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基于IIS 总线的嵌入式音频系统设计 杭州浙江大学计算机科学与技术学院(310027) 徐 睿 李 斐 王申康 摘要：音频系统设计包括软件设计和硬件设计两方面，在硬件上使用了基于IIS总线的音频系统 体系结构。IIS(Inter-IC Sound bus)又称I2S，是菲利浦公司提出的串行数字音频总线协议。目 前很多音频芯片和MCU都提供了对IIS的支持。而嵌入式音频系统可广泛应用于GPS自动导航、 PDA、3G手机等嵌入式领域，但目前国内在这方面的研究较少。文中对基于ＩＩＳ总线嵌入式音 频的系统做了简要的介绍。 关键词：IIS总线；嵌入式音频；UDAl341TS；DMA模式；内存映射 在软件上，作为一个功能复杂的嵌入式系统，需要有嵌入式操作系统支撑。Linux是一个源代码 开放的类UNIX 系统，由于其具有内核可裁剪性，且提供对包括ARM、PPC在内的多种嵌入式处理 器的支持，所以广泛应用于嵌入式高端产品中。虽然Linux提供了众多 API来降低驱动程序制作 的复杂度，但是由于音频应用对实时性有很高的要求，且需要处理的数据量较大，所以必须合理 分配资源，使用合适的算法。本文针对三星公司的S3C44B0 ARM处理器构造了基于lis的音频系 统，并介绍了该音频系统基于Linux2．4．0内核的驱动程序构造技术。 1 硬件体系结构 IIS总线只处理声音数据。其他信号(如控制信号)必须单独传输。为了使芯片的引出管脚尽可能 少，IIS只使用了三根串行总线。这三根线分别是：提供分时复用功能的数据线、字段选择线(声 道选择)、时钟信号线。 在三星公司的ARM芯片中，为了实现全双工模式，使用了两条串行数据线，分别作为输入和输出。 此外三星公司的IIS接口提供三种数据传输模式： · 正常传输模式。此模式基于FIFO寄存器。该模式下CPU将通过轮询方式访问FIFO寄存器， 通过IISCON寄存器的第七位控制FIFO。 · DMA模式。此模式是一种外部设备控制方式。它使用窃取总线控制权的方法使外部设备与主 存交换数据，从而提高系统的吞吐能力。 在三星公司的ARM芯片中有4 个通道DMA控制器用于控制各种外部设备，其中IIS与其他串行外 设共用两个桥联DMA(BDMA)类型的DMA通道。通过设置CPU的IISFCON寄存器可以使IIS接口工 作在DMA模式下。此模式下FIFO寄存器组的控制权掌握在DMA控制器上。当FIFO满时，由DMA 控制器对FIFO 中的数据进行处理。DMA模式的选择由IISCON寄存器的第四和第五位控制。 · 传输／接收模式。该模式下，IIS数据线将通过双通道DMA同时接收和发送音频数据。本系 统使用该数据传输模式。 图1是44BOX 芯片与菲利浦公司的UDAl341TS音频芯片的连接示意图。 在这个体系结构中，为了实现全双工，数据传输使用两个BDMA通道。数据传输(以回放为例)先 由内部总线送到内存，然后传到BDMA控制器通道0，再通过IIS控制器写入IIS总线并传输给 音频芯片。通道1用来录音。 三星公司的BDMA控制器没有内置的存储区域，在驱动程序中必须为音频设备分配DMA 缓存区。 缓存区的地址在通道DMA控制器的地址寄存器中设置。 UDAl341TS芯片除了提供IIS 接口和麦克风扬声器接口，还提供L3接口控制音量等。L3接口分 别连到S3C44B0的3个通用数据输出引脚上。 2 音频设备底层软件设计 嵌入式系统硬件设备种类繁多，且缺乏PC 中标准的体系结构，所以必须为各种设备编写驱动程 序。 驱动程序的主要任务是控制音频数据在硬件中流动，并为音频应用提供标准接口。由于嵌入式系 统资源有限，且处理器能力不强，所以在音频设备的驱动程序设计中，合理分配系统资源是难点。 需要注意的是，在三星公司的ARM芯片中，I／O设备的寄存器作为内存空间的一部分，可以使 用普通的内存访问语句读写I／O寄存器，进而控制外部设备。这是该嵌入式系统与传统的基于 Intel处理器的PC最大的不同。 2．1 驱动程序功能 设备驱动程序中需要完成的任务包括：对设备以及对应资源初始化和释放；读取应用程序传送给 设备文件的数据并回送应用程序请求的数据。这需要在用户空间、内核空间、总线及外设之间传 输数据。 2．2 驱动程序构架 Linux驱动程序中将音频设备按功能分成不同类型，每种类