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1、基于S3C2410和UDAl34l的嵌入式音频系统设计shixi导语：嵌入式音频系统分为硬件设计和软件设计。硬件局部采用基于S总线的音频系统体系构造。软件上，嵌入式Linux是一种完全开放且免费的操纵系统。它支持多种硬件体系构造，内核运行高效、稳定，而且源代码开放。1引言近几年，嵌入式数字音频产品受到越来越多消费者的青睐。在MP3、手机等消费类电子产品中，人们对于这些个人终端的要求早已不限于单纯通话和简单的文字处理，高质量的音效是当前开展的重要趋势。嵌入式音频系统分为硬件设计和软件设计。硬件局部采用基于S总线的音频系统体系构造。软件上，嵌入式Linux是一种完全开放且免费的操纵系统。它支持多种
2、硬件体系构造，内核运行高效、稳定，而且源代码开放，有着完善的开发工具，为开发人员提供了优良的开发环境。本文利用samsung公司的S3C2410型微处理器和Philips公司的UDAl341型立体声音频CODEC构造了嵌入式音频系统，给出相关硬件电路的设计，介绍该音频系统基于Linux2.4内核版本的驱动程序实现。2ARM920T及S3C2410简介ARM920T是ARM公司系列微处理器核的一种，它采用5阶段管道化技术，同时装备了Thumb扩展、EmbeddedICE调试技术和Harvard总线。在消费工艺一样的情况下，性能可达ARM7TDMI的2倍以上。S3C2410是Samsung公司采用
3、0.18m工艺制造的ARM9TDMI核微处理器。它有独立的16KB指令Cache、16KB数据Cache和MMU，这一特性使得开发人员可以直接将Linux移植到基于该处理器的目的系统中。3基于S总线的硬件框架实现SInter-ICSound总线是Philips公司提出的串行数字音频总线协议。它是一种面向多媒体的音频总线，专用于音频设备之间的数据传输，为数字立体声提供序列的连接至标准编解码器。S总线只处理声音数据。其他信号如控制信号必须单独传输。为了使电路的引出引脚尽可能少，S只使用了3条串行总线：提供分时复用功能的数据线、字段选择线和时钟信号线。整个音频系统的硬件局部主要是CPU和CODEC的
4、连接与实现。本系统采用Philips基于S音频总线的UDAl34l型音频CODEC。该CODEC支持S总线数据格式，采用位元流转换技术进展信号处理，具有可编程增益放大器PGA和数字自动增益控制器AGC。S3C2410内置S总线接口，可直接外接8/16比特的立体声CODEC。它还可以给FIFO通道提供DMA传输形式而非中断形式，进而使数据发送和接收同时进展。该S接口有3种工作方式，可以通过设置SCON存放器来选择。本文介绍的硬件框架基于传输和接收形式。在这种形式下，S数据线将通过双通道DMA同时接收和发送音频数据，DMA效劳恳求由FIFO只读存放器自动完成。S3C2410支持4通道连接系统总线A
5、HB和外围总线APB的DMA控制器。表1列出S3C2410的各通道恳求源。为了实现音频数据的全双工传输，需要使用S3C2410的通道1和通道2：接收数据选择通道1和发送数据选择通道2。S3C2410的DMA控制器没有内置的DMA存储区域，因此程序中必须为音频设备分配DMA缓存区，通过DMA直接将需要回放或者录音的数据放在内存的DMA缓存区中。如图1所示，S3C2410的S总线信号与U-DAl34l的S信号直接相连。L3接口的引脚L3MODE、L3CLOCK和L3DATA分别连接到S3-C2410的GPBl、GPB2和GPB3通用数据输出引脚。UDAl34l对外提供两组音频信号输入接口，每组包括
6、左右2个声道。如图2所示，2组音频输入在UDAl34l内部的处理存在很大差异：第一组音频信号输入后经过1个0dB/6dB开关后采样送入数字混音器；第二组音频信号输入后先经过可编程增益放大器PGA，然后再进展采样，采样后的数据要再经过数字自动增益控制器AGC送入数字混音器。设计硬件电路时选用第二组输入音频信号。由于希望通过软件的方法实现对系统输入音量大小的调节，显然选用第二组可以通过L3总线接口控制AGC来实现。另外，选择通道2还可以通过PGA对从NIC输入的信号进展片内放大。由于S总线只处理音频数据，因此UDAl34l还内置了用于传输控制信号的L3总线接口。L3接口相当于混音器控制接口，可以控
