基于微处理器和UDAl34l的嵌入式音频系统设计

S3C24lO是Samsung公司一款基于ARM920T核的微处理器，通过ⅡS音频总线与UDAl341型CODEC构成一种嵌入式音频系统，实现音频的播放和采集。给出相关硬件电路的说明及Linux下音频驱动程序的设计要点。

　　1 引言

　　嵌入式音频系统分为硬件设计和软件设计。硬件部分采用基于ⅡS总线的音频系统体系结构。软件上，嵌入式Linux是一种完全开放且免费的操作系统。它支持多种硬件体系结构，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。

　　2 ARM920T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，同时配备了Thumb扩展、Embedded ICE调试技术和Harvard总线。在生产工艺相同的情况下，性能可达ARM7TDMI的2倍以上。S3C2410是Samsung公司采用0.18 μm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标系统中。

　　3 基于ⅡS总线的硬件框架实现

　　ⅡS(Inter-IC Sound)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。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。为了使电路的引出引脚尽可能少，ⅡS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部分主要是CPU和CODEC的连接与实现。本系统采用Philips基于ⅡS音频总线的UDAl34l型音频CODEC。该CODEC支持ⅡS总线数据格式，采用位元流转换技术进行信号处理，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ⅡS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传输模式而非中断模式，从而使数据发送和接收同时进行。该ⅡS接口有3种工作方式，可以通过设置ⅡSCON寄存器来选择。本文介绍的硬件框架基于传输和接收模式。在这种模式下，ⅡS数据线将通过双通道DMA同时接收和发送音频数据，DMA服务请求由FIFO只读寄存器自动完成。S3C2410支持4通道连接系统总线(AHB)和外围总线(APB)的DMA控制器。表1列出S3C2410的各通道请求源。

　　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，因而程序中必须为音频设备分配DMA缓存区，通过DMA直接将需要回放或录音的数据放在内存的DMA缓存区中。

　　如图1所示，S3C2410的ⅡS总线信号与U-DAl34l的ⅡS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别：第一组音频信号输入后经过1个0 dB/6 dB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)，然后再进行采样，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。因为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输入的信号进行片内放大。

由于ⅡS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。这里一定要注意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。