基于ARM9處理器的嵌人式音頻系統(tǒng)設計

　　隨著 Internet技術和多媒體技術的快速發(fā)展，語音通信技術的應用越來越廣泛，也越來越受到重視[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(tǒng)。該嵌入式音頻系統(tǒng)硬件部分采用基于IIS總線的音頻系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，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(tǒng)作為平臺，重點介紹該音頻系統(tǒng)在此平臺下的驅(qū)動程序的實現(xiàn)。

　　2 AT91RM9200處理器簡介

　　AT91RM9200是 ATMEL公司針對系統(tǒng)控制以及通信領域推出的基于ARM920T內(nèi)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(shù)據(jù)cache，全功能的MMU虛擬內(nèi)存管理單元，以及內(nèi)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MAC、USB控制器、SDRAM 控制器、CF接口、NAND flash接口、IIC接口、JTAG調(diào)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，供用戶寫入引導代碼，方便 Linux等操作系統(tǒng)的移植。

　　3 UDA1341TS音頻芯片及IIS總線簡介

　　Philips公司的 UDA1341TS是一塊功能強大的專用語音處理芯片[3]。該芯片集語音放大、濾波、采樣、A/D和D/A轉(zhuǎn)換等功能于一體，并且能進行數(shù)字語音處理。本設計使用的AT91RM9200處理器具有一個IIS音頻接口，此接口采用 DMA方式傳輸數(shù)據(jù)。在該方式下，由DMA控制器取代CPU，獲得總線控制權(quán)，從而實現(xiàn)內(nèi)存與外設或者內(nèi)存之間的不同區(qū)域之間大量數(shù)據(jù)的快速傳輸。用DMA接口傳輸數(shù)據(jù)，不僅可以降低CPU負擔，還可以節(jié)省系統(tǒng)的軟件設計時間，降低編程難度。而 UDA1341TS支持IIS總線格式，并且具有數(shù)字語音處理特性，由此決定了UDA1341TS與AT91RM9200處理器的電路連接比較簡單，并且能實現(xiàn)語音的 A/D和 D/A等預處理，而不需要再額外增加專門的A/D和 D/A器件。

　　需要說明的是，數(shù)字音頻系統(tǒng)需要多種多樣的集成電路，因此，為這些電路提供一個標準的通信協(xié)議非常重要。IIS總線是由SONY和PHILIPS公司等電子巨頭共同提出的數(shù)字音頻總線協(xié)議，全稱是內(nèi)部集成電路聲音總線 (Inter IC Sound Bus)，它是一種串行的數(shù)字音頻總線協(xié)議，該總線專門用于音頻設備之間的數(shù)據(jù)傳輸，為數(shù)字立體聲提供一個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總線的支持。筆者根據(jù)IIS總線的原理，結(jié)合AT91RM9200處理器和數(shù)字音頻輸入/輸出接口芯片 UDA1341TS的結(jié)構(gòu)特點，設計的嵌入式音頻系統(tǒng)可以運用到很多類似的音頻系統(tǒng)中。

　　4 系統(tǒng)硬件設計方案

　　由于IIS總線只處理音頻數(shù)據(jù)，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(shù)最小并且保持連線簡單，IIS總線由3條信號線組成：時分復用的數(shù)據(jù)通道線、字段選擇線和時鐘信號線。本系統(tǒng)由系統(tǒng)主控制器提供時鐘信號，控制數(shù)字音頻數(shù)據(jù)在各個IC之間的流向。此時，發(fā)送器在外部時鐘信號的控制下產(chǎn)生數(shù)據(jù)，處于從模式。

　　本設計硬件連接圖比較簡單，如圖1所示。圖中的處理器采用了AT91RM9200處理器，其內(nèi)置IIS音頻總線，內(nèi)置的IIS接口能讀取IIS總線上的數(shù)據(jù)，并由UDA1341TS芯片外擴，通過總線和系統(tǒng)連接，需要處理器提供系統(tǒng)時鐘和3根控制線。

　　圖1 硬件設計簡圖

　　AT91RM9200的IIS控制器由5個引腳與外部的音頻編解碼器相連。這些引腳分別是：系統(tǒng)時鐘;位速率時鐘(可使用內(nèi)部或外部時鐘源);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 ，該接口用來控制音頻信號的音量大小以及低音等。L3接口有3個信號：L3MODE，L3CLK，L3DATA，將字節(jié)寫入 L3總線寄存器。IIS總線控制器通過軟件控制AT91RM9200的通用I/O引腳(筆者選用的是PA0、PA1、PA2三個通用I/O口)來支持L3接口。下圖是本嵌入式音頻系統(tǒng)的硬件電路連接圖，見圖2