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文檔簡介
1、S3C2410系列 I2S總線接口功能及應(yīng)用開發(fā)內(nèi)容結(jié)構(gòu) I2S總線概述 I2S總線規(guī)范 I2S總線結(jié)構(gòu)配置 S3C2410X I2S總線概述 S3C2410X I2S總線特性 S3C2410X I2S總線結(jié)構(gòu) S3C2410X I2S接口工作模式 S3C2410X I2S音頻數(shù)據(jù)格式 S3C2410X I2S接口特殊功能寄存器 嵌入式音頻系統(tǒng)應(yīng)用I2S總線概述 音響數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸是多媒體技術(shù)的重要組成部分。眾多的數(shù)字音頻系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入消費(fèi)市場,例如數(shù)字音頻錄音帶、數(shù)字聲音處理器。對于設(shè)備和生產(chǎn)廠家來說,標(biāo)準(zhǔn)化的信息傳輸結(jié)構(gòu)可以提高系統(tǒng)的適應(yīng)性。I2S(InterIC Sound)總線是
2、飛利浦公司為數(shù)字音頻設(shè)備之間的音頻數(shù)據(jù)傳輸而制定的一種總線標(biāo)準(zhǔn),該總線專責(zé)于音頻設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸,廣泛應(yīng)用于各種多媒體系統(tǒng)。I2S總線規(guī)范I2S總線擁有三條數(shù)據(jù)信號線: SCK: (continuous serial clock) 串行時(shí)鐘 對應(yīng)數(shù)字音頻的每一位數(shù)據(jù),SCK都有1個(gè)脈沖。SCK的頻率=2采樣頻率采樣位數(shù)。 WS: (word select) 字段(聲道)選擇 用于切換左右聲道的數(shù)據(jù)。WS的頻率采樣頻率。 SD: (serial data) 串行數(shù)據(jù) 用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的音頻數(shù)據(jù)。 對于系統(tǒng)而言,產(chǎn)生SCK和WS的信號端就是主導(dǎo)裝置,用MASTER表示,簡單系統(tǒng)示意圖如圖1所示:
3、 信號線I2S總線規(guī)范發(fā)送端產(chǎn)生SCK和WS接收端產(chǎn)生SCK和WS外置控制器產(chǎn)生SCK和WS,作為主導(dǎo)裝置,發(fā)送端成為在外部時(shí)鐘下的從屬裝置圖1、簡單系統(tǒng)配置信號線(續(xù))I2S總線規(guī)范串行數(shù)據(jù)(SD) I2S格式的信號無論有多少位有效數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)的最高位總是被最先傳輸(在WS變化(也就是一幀開始)后的第2個(gè)SCK脈沖處),因此最高位擁有固定的位置,而最低位的位置則是依賴于數(shù)據(jù)的有效位數(shù)。也就使得接收端與發(fā)送端的有效位數(shù)可以不同。如果接收端能處理的有效位數(shù)少于發(fā)送端,可以放棄數(shù)據(jù)幀中多余的低位數(shù)據(jù);如果接收端能處理的有效位數(shù)多于發(fā)送端,可以自行補(bǔ)足剩余的位(常補(bǔ)足為零)。這種同步機(jī)制使得數(shù)字音頻設(shè)
4、備的互連更加方便,而且不會造成數(shù)據(jù)錯(cuò)位。為了保證數(shù)字音頻信號的正確傳輸,發(fā)送端和接收端應(yīng)該采用相同的數(shù)據(jù)格式和長度。當(dāng)然,對I2S格式來說數(shù)據(jù)長度可以不同。信號線(續(xù))I2S總線規(guī)范字段(聲道)選擇(WS) 命令選擇線表明了正在被傳輸?shù)穆暤馈?WS為“1”表示正在傳輸?shù)氖亲舐暤赖臄?shù)據(jù)。 WS為“0”表示正在傳輸?shù)氖怯衣暤赖臄?shù)據(jù)。 WS可以在串行時(shí)鐘的上升沿或者下降沿發(fā)生改變,并且WS信號不需要一定是對稱的。在從屬裝置端,WS在時(shí)鐘信號的上升沿發(fā)生改變。WS總是在最高位傳輸前的一個(gè)時(shí)鐘周期發(fā)生改變,這樣可以使從屬裝置得到與被傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)同步的時(shí)間,并且使接收端存儲當(dāng)前的命令以及為下次的命令清除
