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七 ARM9(S3C2440)的IIS-理論知識及程序實例

作者: 時間:2016-11-27 來源:網絡 收藏
IIS(Inter-IC Sound)由飛利浦公司開發,是一種常用的音頻設備接口,主要用于CD、MD、MP3等設備。

本文引用地址:http://cqxgywz.com/article/201611/322172.htm

s3c2440一共有5個引腳用于IIS:IISDO、IISDI、IISSCLK、IISLRCK和CDCLK。前兩個引腳用于數字音頻信號的輸出和輸入,另外三個引腳都與音頻信號的頻率有關,可見要用好IIS,就要把信號頻率設置正確。IISSCLK為串行時鐘,每一個時鐘信號傳送一位音頻信號,因此IISSCLK的頻率=聲道數×采樣頻率×采樣位數,如采樣頻率fs為44.1kHz,采樣的位數為16位,聲道數2個(左、右兩個聲道),則IISSCLK的頻率=32fs=1411.2kHz。IISLRCK為幀時鐘,用于切換左、右聲道,如IISLRCK為高電平表示正在傳輸的是左聲道數據,為低電平表示正在傳輸的是右聲道數據,因此IISLRCK的頻率應該正好等于采樣頻率。由于IIS只負責數字音頻信號的傳輸,而要真正實現音頻信號的放、錄,還需要額外的處理芯片(在這里,我們使用的是UDA1341),CDCLK為該芯片提供系統同步時鐘,即編解碼時鐘,主要用于音頻的A/D、D/A采樣時的采樣時鐘,一般CDCLK為256fs或384fs。

通過以上分析可以發現,采樣頻率fs對頻率的設置至關重要。而fs不是任意設置的,一般基于不同的應用場合和聽覺效果,而設置不同的幾個固定的值,如8kHz、16kHz、22.05kHz、44.1kHz、48kHz、96kHz等。為了使系統得到以fs為基數的各類時鐘信號,就要重新調整系統時鐘。s3c2440用于IIS的時鐘源有PCLK和MPLLin,我們這里選擇PCLK作為IIS的時鐘源。PCLK經過兩個預分頻器處理后分別得到IISSCLK、IISLRCK和CDCLK(預分頻器A得到IISSCLK、IISLRCK,預分頻器B得到CDCLK)。寄存器IISPSR是IIS預分頻器寄存器,5~9位是預分頻器A,0~4位是預分頻器B,一般來說,這兩個預分頻器的值N相等,即只要知道一個,另一個也就知道,而這里我們是通過CDCLK來計算預分頻器B的值N的,即CDCLK=PCLK / (N+1)。PCLK與FCLK有一定的比例關系,而FCLK又是由輸入頻率Fin得到。在這里,我們為了簡化計算,不改變PCLK與FCLK的比例關系(即維持在啟動代碼中定義的1:8的關系),那么由Fin而得到CDCLK一共涉及到四個參數:MDIV、PDIV、SDIV和前面公式中的N,涉及到的寄存器有MPLLCON和IISPSR。因此要得到這四個參數值,就需要一點耐心地計算,原則是誤差最小,其中需要注意的是,計算的結果(包括中間過程的結果)不要溢出,即不要超過32位。例如Fin為12MHz,我們設置采樣頻率fs=44.1kHz,而CDCLK=384fs=16.9344MHz,那么經過計算,最終得到N=3,MDIV=150,PDIV=5,SDIV=0,即IISPSR = (3<<5) | 3;,MPLLCON = (150<<12) | (5<<4) | 0;。(我覺得可以根據要播放的文件的采樣頻率先固定幾個變量,然后再求出剩余的)

s3c2440有關IIS的寄存器除了IISPSR外,還包括IIS控制寄存器IISCON,主要用于控制數據傳輸的方式、預分頻器和IIS接口是否開啟;IIS模式寄存器IISMOD,主要用于設置IIS的時鐘源、主從方式、接收發送方式、串行接口方式、每個聲道串行數據位數和各種頻率值;IIS的FIFO接口寄存器IISFCON用于設置和判斷數據傳輸的FIFO狀態;而寄存器IISFIFO則用于音頻數據的傳輸。

