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1、第十四章 数字音频信号（I2S）介绍和S3C2410的I2S控制,数字音频信号（I2S）介绍数字音频信号是相对模拟音频信号来说的。我们知道声音的本质是波，人能听到的声音的频率在0.0220kHz之间。数字音频信号是对模拟信号的一种量化(如图14-1)，典型方法是对时间坐标按相等的时间间隔做采样，对振幅做量化。单位时间内的采样次数称为采样频率。这样一段声波就可以被数字化后变成一串数值，每个数值对应相应抽样点的振幅值，按顺序将这些数字排列起来就是数字音频信号了。这是ADC(模拟-数字转换)过程，DAC(数字-模拟转换)过程相反，将连续的数字按采样时候的频率顺序转换成对应的电压。音频ADC/DAC通
2、俗一点来讲就是录音(音频ADC)和放音(音频DAC)。放音是数字音频信号转换成模拟音频信号，以驱动耳机、功放等模拟音响设备，而录音则是要将麦克风等产生的模拟音频信号转换成数字音频信号，并最终转换成计算机可以处理的通用音频文件格式。,I2S总线是近年出现的一种面向多媒体计算机(Multimedia PC)的音频总线，该总线专门用于音频设备之间的数据传输，为数字立体声提供一个连接至标准编码解码器的总线。S3C2410内置一个I2S总线控制器，该控制器实现了到一个外部8/16位立体声音频CODEC IC的接口。支持I2S总线数据格式和MSB-justified数据格式。此控制器包含FIFO，支持DM
3、A传输模式。I2S总线控制器结构如图14-2所示:,图14-1 模拟音频信号数字化,其中：两个5 bit预除器(IPSR)。一个(IPSR_A)用于产生I2S总线接口的主时钟，另外一 个(IPSR_B)用作外部CODEC时钟产生器。十六字节FIFO。在发送数据时数据被写进TXFIFO，在接收数据时数据从RXFIFO中读取。主IISCLK产生器(SCLKG)：在主模式，由主时钟产生串行移位时钟。通道产生器和状态寄存器(CHNC)：IISCLK和IISLRCK由通道状态寄存器产生并控制。16 bit移位寄存器(SFTR)：在发送数据时，并行数据经由SFTR变成串行数据输出，在接收数据时，串行数据由
4、SFTR转变成并行数据。UDA1341是飞利浦公司的一款经济型音频CODEC，用于实现模拟音频信号的采集(音频AD)和数字音频信号的模拟输出(DA)，并通过I2S数字音频接口，实现音频信号的数字化处理。,图14-2 I2S总线控制器结构图,14.2 I2S 控制寄存器S3C2410 I2S相关的寄存器包括I2S控制寄存器IISCON，I2S模式寄存器IISMOD和I2S分频寄存器IISPSR。I2S控制寄存器及其各位的定义如表14-1和表14-2所列。,表14-1 I2S控制寄存器,表14-2 I2S控制寄存器IISCON各位的定义,表14-4 I2S模式寄存器IISMOD各位的定义,I2S模
5、式寄存器及其各位的定义如表14-3和表14-4所列。,I2S分频寄存器及其各位的定义如表14-5和表14-6所列。,表14-6 I2S分频寄存器IISPSR各位的定义,14.3 WAV声音格式文件 WAV声音格式文件是Windows环境下的一种常用音频文件格式，它依循着一种称为“资源互换文件格式”(Resources Interchange File Formal)的结构，简称RIFF。RIFF可以看做是一种树状结构，其基本构成单位为“块”（chunk），犹如树状结构中的节点，每个chunk由“辨别码”、“数据大小”及“数据”所组成。WAV为WAVEFORM(波形)的缩写。“RIFE”的格式辨
6、别码为“WAVE”。整个文件由两个chunk所组成：辨别码及“Data”。在“fmt”chunk下包含了一个PCMWAVEFORMAT数据结构，在其之后是原始声音的采样数据，这些数据是可以直接送到IIS总线的数字音频信号。一个典型的WAV格式文件结构如图14-3所示。,它包含8字节RIFF头、4字节数据类型“WAVE”、0 x18字节的“fmt”chunk和4字节数据“data”chunk。因此，WAV文件中从下式中的sizeoff开始的四个字节表示声音数据的大小，dataoff开始的位置为具体的声音数据。sizeoff=0 x8+0 x4+0 x18+0 x4dataoff=0 x8+0 x
7、4+0 x18+0 x8,图14-3 典型的WAV格式文件结构图,14.4 I2S控制程序编写1，系统初始化I2S时钟从系统时钟分频得到，由于音频比系统时钟频率低很多，必须对系统时钟进行适当的降频处理，下面的代码降系统PCLK到33MHx，然后对串口进行初始化。ChangeClockDivider(1,1):/1:2:4ChangeMPllValue(Ox96,0 x5,0 x1);/FCLK=135.428571MHz(PCLK=33.857142MHz)Uart_Init(33857142,115200);I2S用到的端口有G和E，所以使用这些端口前要把这些端口状态保存起来，使用完毕再恢复
8、这些端口原状态。save_ G=rGPGCON;save_ E=rGPECON;save_ PG=rGPGUP;save_ PE=rGPEUP;,I2S可以采用DMA中断方式进行语音录音和播放，因此需要设置DMA中断向量。pISR_DMA2=(unsigned)DMA2_Done；然后获取语音数据及其大小以及采样频率。其中_IIS_WAV_是一个数组，它定义在iis_wave.h文件中，它是从一个完整的wav文件转换来的，因此，从中可以获得采样数据大小以及采样频率等信息，其中采样频率位于fmt chunk的第0 x0c个字节开始的四个字节中。Buf=(unsigned char*)_IIS_W
9、AV_;size=*(Buf)+0 x28)|*(buf)+0 x29)8|*(buf)+0 x2a)16|*(buf)+0 x2b)24;fs=*(Buf)+0 x28)|*(buf)+0 x29)8|*(buf)+0 x2a)16|*(buf)+0 x2b)24;,2，播音程序编写：首先初始化UDA1341，设置为播音模式。Init1341(PLAY);接着进行DMA初始化。/DMA2初始化rDISRC2=(int)(buf+0 x2c);rDISRCC2=(01)+(00);/源地址位于系统总线(AHB),地址递增rDIDST2=(U32)IISFIFO);/IISFIFOrDIDSTC
