)
音頻驅(qū)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(qū)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(qū)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(shè)備；一個(gè)設(shè)置僅支持一個(gè)流；對(duì)循環(huán)的支持不大可靠；對(duì)流的支持較弱。當(dāng)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?yàn)?000年的Smartphone項(xiàng)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(jù)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(yīng)用在播放。所以根據(jù)當(dāng)時(shí)情況，CE的多媒體開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了Wavedev2模式。這是一個(gè)單體(不分層)的驅(qū)動(dòng)模式，平臺(tái)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(tǒng)一音頻模式(Unified AudioModel)，在開(kāi)發(fā)WinCE4．2時(shí)，要增加對(duì)DirectSound的支持，而且有一些音頻設(shè)備是支持硬件mixer的，對(duì)此使用UAM是很好的選擇。
本測(cè)試采用MDD／PDD的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，下面講述本驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵點(diǎn)。
2．1 DMA控制及驅(qū)動(dòng)
通俗地講，DMA(直接內(nèi)存存取)不需要CPU干擾也不消耗CPU資源，可以把音頻數(shù)據(jù)自動(dòng)地從系統(tǒng)總線搬到IIS總線上；如果音頻平均按采樣頻率44．1 kHz、16位字長(zhǎng)、左右2聲道計(jì)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(shù)據(jù)格式主從一致，DMA配置好，音頻就可以工作了。
IIS數(shù)據(jù)格式主要分3種：左對(duì)齊、右對(duì)齊、IIS格式。聲音聽(tīng)起來(lái)“怪怪地”，就是數(shù)據(jù)格式不對(duì)。頻率計(jì)算方法如表1所列。
IIS主設(shè)備時(shí)鐘頻率可以通過(guò)采樣頻率來(lái)選擇。IIS主設(shè)備時(shí)鐘頻率是由IIS預(yù)分頻器產(chǎn)生的(IIS主設(shè)備時(shí)鐘頻率=MCLK／預(yù)分頻器值)，因此必須選擇合適的預(yù)分頻器的值和CODECLK的采樣頻率類型(256或者384fs)，才能獲得合適的IISLRC采樣頻率(IISLRCK頻率=IIS主設(shè)備時(shí)鐘頻率／CODECLK的采樣頻率類型)；串行位采樣頻率類型(16／32／48fs)可以通過(guò)配置每個(gè)通道的串行位數(shù)和CODECLK采樣頻率類型來(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(shù)據(jù)位×2=44．1 kHz×16×2=1．411 MHz
對(duì)于其他頻率的晶振或是來(lái)自于總線的時(shí)鐘頻率，就要計(jì)算出IISC0N中的分頻系數(shù)了，以最大限度擬合CODECLK。
2．3 CODEC控制
目前有SPI、I2C和L3三種總線控制CODEC。L3總線(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(hào)線組成，完成處理器和C0DEC之間的數(shù)據(jù)和控制信號(hào)交換。UDAl341TS就是采用L3接口的。
L3DATA：處理器接口數(shù)據(jù)線。
L3MODE：處理器接口模式信號(hào)線。
L3CLOCK：處理器接口時(shí)鐘信號(hào)線。
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(qū)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。
2．4 音量控制節(jié)點(diǎn)
使用音量調(diào)節(jié)的地方較多。圖2是音量控制節(jié)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(hào)強(qiáng)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(hào)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(yáng)聲器。
①+②+③三處的增益和超過(guò)O dB時(shí)，1 kHz的信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生失真，但是大部分音樂(lè)的強(qiáng)度都小于1 kHz測(cè)試方波時(shí)的強(qiáng)度，所以這三項(xiàng)的和可以比O dB略大，但不能太大，否則會(huì)引起信號(hào)失真。
a．應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用waveOutSetVolume，與手工在控制面板中調(diào)節(jié)音量等效。
b．調(diào)節(jié)MediaPlay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(shù)字輸出增益。
c．調(diào)節(jié)控制面板里的音量時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)CODEC的功放寄存器值也會(huì)改變。猜想是通過(guò)IIS總線實(shí)現(xiàn)控制相關(guān)寄存器，因?yàn)樵贗oControl消息中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)通過(guò)I2C改寫(xiě)任何寄存器。
通過(guò)分析調(diào)整音量的方法，有圖2所示的5個(gè)節(jié)點(diǎn)可控制，目的是音量最大失真最小：讓①處輸出增益最大的情況下，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(diào)節(jié)③處的增益。
評(píng)論