嵌入式系统中的IIS音频接口技术的研究

1、IIS 音频接口技术的争辩 (1)2022-03-09 19:50:40 刘亚波 丁德红 来源:单片机与嵌入式系统关键字：IIS 总线 音频接口 嵌入式系统 音频驱动IIS总线IIS(Integrate InteRFace of Sound)80 年月首先被Philips 公LRCLK(LeftRight CLOCK)的信号机制中经过多路转换，将两路音频信号合成单一的数据队列。当LRCLK 为高时，左声道数据被传输； LRCLK 为低时，右声道数据被传输(也可以反过来，凹凸与左右声音的对应可以自定义)。对于多通道系统，在同样的BCLK 和 LRCLK 条件下，并行执行几个数据队列也是可能的。由

2、IIS、PCM 和类似的音频接口不能供给存放器入口，因此需要独立的把握接口。IIS 总线4 1 所示，包括串行数据输入(IISDI)、串行数据输出(IISD0)、左右声道选择(IISLRCK)和串行数据时钟(IISCLK)IISLRCK IISCLK 的是主设备。IIS音频驱动实现3 种模式：MDDPDD 模式、Wavedev2 模式、UAM 模式。它们一样的地方很明显：接口一样，都是流驱动，透过流接口与上层的waveapi.dll交互。1 MDDPDD 模式是最早的模式，也是其他驱动常见的分层模式。假设使用CE 供给的MDD(wavemdd1ib)，会受到一些限制：仅支持一个设备；一个设置仅

3、支持一个 MDD，突破以上这些限制。2 Wavedev2 2022 年的Smartphone 工程产生了的要求，这些需求需要大改MDDPDD。比方上面的限制2，依据CE 的开发历史，此时waveapidll 也不支持software mixeCE 的多媒体开发团队设计了Wavedev2 模式。这是一个单体(不分层)的驱动模式，平台相关的模块都hwctxth 和hwetxtcpp 中，此外还参加了midi 支持、software mixer 支持、SPDlF 接口、gain class 接口、forcespeaker 接口，等等。因此，开发Smartphone 或者PPC，这个模式是挺适合的。3

4、 UAM 模式，即统一音频模式(Unified AudioModel)，在开发WinCE42 时，要增加对DirectSound 的支持，而且有一些音频设备是支持硬件mixer 的，对此使用UAM 是很好的选择。本测试承受MDDPDD 的驱动构造，下面表达本驱动的关键点。DMA把握及驱动通俗地讲，DMA(直接内存存取)CPU 干扰也不消耗CPU 自动地从系统总线搬到IIS 总线上；假设音频平均按采样频率441 kHz、16 位字长、左右2 1.411 Mbps13Mbps，所以承受DMA 传输格外必要。时钟配置只要位时钟和采样时钟能匹配好，IIS 数据格式主从全都，DMA 配置好，音频就可以工

5、作了。IIS 3 IIS 格式。声音听起来“怪怪地”，就是数据1 所列。IIS IIS 主设备时钟频率是由IIS 预分频器产生的(IIS 主设备时钟频率=MCLK预分频器值)，因此必需选择适宜的预分频器的值和CODECLK(256或者384fsIISLRC(IISLRCK频率=IIS 主设备时钟频率CODECLK 的采样频率类型)；串行位采样频率类型(163248fs)可以通过配置每个通道的串行位数和CODECLK 采样频率类型来完成，它们之间的关系如2 所列。16934 4 MHz384 441kHz(采样频率就是这么来的)。位时钟频率=采样频率数据位2=441 kHz162=1411 MH

6、z对于其他频率的晶振或是来自于总线的时钟频率IISC0N 中的分频系数了，以最大限度拟合CODECLK。CODEC把握目前有SPII2C L3 三种总线把握CODECL3 总线(L3MODEL3CLOCKL3DATA) 都是由通用的IO 端口来把握的。其中L3 接口实际上是一种串行接口，它由3 根信号线 C0DEC UDAl341TS 就是承受L3 接口的。L3DATA：处理器接口数据线。L3MODE：处理器接口模式信号线。L3CLOCK：处理器接口时钟信号线。三种把握方式中以I2C 最为常见。其中I2C 又分为存放器方式和IO 模拟方式两种，IO 模拟方式的可移植性好，仅I0 模拟方式的I2

7、C 8 位、9 位、16 位，以及是否带子地址、是否可以连读连写、是否要兼容SCCB 总线。音量把握节点2 是音量把握节点的一般模型。0dB。也就是说，最多只能复原出原信号强度。和处的增益由Coded IC 自身把握，WM8731 没有产生增益功能，处简洁引入信号失真，一般置为O dB，codec 加大音量时主要在处提高增益。、处由功放打算，最大也是O dB，便携式功放通常是电流型，靠放大电流去推动扬声器。+三处的增益和超过O dB 时，1 kHz 的信号就会产生失真，但是大局部音乐的1 kHz 测试方波时的强度，所以这三项的和可以比O dB 略大，但不能太大，否则会引起信号失真。应用程序通过

