s3c2440的IIS應(yīng)用——放音與錄音
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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(shù)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(guān)，可見要用好IIS，就要把信號頻率設(shè)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(shù)×采樣頻率×采樣位數(shù)，如采樣頻率fs為44.1kHz，采樣的位數(shù)為16位，聲道數(shù)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?shù)氖亲舐暤罃?shù)據(jù)，為低電平表示正在傳輸?shù)氖怯衣暤罃?shù)據(jù)，因此IISLRCK的頻率應(yīng)該正好等于采樣頻率。由于IIS只負責(zé)數(shù)字音頻信號的傳輸，而要真正實現(xiàn)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(tǒng)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(fā)現(xiàn)，采樣頻率fs對頻率的設(shè)置至關(guān)重要。而fs不是任意設(shè)置的，一般基于不同的應(yīng)用場合和聽覺效果，而設(shè)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(tǒng)得到以fs為基數(shù)的各類時鐘信號，就要重新調(diào)整系統(tǒng)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(jīng)過兩個預(yù)分頻器處理后分別得到IISSCLK、IISLRCK和CDCLK（預(yù)分頻器A得到IISSCLK、IISLRCK，預(yù)分頻器B得到CDCLK）。寄存器IISPSR是IIS預(yù)分頻器寄存器，5~9位是預(yù)分頻器A，0~4位是預(yù)分頻器B，一般來說，這兩個預(yù)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(yù)分頻器B的值N的，即CDCLK＝PCLK / (N＋1)。PCLK與FCLK有一定的比例關(guān)系，而FCLK又是由輸入頻率Fin得到。在這里，我們?yōu)榱撕喕嬎悖桓淖働CLK與FCLK的比例關(guān)系（即維持在啟動代碼中定義的1:8的關(guān)系），那么由Fin而得到CDCLK一共涉及到四個參數(shù)：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(shù)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(jié)果（包括中間過程的結(jié)果）不要溢出，即不要超過32位。例如Fin為12MHz，我們設(shè)置采樣頻率fs＝44.1kHz，而CDCLK＝384fs＝16.9344MHz，那么經(jīng)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;。
s3c2440有關(guān)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(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?、預(yù)分頻器和IIS接口是否開啟；IIS模式寄存器IISMOD，主要用于設(shè)置IIS的時鐘源、主從方式、接收發(fā)送方式、串行接口方式、每個聲道串行數(shù)據(jù)位數(shù)和各種頻率值；IIS的FIFO接口寄存器IISFCON用于設(shè)置和判斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)腇IFO狀態(tài)；而寄存器IISFIFO則用于音頻數(shù)據(jù)的傳輸。
由于s3c2440要實現(xiàn)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(nèi)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(xiàn)L3總線的傳輸。UDA1341有兩種模式：地址模式和數(shù)據(jù)傳輸模式。地址模式表示傳輸?shù)氖堑刂沸畔ⅲ母?位永遠是000101，低兩位表示的是傳輸?shù)哪Ｊ?，是狀態(tài)模式、數(shù)據(jù)0模式還是數(shù)據(jù)1模式，其中狀態(tài)模式主要用于配置UDA1341的各類初始狀態(tài)，數(shù)據(jù)模式主要用于改善音頻輸入、輸出的效果。