5、空間。 基本的接口時(shí)序圖可以參看圖2所示: 信號線(續(xù))I2S總線規(guī)范圖2 典型的I2S信號最高位信號線(續(xù))I2S總線規(guī)范電壓規(guī)范輸出電壓: VL 2.4V 輸入電壓 VIL=0.8V VIH=2.0V注:目前使用的TTL電平標(biāo)準(zhǔn),隨著其他IC(LSI)的 流行,其他電平也會支持。I2S總線規(guī)范延遲特性 在I2s總線中,任何設(shè)備都可以通過提供必需的時(shí)鐘信號成為系統(tǒng)的主導(dǎo)裝置,而從屬裝置通過外部時(shí)鐘信號來得到它的內(nèi)部時(shí)鐘信號,這就意味著必須重視主導(dǎo)裝置和數(shù)據(jù)以及命令選擇信號之間的傳播延遲,總的延遲主要由兩部分組成: 外部時(shí)鐘和從屬裝置的內(nèi)部時(shí)鐘之間的延遲 內(nèi)部時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號以及命令選擇信號之間
6、的延遲 對于數(shù)據(jù)和命令信號的輸入,外部時(shí)鐘和內(nèi)部時(shí)的延遲不占據(jù)主導(dǎo)的地位,它只是延長了有效的建立時(shí)間(setup time)。延遲的主要部分是發(fā)送端的傳輸延遲和設(shè)置接收端所需的時(shí)間。見圖3和圖4: I2S總線規(guī)范延遲特性(續(xù))圖3 timing for I2S Transmitter圖4 timing for I2S ReceiverI2S總線規(guī)范T是時(shí)鐘周期,Tr是最小允許時(shí)鐘周期,TTr這樣發(fā)送端和接收端才能滿足數(shù)據(jù)傳輸速率的要求。對于所有的數(shù)據(jù)速率,發(fā)送端和接收端均發(fā)出一個(gè)具有固定的傳號空號比(markspace ratio)的時(shí)鐘信號,所以t LC和tHC是由T所定義的。 t LC和t
7、HC必須大于0.35T,這樣使信號在從屬裝置端可以被檢測到。延遲(tdtr)和最快的傳輸速度(由Ttr定義)是相關(guān)的,快的發(fā)送端信號在慢的時(shí)鐘上升沿可能導(dǎo)致tdtr不能超過tRC而使thtr為零或者負(fù)。只有tRC不大于tRCmax的時(shí)候(tRCmax:0.15T),發(fā)送端才能保證thtr大于等于0。為了允許數(shù)據(jù)在下降沿被記錄,時(shí)鐘信號上升沿及T相關(guān)的時(shí)間延遲應(yīng)該給予接收端充分的建立時(shí)間(set-up time)。數(shù)據(jù)建立時(shí)間(set-up time)和保持時(shí)間(holdtime)不能小于指定接收端的建立時(shí)間和保持時(shí)間。延遲特性(續(xù))I2S總線結(jié)構(gòu)配置發(fā)送端圖5 發(fā)送端硬件配置I2S總線結(jié)構(gòu)配置
8、發(fā)送端(續(xù)) 隨著WS信號的改變,導(dǎo)出一個(gè)WSP脈沖信號,進(jìn)入并行移位寄存器,從而輸出數(shù)據(jù)被激活。串行數(shù)據(jù)的默認(rèn)輸入是0,因此所有位于最低位(LSB)后的數(shù)據(jù)將被設(shè)置為0I2S總線結(jié)構(gòu)配置接收端圖6 接收端硬件配置I2S總線結(jié)構(gòu)配置接收端(續(xù)) 隨著第一個(gè)WS信號的改變,WSP在SCK信號的下降沿重設(shè)計(jì)數(shù)器。在“1 out of n”譯碼器對計(jì)數(shù)器數(shù)值進(jìn)行譯碼后,第一個(gè)串行的數(shù)據(jù)(MSB)在SCK時(shí)鐘信號的上升沿被存放進(jìn)入B1,隨著計(jì)數(shù)器的增長,接下來的數(shù)據(jù)被依次存放進(jìn)入B2到Bn中。在下一個(gè)WS信號改變的時(shí)候,數(shù)據(jù)根據(jù)WSP脈沖的變化被存放進(jìn)入左(聲道)鎖存器或者右(聲道)鎖存器,并且將B2