8、调用waveOutSetVolume，与手工在把握面板中调整音量等效。调整MediaPlay 播放器音量时，通过消息跟踪可以推断是否转变了处的增益，即ARM的DSP 数字输出增益。调整把握面板里的音量时，会觉察CODEC 的功放存放器值也会转变。猜测是通过IIS 总线实现把握相关存放器，由于在IoControl 消息中没有觉察通过I2C 改写任何存放器。通过分析调整音量的方法，有图2 5 个节点可把握，目的是音量最大失真最小：PCM Volume 0 dB(此处放大最简洁引入失真)，功 10THD(Total Hamonic Distortion，总谐波失真)，此种状况下主要靠调整处的增益。提

9、高音量的有效方法在C0DEC (不同的喇叭效果大不一样)。口径大小不等，纸盆有深有浅。在选择喇叭时一般要求功放的额定功率是喇叭额定 2 倍以上，喇叭的实际最大承受功率是其额定输出功率的23 倍。喇叭的灵敏度参数很重要，一般是O1 W 85 dB 左右，还要看额定功率时的灵敏度。灵敏度用来衡量将的低灵敏度无益于电阻丝“发热不出声”。提高功放电压，依据P=UUR，很小的提升电压，就能获得平方级的功率提升。如4 V6V225倍。改善音腔设计。原则上不建议以牺牲保真度来换取音量。如不得已而为之，使用时也要严格把握在THD64H，将限制带通特性；假照实际感抗20 Hz，此时又会引入噪声。所以，选择扬64

10、H；对于AB 类功放，则不作严格要求。332 音腔设计好的音腔，同样的功率下，音量会更大。音腔内要平，不要有凹凸不平的落差感。1520(手机中常用的)。“V型出音，效果较好。箱子里面的声音要小很多的缘由全都。要留O2 mm 的泡棉。前音腔主要对高频声音有所影响，对于SPL(SoundPressure Level，声压级)影响不是太大。2 后音腔使得扬声器在低频可以得到更好的效果。前音腔和出音孔要设计合理、恰当：前音腔和出声孔形成一个Helmholtz 共鸣器，会在某个频率点消灭谐振峰。假设不是特别设计，可以把该谐振峰调整到高频端(10 kHz)，相应346 kHz，不过带来的结果将是声音偏单调

11、，而且对音源的要求会苛刻。(尽可能 地保证手机音腔的密封性)(可以得到更大、更美丽的声音)。音效测试Wolfson Microelectronics plc JasonFan所列(仅供参考)，同时期盼这类文章早日消灭。(可以测量输出的噪声和输出的功率)、失真仪、声压仪、信号发生器。高级仪器：AP 音频分析仪、音频全频扫描仪(用来测试扬声器功率)。音频系统的评估指标有根本指标和升级指标。根本指标有：输出功率、信噪比、频率响应、失真度、左右通道分别度、左右声道平衡度。升级指标(需使用音频分析仪测量)有：THD+N、动态范围、FFT。作音频测试时，一般会使用一些标准的测试信号，如左右声道1 kHz

12、O dB；左右声道30 Hz O dB；左右声道100Hz 0 dB；左右声道10 kHz 0 dB；左右声道16 kHz O dB；左声道 l kHz O dB1 kHz 0 dB。上述仪器都会附带使用方法和试验方案。总 结 上述要点后，一般的IIS 音频CODEC 均能驱动。在本人驱动WMXXX 系列(WM9712 WM8978WM8960WM8731)UDAl314PCMl770UCBl440CS4344 等芯片的过程中，均得到了有效验证。在应用CS42L52 时，觉察背景噪声明显，但耳机音质很好，说明噪声来自于功放；一 噪，后来实行的躲避措施是：没有DMA 传输时关掉声音通道，此问题后

13、来通过老电路板LC O 电阻后，噪声根本消退。ARM 12 MHz 16934 4 MHz 最为常见(27 MHz 或28XXX MHz)50 MHz441 kHz 48kHz，要视各芯片自身的PLL 了，这一点要格外重视。假设频率相差太多，也会引入噪声且有语速不正常现象。选型建议：选型时，肯定要贴在自己的电路板上实测，不能仅凭供给商的DEMO 板演示。背景噪声有没有，在正版歌曲的前5 s 空白时间根本上可以听出来。要看看芯片是否已量产且是不是已被人承受，口碑是参考的重要因素。WM9712l 带有四线电阻Touch MP4 视频播放器方案中应用较为普遍WM897x 在手机中或智能手机承受得比较多；在MP3 或是低本钱方案中，PCMl770 占不少份额；欧胜(