下面我們就給出具體的程序，在這里我們使用的是正常模式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出的，即不使用DMA模式。首先是實現(xiàn)s3c2440對某一音頻信號數(shù)據(jù)的輸出，即放音。我們事先已知道該音頻信號的各類特性，如采樣頻率、聲道數(shù)、采樣信號的位數(shù)等。
…………
//L3接口
#define L3C (1<<4)//GPB4 = L3CLOCK
#define L3D (1<<3)//GPB3 = L3DATA
#define L3M (1<<2)//GPB2 = L3MODE
//純音頻信號數(shù)據(jù)數(shù)組
unsigned char music[ ] = {
0xB8, 0xFF, 0xBA, 0xFF, 0xBF, 0xFF, 0xC0, 0xFF, 0xD4, 0xFF, 0xD3, 0xFF, 0xF2, 0xFF, 0xED, 0xFF,
0x0E, 0x00, 0x05, 0x00, 0x1C, 0x00, 0x0F, 0x00, 0x15, 0x00, 0x06, 0x00, 0xFC, 0xFF, 0xEC, 0xFF,
…………
}
//L3總線接口的寫函數(shù)
//輸入?yún)?shù)data為要寫入的數(shù)據(jù)
//輸入?yún)?shù)address，為1表示地址模式，為0表示數(shù)據(jù)傳輸模式
static void WriteL3(U8 data,U8 address)
{
int i,j;
if(address == 1)
rGPBDAT = rGPBDAT & ~(L3D | L3M | L3C) | L3C;//L3D=L, L3M=L(地址模式), L3C=H
else
rGPBDAT = rGPBDAT & ~(L3D | L3M | L3C) | (L3C | L3M);//L3M=H(數(shù)據(jù)傳輸模式)
for(i=0;i<10;i++)
;//等待一段時間
//并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)串行數(shù)據(jù)輸出，以低位在前、高位在后的順序
for(i=0;i<8;i++)
{
if(data & 0x1)// H
{
rGPBDAT &= ~L3C;//L3C=L
rGPBDAT |= L3D;//L3D=H
for(j=0;j<5;j++)
;//等待一段時間
rGPBDAT |= L3C;//L3C=H
rGPBDAT |= L3D;//L3D=H
for(j=0;j<5;j++)
;//等待一段時間
}
else// L
{
rGPBDAT &= ~L3C;//L3C=L
rGPBDAT &= ~L3D;//L3D=L
for(j=0;j<5;j++)
;//等待一段時間
rGPBDAT |= L3C;//L3C=H
rGPBDAT &= ~L3D;//L3D=L
for(j=0;j<5;j++)
;//等待一段時間
}
data >>= 1;
}
rGPBDAT = rGPBDAT & ~(L3D | L3M | L3C) | (L3C | L3M);//L3M=H,L3C=H
}
//放音
void playsound(unsigned char *buffer, int length)
{
int count,i;
char flag;
rGPBDAT = rGPBDAT & ~(L3M|L3C|L3D) |(L3M|L3C); //L3開始傳輸：L3M=H, L3C=H
//配置UDA1341
WriteL3(0x14 + 2,1);//狀態(tài)模式(000101xx+10)
WriteL3(0x60,0);//0,1,10, 000,0 :狀態(tài)0,復(fù)位
WriteL3(0x14 + 2,1);//狀態(tài)模式(000101xx+10)
WriteL3(0x10,0);//0,0,01, 000,0 :狀態(tài)0, 384fs,IIS,no DC-filtering
WriteL3(0x14 + 2,1);//狀態(tài)模式(000101xx+10)
WriteL3(0xc1,0);//1,1,0,0, 0,0,01:狀態(tài)1,
//Gain of DAC 6 dB,Gain of ADC 0dB,ADC non-inverting,
//DAC non-inverting,Single speed playback,ADC-Off DAC-On
//配置s3c2440的IIS寄存器
//預(yù)分頻器為3，所以CDCLK=PCLK/(3+1)=16.928kHz
rIISPSR = 3<<5|3;
//無效DMA，輸入空閑，預(yù)分頻器有效
rIISCON= (0<<5)|(0<<4)|(0<<3)|(1<<2)|(1<<1);
//PCLK為時鐘源，輸出模式，IIS模式，每個聲道16位，CODECLK=384fs，SCLK=32fs
rIISMOD= (0<<9)|(0<<8)|(2<<6)|(0<<5)|(0<<4)|(1<<3)|(1<<2)|(1<<0);
rIISFCON = (0<<15)|(1<<13);//輸出FIFO正常模式，輸出FIFO使能
flag=1;
count=0;
//開啟IIS
rIISCON |= 0x1;