9、一Bn的數(shù)據(jù)清除以及計(jì)數(shù)器重設(shè),如果有冗余的數(shù)據(jù)則最低位之后的數(shù)據(jù)將被忽略。注意:譯碼器和計(jì)數(shù)器(虛線內(nèi)的部分)可以被一個(gè)n比特移位寄存器所代替。S3C44B0X I2S總線概述 S3C44B0X的IIS總線接口可作為一個(gè)編碼解碼接口與外部8/16位的立體聲音頻解碼電路(CODEC IC)相連,從而實(shí)現(xiàn)微唱片和便攜式應(yīng)用。它支持IIS數(shù)據(jù)格式和MSB-Justified 數(shù)據(jù)格式。IIS總線接口為先進(jìn)先出隊(duì)列FIFO的訪問提供DMA傳輸模式來取代中斷模式,可同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù),也可只發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。S3C2410X I2S總線特性 IIS、MSB-Justified格式兼容; 每通道 8/16
10、 位數(shù)據(jù)格式; 每通道有16 f s、32 f s、48 f s (fs為采樣頻率)的串行時(shí)鐘; 具有256 f s和384 f s的主時(shí)鐘; 具有為主時(shí)鐘和編碼解碼時(shí)鐘分頻的可編程分頻器; 支持32(216)字節(jié)發(fā)送和接收(FIFO); 具有正常和DMA兩種傳輸模式。S3C2410X I2S總線結(jié)構(gòu)圖7 IIS總線框圖各部分功能如下:S3C44B0X I2S總線結(jié)構(gòu)總線接口、寄存器組、和狀態(tài)機(jī)(BRFC):總線接口邏輯和FIFO的訪問由狀態(tài)機(jī)控制; 兩個(gè)三位的預(yù)分頻器(IPSR):一個(gè)被用作IIS總線接口的主時(shí)鐘發(fā)生器,另一個(gè)被用作外部編碼解碼的時(shí)鐘發(fā)生器; 16字節(jié)的FIFOs(TxFIF
11、O、RxFIFO):在發(fā)送數(shù)據(jù)的傳輸過程中,數(shù)據(jù)被寫入TxFIFO,在接收數(shù)據(jù)的傳輸過程中,數(shù)據(jù)從RxFIFO被讀出; 主IISCLK發(fā)生器(SCLKG):在主模式中,串行位時(shí)鐘由主時(shí)鐘(指IIS總線接口的主時(shí)鐘)產(chǎn)生; 通道發(fā)生器和狀態(tài)機(jī)(CHNC):IISCLK和IISLRCK由通道狀態(tài)機(jī)產(chǎn)生和控制; 16位移位寄存器(SFTR):在發(fā)送數(shù)據(jù)模式中,并行數(shù)據(jù)被移成串行數(shù)據(jù)輸出,在接收數(shù)據(jù)模式中,串行數(shù)據(jù)被移成并行數(shù)據(jù)輸入;S3C2410X I2S接口工作模式 單獨(dú)發(fā)送或接收模式 a、正常傳輸模式 FIFO隊(duì)列的就緒標(biāo)志位決定了CPU讀或?qū)戧?duì)列的時(shí)間。發(fā)送 隊(duì)列非空,隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒,標(biāo)
12、志位置1;發(fā)送隊(duì)列為 空,標(biāo)志位置0。接收隊(duì)列未滿,標(biāo)志位置1,指示隊(duì)列可接收數(shù) 據(jù);接收隊(duì)列滿,標(biāo)志位置0。當(dāng)CPU訪問發(fā)送或接收隊(duì)列 (FIFOs)時(shí),串行數(shù)據(jù)能夠被發(fā)送或接收。 b、DMA傳輸模式 發(fā)送或接收隊(duì)列的訪問由DMA控制器來完成。在發(fā)送或接收 模式中,DMA服務(wù)請求由隊(duì)列的就緒標(biāo)志位自動(dòng)給出。 發(fā)送和接收同時(shí)模式 IIS總線接口能夠同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。一個(gè)通道用正常傳輸模 式,另一通道用DMA傳輸模式。S3C2410X I2S音頻數(shù)據(jù)格式IIS-BUS格式MSB-Justified格式圖8 IIS總線和MSB-Justified格式數(shù)據(jù)接口格式兩種格式S3C2410X I2S音