10、2=(11)+(10);/目的地址位于外设总线(APB),地址固定rDCON2=(131)+(130)+(129)+(128)+(127)+(124)+(123)+(122)+(120)+(size/4);/1010 0000 1001 xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx,/Handshake31,Sync,PCLK30,CURR_TC,Interrupt,Request29,Single,Tx28,Single,service/I2SSD026:24,DMA source selected23,Auto-reload22,Half-word21:20,size/219:0 rD
11、MASKTRIG2=(02)+(11)+(00);/No-stop2,DMA2 channel On1,No-sw trigger0然后I2S初始化并启动I2S功能。/IIS Initializeif(fs=44100)/11.2896MHz(256fs)rIISPSR=(25)+2;/Prescaler A,B=2-FCLK 135.4752MHz(1:2:4)else/fs=22050,5.6448MHz(256fs)rIISPSR=(55)+5;/Prescaler A,B=5-FCLK 135.4752MHz(1:2:4),rIISCON=(1start piling/IIS Tx S
12、tartrIISCON|=0 x1;/I2S接口启动rINTMSK/取消DMA2中断屏蔽，等播放完毕后DMA2中断,I2S启动后，将来用DMA中断方式播放语音数据，播放完毕后将引发DMA2中断，在其中断处理函数中将dma2_done设置为非零，因此，在主程序中可以通过判断dma2_done是否为0决定播放是否结束：dma2_done=0;while(dma2_done=0)Delay(1);dma2_done=0;PRINTF(“播放结束n”);语音播放结束，通知I2S，并恢复寄存器设置，关闭中断并将时钟恢复。/IIS Tx StopDelay(10);/for end of H/W TxrI
13、ISCON=0 x0;/I2S Interface stoprDMASKTRIG2=(12);/DMA2 stoprIISFCON=0 x0;sine=0;,rGPGCON=save_G;rGPECON=save_E;rGPGUP=save_PG;rGPEUP=save_PE;rINTMSK|=（BIT_DMA2);ChangeMPllValue(0 xa1,0 x3,0 x1);/FCLK=202.8MHzUart_Init(0,115200);mute=1;,3，录音程序编写：录音程序在初始化等动作上与放音类似，代码如下所示：void Record_ Iis(void)unsigned i
14、nt save_G，save_ E,save_PG,save_PE;Uart_TxEmpty(0):ChangeClockDivider(1,1);/1:2:4 ChangeMP11Value(0 x96,0 x5,0 x1);/FCLK=135428571Hz,PCLK=3.385714MHz Uart_Init(33857142,115200);PRINTF(“-录音测试-n”);PRINTF(1请接上耳机和麦克风n);save_G=rGPGCON;save_E=rGPECON;save_ P=rGPGUP;save_PG=rGPEUP;IIS_portSetting();,录制的声音数据
15、保存与rec_ buf中，录制长度为REC_LEN:/Record Buf initialize,Non-cacheable area=0 x310000000 x33feffff rec_buf=(unsigned short*)0 x31000000;pISR_BMA2=(unsignedDMA2_Rec_Dane;rINTMSK/0 x31000000,rDCON2=(131)+(030)+(129)+(028)+(027)+(124)+(123)+(122)+(120)+REC_LEN;/Handshake,sync PCLK,TC int,single tx,single servi
16、ce,12SSDI,I2S Rx request,/Off-reload,half-word,0 x50000 half word.rDMASKTRIG2=(02)+(11)+0;/No-stop,DMA2 channel on,No-sw trigger,/IIS Tnitialize,Master,Rx,L-ch=low,IIS,l6bit ch,CDCLK=256fs,IISCL,rIISMOD=(0start piling 开始录音:PRI NTF(2开始录音n);/Rx start rIISCON=0 xl;录音完毕将引发DMA2中断，如下代码等待录音结束:,While(!Rec_D
17、one)Delay(1);rINTMSK=BIT_ DMA2;Rec_ Done=0;PRINTF(“录音完毕n”);/IIS Stop Delay(10);/For end of H/W Rx rIISCON=0 x0;/IIS stop rDMASKTRIG2=(12);/DMA2 stop rIISFCON=0 x0;/For FIF0 flush,第十四章习题和练习1，简单回答什么是数字音频的采样频率和采样精度?数字音频的编码有几种？数字音频控制寄存器有几个？各有什么作用？简单说明音频芯片UDA1341的使用。IIS使用系统时钟为什么要降频？IIS使用系统哪几个I/O口？IIS使用DMA中断，如何设置DMA中断向量？如何进行DMA初始化？如何进行IIS初始化和使能IIS？10，仔细阅读例子程序，学会IIS录音和放音程序编写。,