由于s3c2440要實現IIS的錄、放音,還需要UDA1341芯片,因此我們再簡要介紹一下這個芯片的使用。s3c2440與UDA1341之間除了我們前面介紹過的IIS接口相連接外,還有一個稱之為L3總線的連接,用于s3c2440配置UDA1341內部的寄存器。由于s3c2440不具備L3總線接口,因此我們是用三個通用IO口來模擬L3,從而實現L3總線的傳輸。UDA1341有兩種模式:地址模式和數據傳輸模式。地址模式表示傳輸的是地址信息,它的高6位永遠是000101,低兩位表示的是傳輸的模式,是狀態模式、數據0模式還是數據1模式,其中狀態模式主要用于配置UDA1341的各類初始狀態,數據模式主要用于改善音頻輸入、輸出的效果。

下面介紹一下L3總線接口

L3就是line 3(3條線)的意思,它只有L3DATA(數據線:用于傳輸數據)、L3MODE(模式線:用于選擇模式)、L3CLOCK(時鐘線:用于傳輸時鐘)。L3一共有兩個模式:地址模式和數據傳輸模式,先傳輸地址模式數據,再傳輸數據模式數據。L3MODE為低時是地址模式,L3MODE為高時是數據傳輸模式。L3DATA和L3CLOCK相互作用,完成8位數據的傳輸,傳輸的順序是先低位數據,再高位數據。

地址模式是用于選擇設備和定義目標寄存器,在這種模式下,8位數據的含義是:高6位是設備地址(UDA1341的地址為000101),低兩位是后面數據模式下寄存器的類型(00:DATA0,01:DATA1,10:STATUS)。只要沒有再改變地址模式下的數據,則數據模式下的數據始終是傳輸到上一個地址模式所定義的寄存器內。

在傳輸數據模式下,STATUS是用于設置復位,系統時鐘頻率、數據輸入模式、DC濾波等內容。DATA0分為直接尋址模式和擴展尋址模式,直接尋址模式是直接進行模式的控制,包括音量、靜音等等,而擴展尋址模式是在直接尋址模式下先設置3位擴展地址,再在直接尋址模式下設置5位擴展數據。在DATA1下,可以讀取到被檢測峰值。

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在該實驗中我們播放的是wav文件,所以要想正確的播放文件,我們必須對wave文件有一些了解。

我們用的wave文件是wav格式轉化成的C語言文件,實際上就是一個數組,該文件可以通過Advanced MP3 WMA Recorder軟件錄音生成wav格式音頻文件,然后通過軟件WinHex生成我們需要的C文件,我在實驗中保存為.h的頭文件添加到該程序中。

下面是wave格式文件介紹:

一、綜述
WAVE文件作為多媒體中使用的聲波文件格式之一,它是以RIFF格式為標準的。
RIFF是英文Resource Interchange File Format的縮寫,每個WAVE文件的頭四個字節便是“RIFF”。
WAVE文件是由若干個Chunk組成的。按照在文件中的出現位置包括:

1、RIFF WAVE Chunk,

2、Format Chunk,

3、Fact Chunk(可選),

4、Data Chunk。

具體見下圖:

------------------------------------------------
|RIFF WAVE Chunk|
|ID= RIFF|
|RiffType = WAVE|
------------------------------------------------
|Format Chunk|
|ID = fmt |
------------------------------------------------
|Fact Chunk(optional)|
|ID = fact|
------------------------------------------------
|Data Chunk|
|ID = data|
------------------------------------------------

其中除了Fact Chunk外,其他三個Chunk是必須的。每個Chunk有各自的ID,位于Chunk最開始位置,作為標示,而且均為4個字節。并且緊跟在ID后面的是Chunk大
小(去除ID和Size所占的字節數后剩下的其他字節數目),4個字節表示,低字節表示數值低位,高字節表示數值高位。下面具體介紹各個Chunk內容。所有數值表示均為低字節表示低位,高字節表示高位。

二、具體介紹
RIFF WAVE Chunk
==================================
||所占字節數|具體內容|
==================================
| ID|4 Bytes |RIFF|
----------------------------------
| Size|4 Bytes ||
----------------------------------
| Type|4 Bytes |WAVE|
----------------------------------
圖2RIFF WAVE Chunk