13、頻數(shù)據(jù)格式表1 編解碼時(shí)鐘表2 可用的串行位時(shí)鐘頻率采樣頻率和主時(shí)鐘1、IIS控制寄存器 IISCON位位名稱描述初始狀態(tài) 8 Left/RightChannel Index(只讀) 0 左通道 1 右通道1 7 Transmit FIFOReady Flag(只讀) 0 發(fā)送FIFO沒有準(zhǔn)備好(空) 1 發(fā)送FIFO準(zhǔn)備好(不空)0 6 Receive FIFOReady Flag(只讀) 0 接收FIFO沒有準(zhǔn)備好(空) 1 接收FIFO準(zhǔn)備好(不空)0 5 Transmit DMA service Request Enable0 發(fā)送DMA請求禁止1 發(fā)送DMA請求使能0 4 Recei
14、ve DMA service Request Enable0 接收DMA請求禁止1 接收DMA請求使能0 3 Transmit Channel Idle Command在發(fā)送空閑狀態(tài),IISLRCK不激活(暫停發(fā)送),該位僅在IIS是Master時(shí)有效 0 IISLRCK產(chǎn)生 1 IISLRCK不產(chǎn)生0 2 Transmit Channel Idle Command在接收空閑狀態(tài),IISLRCLK不激活(暫停接收),該位僅在IIS是Master時(shí)有效 0 IISLRCK產(chǎn)生 1 IISLRCK不產(chǎn)生0 1 IIS Prescaler Enable0 預(yù)分頻器禁止 1 使能預(yù)分頻器0 0 IIS
15、 Interface Enable0 IIS禁止(停止) 1 IIS使能(啟動(dòng)) 0S3C44B0X I2S接口特殊功能寄存器IISCON 地址:0 x01D18000(Li/HW,Li/W,Bi/W) R/W 0 x01D18002(Bi/HW)表3 IIS控制寄存器IISCON2、IIS模式寄存器 IISMOD位位名稱描述初始狀態(tài) 8 Master/SlaveMode Select0主模式(IISLRCK和IISCLK輸出)1 從模式(IISLRCK和IISCLK輸入)0 7:6 Transmit/ Receive Mode Select00 不傳輸 01 接收模式10 發(fā)送模式 11 發(fā)
16、送/接收模式00 5 Active Level ofLeft/Right Channel0 左通道為低(右通道為高)1 左通道為高(右通道為低)0 4 Serial Interface Format0 IIS格式1 MSB-Justified0 3 Serial Data BitPer Channel0 8位1 16位0 2 Master Clock (CODECLK)Frequency Select0256 fs 1384 fs (fs:采樣頻率)0 1:0 Transmit Channel Idle Command0016 fs 0132 fs1048 fs 11N/A00S3C2410X
17、 I2S接口特殊功能寄存器IISMOD 地址:0 x01D18004(Li/HW,Li/W,Bi/W) R/W 0 x01D18006(Bi/HW)表4 IIS模式寄存器IISMODS3C2410X I2S接口特殊功能寄存器3、IIS比例因子寄存器 IISPSR位位名稱描述初始狀態(tài) 7 : 4 Prescaler Value A預(yù)分頻器A的比例因子clock_prescaler_A=MCLK/0 x0 3 : 0Prescaler Value B預(yù)分頻器B的比例因子clock_prescaler_B=MCLK/0 x0IISPSR 3:0 / 7:4 比例因子IISPSR 3:0 / 7:4
18、比例因子0000B21000B10001B41001B0010B61010B3*0011B81011B0100B101100B5*0101B121101B0110B141110B7*0111B161111B注:* 如果Prescaler的值位3、5、7,則占空比將不是50, 此種情況下,高電平H周期為0.5MCLK。IISPSR 地址:0 x01D18008(Li/HW,Li/W,Bi/W) R/W 0 x01D1800A(Bi/HW) 0 x001D1800B(Bi/B)表5 IIS比例因子寄存器IISPSR4、IIS隊(duì)列控制寄存器 IISFCONS3C2410X I2S接口特殊功能寄存器位