7、制输入/输出音频信号的低音及音量大小等。L3接口接在S3C2410的3个通用GPIO输入输出引脚上，利用这3个I/O口模拟L3总线的全部时序和协议。这里一定要留意L3总线的时钟不是连续时钟，它只在数据线上有数据时才发出8个周期的时钟信号，其他情况下时钟线始终保持高电平。4Linux下音频驱动的实现设备驱动程序是操纵系统内核和机器硬件之间的接口，为应用程序屏蔽了硬件细节。设备驱动是内核的一局部，主要完成以下功能：设备初始化和释放；设备治理，包括实时参数设置及提供对设备的操纵接口；读取应用程序传送给设备文件的数据并回送应用程序恳求的数据；检测和处理设备出现的错误。音频设备驱动程序主要通过对硬件的控
8、制实现音频流的传输，同时向上层提供标准的音频接口。笔者设计的音频接口驱动向上提供2个标准接口：数字音频处理DigitalSoundProcessing-DSP，负责音频数据的传输即播放数字化声音文件和录音操纵等；混音器MIXER，负责对输出音频进展混音处理，如音量调节、上下音控制等。这2个标准接口分别对应设备文件dev/dsp和dev/mixer。整个音频驱动的实现分为初始化、翻开设备、DSP驱动、MIXER驱动和释放设备等局部。4.1初始化、翻开设备设备初始化主要完成对UDAl34l音量、采样频率、L3接口等的初始化，并且注册设备。通过函数audio_initvoid完成以下详细功能：S3C
9、2410控制端口GPBl-GPB3的初始化；为设备分配DMA通道；UDAl34l的初始化；注册audio设备和mixer设备。翻开设备由翻开函数open完成以下设置好S和L3总线；预备好声道、采样宽度等参数并通知设备；根据采样参数计算出缓冲区大小；分配相应大小的DMA缓冲区供设备使用。4.2DSP驱动的实现DSP驱动实现了音频数据的传输即播放和录音的数据传输。同时提供ioctl对UDA134l中的DAC和ADC采样率进展控制。采样率的控制主要是读写UDAl34l内的采样率控制存放器，所以驱动的主要局部就是控制音频数据的传输。驱动中通过构造staticaudio_state来描绘整个音频系统的状
10、态，其中最主要的是2个数据流构造audio_in和audio_out。这2个数据流构造分别描绘输入音频流和输出音频流的信息。通过对audio_in和audio_out的操纵分别实现音频的输入和输出音频的播放和录音，本驱动的主要内容是数据流构造的设计和实现。该构造应该包含音频缓冲区的信息、DMA的相关信息、所用到的信号量及FIFO的入口存放器的地址。为了进步系统的吞吐量，系统使用DMA技术直接将需要回放或者录制的声音存放在内核的DMA缓存区中，由于S3C2410的DMA控制器没有内置的DMA存储区域，因此驱动程序必须在内存内为音频设备分配DMA缓存区。缓冲区设置是否公道非常关键。以write函数
11、为例，由于音频数据量通常较大，而缓存太小轻易造成缓存溢出，所以要采用较大的缓冲区。而要填充大的缓冲区，CPU就要一次处理大量的数据，这样处理数据时间较长，轻易造成延迟。笔者采用多个缓存的机制，将缓冲区分为多个数据段。数据段的个数和大小分别在数据流构造中指定。这样把大的数据段分为几个小段处理，每处理一小段数据就可以通过DMA发送出去。read函数也是如此，DMA每发来一小段数据就可以处理，不用等到大缓冲区都填满才处理数据。这里还提供了ioctl接口给上层调用，这样上层可以根据音频数据的精度即数据流量来调整缓冲区数据段的大小和个数，以获得最好的传输效果。4.3MIXER驱动的实现MIXER驱动只控
12、制混音效果，并不执行读写操纵，所以MIXER的文件操纵构造只实现了1个ioctl调用，提供应上层设置CODEC的混音效果。驱动中主要实现了1个构造体structUDAl34l_codec。该构造体描绘了CODEC的根本信息，主要是实现了CODEC存放器的读写函数和混音的控制函数。MIXER文件操纵构造中的ioctl就是调用U-DAl341_codec中的混音控制函数来实现的。4.4设备的卸载设备的卸载由注销函数close来完成。注销函数使用注册时得到的设备号，同时释放驱动程序使用的各种系统资源，如DMA和缓冲区等。5完毕语本文介绍了在嵌入式系统中构建基于S总线的音频系统，实现音频的播放和录音的收集。详细讲述了基于Samsung公司S3C2410型微处理器的CODEC硬件连接的实现及嵌入式Linux下音频驱动的实现。该系统已经在基于S3C2410的开发平台上得到了实现，可以顺利进展音频的播放和收集，并获得良好的效果。0