第十四章-ARM9-数字音频信号I2S介绍课件

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0.02~20kHz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。第十四章数字音频信号（I2S）介绍和S3C2410的I2S1I2S总线是近年出现的一种面向多媒体计算机(MultimediaPC)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CODECIC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DMA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I2S总线是近年出现的一种面向多媒体计算机(Multimed2其中：•两个5bit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。•16bit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14-2I2S总线控制器结构图其中：图14-2I2S总线控制器结构图314.2I2S控制寄存器S3C2410I2S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14-1I2S控制寄存器14.2I2S控制寄存器表14-1I2S控制寄存器4表14-2I2S控制寄存器IISCON各位的定义表14-2I2S控制寄存器IISCON各位的定义5表14-4I2S模式寄存器IISMOD各位的定义I2S模式寄存器及其各位的定义如表14-3和表14-4所列。表14-4I2S模式寄存器IISMOD各位的定义I2S6I2S分频寄存器及其各位的定义如表14-5和表14-6所列。表14-6I2S分频寄存器IISPSR各位的定义I2S分频寄存器及其各位的定义如表14-5和表14-6所列。714.3WAV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”(ResourcesInterchangeFileFormal)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。14.3WAV声音格式文件8它包含8字节RIFF头、4字节数据类型“WAVE”、0x18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=0x8+0x4+0x18+0x4dataoff=0x8+0x4+0x18+0x8图14-3典型的WAV格式文件结构图它包含8字节RIFF头、4字节数据类型“WAVE”、0x18914.4I2S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(Ox96,0x5,0x1);//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，使用完毕再恢复这些端口原状态。save_G=rGPGCON;save_E=rGPECON;save_PG=rGPGUP;save_PE=rGPEUP;14.4I2S控制程序编写10I2S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fmtchunk的第0x0c个字节开始的四个字节中。Buf=(unsignedchar*)__IIS_WAV__;size=*((Buf)+0x28)|*((buf)+0x29)<<8|*((buf)+0x2a)<<16|*((buf)+0x2b)<<24;fs=*((Buf)+0x28)|*((buf)+0x29)<<8|*((buf)+0x2a)<<16|*((buf)+0x2b)<<24;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112，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+0x2c);rDISRCC2=(0<<1)+(0<<0);//源地址位于系统总线(AHB),地址递增rDIDST2=((U32)IISFIFO);//IISFIFOrDIDSTC2=(1<<1)+(1<<0);//目的地址位于外设总线(APB),地址固定rDCON2=(1<<31)+(1<<30)+(1<<29)+(1<<28)+(1<<27)+(1<<24)+(1<<23)+(1<<22)+(1<<20)+(size/4);//101000001001xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx2，播音程序编写：12//Handshake[31],Sync,PCLK[30],CURR_TC,Interrupt,Request[29],Single,Tx[28],Single,service//I2SSD0[26:24],DMAsourceselected[23],Auto-reload[22],Half-word[21:20],size/2[19:0]rDMASKTRIG2=(0<<2)+(1<<1)+(0<<0);//No-stop[2],DMA2channelOn[1],No-swtrigger[0]然后I2S初始化并启动I2S功能。//IISInitializeif(fs==44100)//11.2896MHz(256fs)rIISPSR=(2<<5)+2;//PrescalerA,B=2<-FCLK135.4752MHz(1:2:4)else//fs=22050,5.6448MHz(256fs)rIISPSR=(5<<5)+5;//PrescalerA,B=5<-FCLK135.4752MHz(1:2:4)//Handshake[31],Sync,PCLK[30],13rIISCON=(1<<5)+(1<<2)+(1<<1);//TxDMAenable[5]，Rxidle[2],Prescaler，enable[1]//Mastermode[8],Txmode[7:6]，LowforLeftChannel[5]，IISformat[4],16bitch.[3],CDCLK//256fs[2].IISCLK32fs[1:0]rIISMOD=(0<<8)+(2<<6)+(0<<5)+(0<<4)+(1<<3)+(0<<2)+(1<<0);rIISFC0N=(1<<15)+(l<<l3);//TxDMA,TxFTFO-->startpiling…//IISTxStartrIISCON|=0x1;//I2S接口启动rINTMSK&=~(BIT_DMA2);//取消DMA2中断屏蔽，等播放完毕后DMA2中断rIISCON=(1<<5)+(1<<2)+(1<<1);14I2S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。