19、位名稱描述初始狀態(tài) 11發(fā)送FIFO存取模式虛字選擇0正常存取模式1 DMA存取模式0 10 接收FIFO存取模式選擇0正常接收模式1DMA接收模式0 9 發(fā)送FIFO使能位0 FIFO禁止1 FIFO使能0 8 接收FIFO使能位0 FIFO禁止1 FIFO使能0 7:4 發(fā)送FIFO數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)值數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)值08(只讀)000 3:0 接收FIFO數(shù)據(jù)技術(shù)值數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)值08(只讀)000IISFCON 地址:0 x01D1800C(Li/HW,Li/W,Bi/W) R/W 0 x01D1800E(Bi/HW)表6 IIS隊(duì)列控制寄存器 IISFCON5、IIS隊(duì)列寄存器 IISFIFS3C2410
20、X I2S接口特殊功能寄存器位位名稱描述初始狀態(tài) 15:0 FENTRYIIS的發(fā)送/接收數(shù)據(jù)0 x0IISFIF 地址:0 x01D18010(Li/HW) R/W 0 x01D18012(Bi/HW)表7 IIS隊(duì)列寄存器 IISFIF嵌入式音頻系統(tǒng)應(yīng)用圖9 S3C2410與UDA1314硬件電路連接硬件鏈接圖10 UDA1341內(nèi)部結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)選用第二組輸入音頻信號?硬件鏈接嵌入式音頻系統(tǒng)應(yīng)用音頻驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)音頻驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)分為4個(gè)部分:初始化、打開設(shè)備 主要完成對UDA1341音量、采樣頻率、L3接口等的初始化, 并且注冊設(shè)備。DSP驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn) DSP驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了音頻數(shù)據(jù)的傳輸即播放
21、和錄音的數(shù)據(jù)傳輸。 同時(shí)提供ioctl對UDA1341中的DAC和ADC采樣率進(jìn)行控制。 MIXER 驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn) MIXER驅(qū)動(dòng)只控制混音效果,并不執(zhí)行讀寫操作所以 MIXER的文件操作結(jié)構(gòu)只實(shí)現(xiàn)了1個(gè)ioctl調(diào)用提供給上層設(shè)置 CODEC的混音效果。 設(shè)備的釋放 設(shè)備的卸載由注銷函數(shù)close()來完成。注銷函數(shù)使用注冊 時(shí)得到的設(shè)備號,同時(shí)釋放驅(qū)動(dòng)程序使用的各種系統(tǒng)資源如 DMA和緩沖區(qū)等。嵌入式音頻系統(tǒng)應(yīng)用嵌入式音頻系統(tǒng)應(yīng)用應(yīng)用程序編寫的注意事項(xiàng)(1)和所有應(yīng)用程序一樣,在程序編寫中不要賣弄編程技巧,清晰的結(jié)構(gòu)有助于提高程序的穩(wěn)定性和可維護(hù)性。(2)打開音頻設(shè)備文件時(shí)盡可能使用O_RDONLY或者O_WRONLY標(biāo)識位,有助于提高程序的速度,只有在應(yīng)用程序既能進(jìn)行錄音操作也進(jìn)行回放操作時(shí)才能使用O_RDWR標(biāo)識位。(3)嵌入式芯片中對不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分配的字節(jié)數(shù)都不一樣,進(jìn)行音頻數(shù)據(jù)處理時(shí)要小心數(shù)據(jù)截?cái)?。要注意音頻數(shù)據(jù)使用的低位優(yōu)先格式還是高位優(yōu)先格式。(4)一般而言,
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