基于IIS總線的嵌入式音頻系統(tǒng)設計
摘要：介紹了基于IIS總線的嵌入式音頻設備的硬件體系結構及其Linux驅動程序的設計。在音頻驅動程序設計綜合使用了DMA、分段多緩存區(qū)和內存映射技術以提高系統(tǒng)性能，滿足音頻實時性的要求。關鍵詞：音頻設備驅動程序 IIS總線 嵌入式Linux DMA 內存映射
嵌入式音頻系統(tǒng)廣泛應用于GPS自動導航、PDA、3G手機等嵌入式領域，但目前國內在這方面的研究較少。
音頻系統(tǒng)設計包括軟件設計和硬件設計兩方面，在硬件上使用了基于IIS總線的音頻系統(tǒng)體系結構。IIS(Inter-IC Sound bus)又稱I2S，是菲利浦公司提出的串行數(shù)字音頻總線協(xié)議。目前很多音頻芯片和MCU都提供了對IIS的支持。
在軟件上，作為一個功能復雜的嵌入式系統(tǒng)，需要有嵌入式操作系統(tǒng)支撐。Linux是一個源代碼開放的類UNIX系統(tǒng)，由于其具有內核可裁剪性，且提供對包括ARM、PPC在內的多種嵌入式處理器的支持，所以廣泛應用于嵌入式高端產品中。雖然Linux提供了眾多API來降低驅動程序制作的復雜度，但是由于音頻應用對實時性有很高的要求，且需要處理的數(shù)據(jù)量較大，所以必須合理分配資源，使用合適的算法。本文針對三星公司的S3C44B0 ARM處理器構造了基于lis的音頻系統(tǒng)，并介紹了該音頻系統(tǒng)基于Linux2．4．0內核的驅動程序構造技術。
1 硬件體系結構
IIS總線只處理聲音數(shù)據(jù)。其他信號(如控制信號)必須單獨傳輸。為了使芯片的引出管腳盡可能少，IIS只使用了三根串行總線。這三根線分別是：提供分時復用功能的數(shù)據(jù)線、字段選擇線(聲道選擇)、時鐘信號線。
在三星公司的ARM芯片中，為了實現(xiàn)全雙工模式，使用了兩條串行數(shù)據(jù)線，分別作為輸入和輸出。此外三星公司的IIS接口提供三種數(shù)據(jù)傳輸模式：
· 正常傳輸模式。此模式基于FIFO寄存器。該模式下CPU將通過輪詢方式訪問FIFO寄存器，通過IISCON寄存器的第七位控制FIFO。
· DMA模式。此模式是一種外部設備控制方式。它使用竊取總線控制權的方法使外部設備與主存交換數(shù)據(jù)，從而提高系統(tǒng)的吞吐能力。
在三星公司的ARM芯片中有4個通道DMA控制器用于控制各種外部設備，其中IIS與其他串行外設共用兩個橋聯(lián)DMA(BDMA)類型的DMA通道。通過設置CPU的IISFCON寄存器可以使IIS接口工作在DMA模式下。此模式下FIFO寄存器組的控制權掌握在DMA控制器上。當FIFO滿時，由DMA控制器對FIFO中的數(shù)據(jù)進行處理。DMA模式的選擇由IISCON寄存器的第四和第五位控制。
· 傳輸／接收模式。該模式下，IIS數(shù)據(jù)線將通過雙通道DMA同時接收和發(fā)送音頻數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)使用該數(shù)據(jù)傳輸模式。
圖1是44BOX芯片與菲利浦公司的UDAl341TS音頻芯片的連接示意圖。
在這個體系結構中，為了實現(xiàn)全雙工，數(shù)據(jù)傳輸使用兩個BDMA通道。數(shù)據(jù)傳輸(以回放為例)先由內部總線送到內存，
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