//IISTxStopDelay(10);//forendofH/WTxrIISCON=0x0;//I2SInterfacestoprDMASKTRIG2=(1<<2);//DMA2stoprIISFCON=0x0;sine=0;I2S启动后，将来用DMA中断方式播放语音数据，播放完毕后将15rGPGCON=save_G;rGPECON=save_E;rGPGUP=save_PG;rGPEUP=save_PE;rINTMSK|=（BIT_DMA2);ChangeMPllValue(0xa1,0x3,0x1);//FCLK=202.8MHzUart_Init(0,115200);mute=1;}rGPGCON=save_G;163，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：voidRecord_Iis(void){unsignedintsave_G，save_E,save_PG,save_PE;Uart_TxEmpty(0):ChangeClockDivider(1,1);//1:2:4ChangeMP11Value(0x96,0x5,0x1);//FCLK=135428571Hz,PCLK=3.385714MHzUart_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();3，录音程序编写：17录制的声音数据保存与rec_buf中，录制长度为REC_LEN://RecordBufinitialize,Non-cacheablearea=0x31000000~0x33feffffrec_buf=(unsignedshort*)0x31000000;pISR_BMA2=(unsigned}DMA2_Rec_Dane;rINTMSK&=~(BIT_DMA2);Init1341(RECORD);//----DMA2InitializerDISRCC2=(1<<1)+(1<<0};//APB,FixrDISRC2=((U32)IISFIF0);//IISFIF0rDIDSTC2=(0<<1)+(0<<0)//PHB,IncrementRdidst2=(int}rec_buf;//0x31000000~

录制的声音数据保存与rec_buf中，录制长度为REC_L18rDCON2=(1<<31)+(0<<30)+(1<<29)+(0<<28)+(0<<27)+(1<<24)+(1<<23)+(1<<22)+(1<<20)+REC_LEN;//Handshake,syncPCLK,TCint,singletx,singleservice,12SSDI,I2SRxrequest,//Off-reload,half-word,0x50000halfword.rDMASKTRIG2=(0<<2)+(1<<1)+0;//No-stop,DMA2channelon,No-swtrigger,//IISTnitialize,Master,Rx,L-ch=low,IIS,l6bitch,CDCLK=256fs,IISCLrDCON2=19rIISMOD=(0<<8)+(1<<6)+(1<<5)+(0<<4)+(1<<3)+(0<<2)+(1<<0);rIISPSR=(2<<5)+2://Prescaler_A/B=2<-FCLK,135.4752MHz(1:2:4)，11.2896MHz(256fs)，44.lKHzrIISCON=(0<<5)+(1<<4)+(1<<3)+(0<<2)+(1<<1);//TxDMAdisable,RxDMAenable,Txidle,Rxnotidle,prescalerenable,stoprIISFCON=(1<<14)+(1<<12);//RxDMA,RxFIF0一>startpiling…开始录音:PRINTF("[2]开始录音﹍\n");//RxstartrIISCON∣=0xl;录音完毕将引发DMA2中断，如下代码等待录音结束:

rIISMOD=(0<<8)+(1<<6)+(1<<5)+20While(!Rec_Done)Delay(1);rINTMSK∣=BIT_DMA2;Rec_Done=0;PRINTF(“录音完毕\n”);//IISStopDelay(10);//ForendofH/WRxrIISCON=0x0;//IISstoprDMASKTRIG2=(1<<2);//DMA2stoprIISFCON=0x0;//ForFIF0flushWhile(!Rec_Done)Delay(1);21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。第十四章习题和练习22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0.02~20kHz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。第十四章数字音频信号（I2S）介绍和S3C2410的I2S23I2S总线是近年出现的一种面向多媒体计算机(MultimediaPC)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CODECIC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DMA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I2S总线是近年出现的一种面向多媒体计算机(Multimed24其中：•两个5bit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。•16bit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14-2I2S总线控制器结构图其中：图14-2I2S总线控制器结构图2514.2I2S控制寄存器S3C2410I2S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14-1I2S控制寄存器14.2I2S控制寄存器表14-1I2S控制寄存器26表14-2I2S控制寄存器IISCON各位的定义表14-2I2S控制寄存器IISCON各位的定义27表14-4I2S模式寄存器IISMOD各位的定义I2S模式寄存器及其各位的定义如表14-3和表14-4所列。表14-4I2S模式寄存器IISMOD各位的定义I2S28I2S分频寄存器及其各位的定义如表14-5和表14-6所列。表14-6I2S分频寄存器IISPSR各位的定义I2S分频寄存器及其各位的定义如表14-5和表14-6所列。2914.3WAV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”(ResourcesInterchangeFileFormal)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。