以FIFF作為標示,然后緊跟著為size字段,該size是整個wav文件大小減去ID和Size所占用的字節數,即FileLen - 8 = Size。然后是Type字段,為WAVE,表示是wav文件。
結構定義如下:
struct RIFF_HEADER
{
charszRiffID[4];// R,I,F,F
DWORDdwRiffSize;
charszRiffFormat[4];// W,A,V,E
};

Format Chunk

字節數具體內容

| ID|4 Bytes|‘fmt’

| Size|4 Bytes| 數值為16或18,18則最后又附加信息
| FormatTag|2 Bytes| 編碼方式,一般為0x000
| Channels|2 Bytes| 聲道數目,1--單聲道;2--雙聲道
|SamplesPerSec |4 Bytes| 采樣頻率

| AvgBytesPerSec|4 Bytes| 每秒所需字節數===> WAVE_FORMAT
| BlockAlign|2 Bytes| 數據塊對齊單位(每個采樣需要的字節數)

| BitsPerSample |2 Bytes| 每個采樣需要的bit數|2 Bytes | 附加信息(可選通過Size來判斷有無)

圖3Format Chunk

以fmt 作為標示。一般情況下Size為16,此時最后附加信息沒有;如果為18則最后多了2個字節的附加信息。主要由一些軟件制成的wav格式中含有該2個字節的附加信息。


結構定義如下:
struct WAVE_FORMAT
{
WORDwFormatTag;
WORDwChannels;
DWORDdwSamplesPerSec;
DWORDdwAvgBytesPerSec;
WORDwBlockAlign;
WORDwBitsPerSample;
};
struct FMT_BLOCK
{
charszFmtID[4];// f,m,t,
DWORDdwFmtSize;
WAVE_FORMATwavFormat;
};


Fact Chunk
==================================
||所占字節數|具體內容|
==================================
| ID|4 Bytes |fact|
----------------------------------
| Size|4 Bytes |數值為4|
----------------------------------
| data|4 Bytes ||
----------------------------------
圖4Fact Chunk

Fact Chunk是可選字段,一般當wav文件由某些軟件轉化而成,則包含該Chunk。
結構定義如下:
struct FACT_BLOCK
{
charszFactID[4];// f,a,c,t
DWORDdwFactSize;
};

Data Chunk
==================================
||所占字節數|具體內容|
==================================
| ID|4 Bytes |data|
----------------------------------
| Size|4 Bytes ||
----------------------------------
| data|||
----------------------------------
圖5 Data Chunk

Data Chunk是真正保存wav數據的地方,以data作為該Chunk的標示。然后是
數據的大小。緊接著就是wav數據。根據Format Chunk中的聲道數以及采樣bit數,
wav數據的bit位置可以分成以下幾種形式:
|單聲道|取樣1|取樣2|取樣3|取樣4|8bit量化 |聲道0|聲道0|聲道0|聲道0

|雙聲道|取樣1|取樣2

|8bit量化 |聲道0(左)|聲道1(右) |聲道0(左) |聲道1(右)

取樣1|取樣2|
|單聲道|

| 16bit量化 |聲道0|聲道0|聲道0|聲道0|(低位字節)|(高位字節)|(低位字節)|(高位字節)

取樣1

|雙聲道|------------------------------------------------
| 16bit量化 |聲道0(左)|聲道0(左) |聲道1(右)|聲道1(右)
|(低位字節)| (高位字節)| (低位字節)| (高位字節)
圖6 wav數據bit位置安排方式

Data Chunk頭結構定義如下:
struct DATA_BLOCK
{
charszDataID[4];// d,a,t,a
DWORDdwDataSize;
};

看完上面這些我們應該要清楚在文件的開始地址偏移0x18(24)處是文件的采樣頻率,0x16(22)處是聲道,0x2c(44)處才是真正的wave數據,也就是我們要播放的數據。

下面是UDA1314通過IIS接口的放音程序

#include"2440addr.h"
#include"WindowsXP_Wav.h"
#include"What_are_words.h"
#include"def.h"
//L3接口

#define L3C (1<<4)//GPB4 = L3CLOCK

#define L3D (1<<3)//GPB3 = L3DATA

#define L3M (1<<2)//GPB2 = L3MODE


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關鍵詞: ARM9S3C2440II

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