14.3WAV声音格式文件30它包含8字节RIFF头、4字节数据类型“WAVE”、0x18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=0x8+0x4+0x18+0x4dataoff=0x8+0x4+0x18+0x8图14-3典型的WAV格式文件结构图它包含8字节RIFF头、4字节数据类型“WAVE”、0x183114.4I2S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(Ox96,0x5,0x1);//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，使用完毕再恢复这些端口原状态。save_G=rGPGCON;save_E=rGPECON;save_PG=rGPGUP;save_PE=rGPEUP;14.4I2S控制程序编写32I2S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fmtchunk的第0x0c个字节开始的四个字节中。Buf=(unsignedchar*)__IIS_WAV__;size=*((Buf)+0x28)|*((buf)+0x29)<<8|*((buf)+0x2a)<<16|*((buf)+0x2b)<<24;fs=*((Buf)+0x28)|*((buf)+0x29)<<8|*((buf)+0x2a)<<16|*((buf)+0x2b)<<24;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332，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+0x2c);rDISRCC2=(0<<1)+(0<<0);//源地址位于系统总线(AHB),地址递增rDIDST2=((U32)IISFIFO);//IISFIFOrDIDSTC2=(1<<1)+(1<<0);//目的地址位于外设总线(APB),地址固定rDCON2=(1<<31)+(1<<30)+(1<<29)+(1<<28)+(1<<27)+(1<<24)+(1<<23)+(1<<22)+(1<<20)+(size/4);//101000001001xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx2，播音程序编写：34//Handshake[31],Sync,PCLK[30],CURR_TC,Interrupt,Request[29],Single,Tx[28],Single,service//I2SSD0[26:24],DMAsourceselected[23],Auto-reload[22],Half-word[21:20],size/2[19:0]rDMASKTRIG2=(0<<2)+(1<<1)+(0<<0);//No-stop[2],DMA2channelOn[1],No-swtrigger[0]然后I2S初始化并启动I2S功能。//IISInitializeif(fs==44100)//11.2896MHz(256fs)rIISPSR=(2<<5)+2;//PrescalerA,B=2<-FCLK135.4752MHz(1:2:4)else//fs=22050,5.6448MHz(256fs)rIISPSR=(5<<5)+5;//PrescalerA,B=5<-FCLK135.4752MHz(1:2:4)//Handshake[31],Sync,PCLK[30],35rIISCON=(1<<5)+(1<<2)+(1<<1);//TxDMAenable[5]，Rxidle[2],Prescaler，enable[1]//Mastermode[8],Txmode[7:6]，LowforLeftChannel[5]，IISformat[4],16bitch.[3],CDCLK//256fs[2].IISCLK32fs[1:0]rIISMOD=(0<<8)+(2<<6)+(0<<5)+(0<<4)+(1<<3)+(0<<2)+(1<<0);rIISFC0N=(1<<15)+(l<<l3);//TxDMA,TxFTFO-->startpiling…//IISTxStartrIISCON|=0x1;//I2S接口启动rINTMSK&=~(BIT_DMA2);//取消DMA2中断屏蔽，等播放完毕后DMA2中断rIISCON=(1<<5)+(1<<2)+(1<<1);36I2S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。//IISTxStopDelay(10);//forendofH/WTxrIISCON=0x0;//I2SInterfacestoprDMASKTRIG2=(1<<2);//DMA2stoprIISFCON=0x0;sine=0;I2S启动后，将来用DMA中断方式播放语音数据，播放完毕后将37rGPGCON=save_G;rGPECON=save_E;rGPGUP=save_PG;rGPEUP=save_PE;rINTMSK|=（BIT_DMA2);ChangeMPllValue(0xa1,0x3,0x1);//FCLK=202.8MHzUart_Init(0,115200);mute=1;}rGPGCON=save_G;383，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：voidRecord_Iis(void){unsignedintsave_G，save_E,save_PG,save_PE;Uart_TxEmpty(0):ChangeClockDivider(1,1);//1:2:4ChangeMP11Value(0x96,0x5,0x1);//FCLK=135428571Hz,PCLK=3.385714MHzUart_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();3，录音程序编写：39录制的声音数据保存与rec_buf中，录制长度为REC_LEN://RecordBufinitialize,Non-cacheablearea=0x31000000~0x33feffffrec_buf=(unsignedshort*)0x31000000;pISR_BMA2=(unsigned}DMA2_Rec_Dane;rINTMSK&=~(BIT_DMA2);Init1341(RECORD);//----DMA2InitializerDISRCC2=(1<<1)+(1<<0};//APB,FixrDISRC2=((U32)IISFIF0);//IISFIF0rDIDSTC2=(0<<1)+(0<<0)//PHB,IncrementRdidst2=(int}rec_buf;//