while(flag)
{
if((rIISCON & (1<<7))==0)//檢查輸出FIFO是否為空
{
//FIFO中的數(shù)據(jù)為16位，深度為32
//當(dāng)輸出FIFO為空時，一次性向FIFO寫入32個16位數(shù)據(jù)
for(i=0;i<32;i++)
{
rIISFIFO=(buffer[2*i+count])+(buffer[2*i+1+count]<<8);
}
count+=64;
if(count>length)
flag=0;//音頻數(shù)據(jù)傳輸完，則退出
}
}
rIISCON = 0x0;//關(guān)閉IIS
}
void Main(void)
{
//配置MPLL
//fs=44.1kHz,CODECLK=384fs=16.9344MHz
//不改變CLKDIVN，所以PCLK=FCLK/8
//MPLLCON:MDIV=150,PDIV=5,SDIV=0，所以FCLK=541.7143MHz,PCLK=67.714MHz
rMPLLCON = (150<<12) | (5<<4) | 0;
//配置L3接口總線，GPB2:L3MODE, GPB3:L3DATA, GPB4:L3CLOCK
rGPBCON = 0x015550;//輸出
rGPBUP= 0x7ff;//上拉無效
rGPBDAT = 0x1e4;
//配置IIS接口
rGPEUP = rGPEUP & ~(0x1f) | 0x1f;//上拉無效，GPE[4:0] 1 1111
rGPECON = rGPECON & ~(0x3ff) | 0x2aa;
playsound(music,sizeof(music));
while(1)
{
;
}
}
上面的程序可以實現(xiàn)簡單的播放內(nèi)存中固有音頻數(shù)據(jù)的功能，下面的程序?qū)崿F(xiàn)了錄制一段音頻數(shù)據(jù)，然后再播出的功能。我們用UART來控制錄、放音：當(dāng)s3c2440接收到0x51時錄音，接收到0x55時停止錄音，接收到0x66時放音。
…………
#define L3C (1<<4)//GPB4 = L3CLOCK
#define L3D (1<<3)//GPB3 = L3DATA
#define L3M (1<<2)//GPB2 = L3MODE
unsigned char record_buffer[1000000];//用于存放錄制的音頻數(shù)據(jù)
char stop,cmd;
//UART中斷
void __irq uartISR(void)
{
char ch;
rSUBSRCPND |= 0x1;
rSRCPND |= 0x1<<28;
rINTPND |= 0x1<<28;
ch=rURXH0;
switch(ch)
{
case 0x51://開始錄音
cmd=0x01;
break;
case 0x55://停止錄音
stop=1;//置退出錄音標志
break;
case 0x66://放音
cmd=0x03;
break;
}
rUTXH0=ch;
}
…………
//錄音
//輸入?yún)?shù)為數(shù)組，輸出參數(shù)為所錄制數(shù)據(jù)的字節(jié)長度
int record(unsigned char * buffer)
{
int count,i;
unsigned short temp;
rGPBDAT = rGPBDAT & ~(L3M|L3C|L3D) |(L3M|L3C); //L3開始傳輸: L3M=H, L3C=H
//配置UDA1341
WriteL3(0x14 + 2,1);//狀態(tài)模式(000101xx+10)
WriteL3(0x60,0);//0,1,10, 000,0 :狀態(tài)0,復(fù)位
WriteL3(0x14 + 2,1);//狀態(tài)模式(000101xx+10)
WriteL3(0x10,0);//0,0,01, 000,0 :狀態(tài)0, 384fs,IIS,no DC-filtering
WriteL3(0x14 + 2,1);//狀態(tài)模式(000101xx+10)
WriteL3(0xa2,0);//1,0,1,0, 0,0,10狀態(tài)1
//Gain of DAC 0 dB,Gain of ADC 6dB,ADC non-inverting,
//DAC non-inverting,Single speed playback,ADC-On DAC-Off
WriteL3(0x14 + 0,1);//DATA0 (000101xx+00)
WriteL3(0x7b,0);//01,11 10,11 : Data0, Bass Boost 18~24dB, Treble 6dB
WriteL3(0xc4,0);//1100 0,100: Extended addr(3bits), 100
WriteL3(0xf0,0);//111,1 00,00 : DATA0, Enable AGC, 00, input amplifier gain channel 2 (2bits)
WriteL3(0xc0,0);//1100 0,000: Extended addr(3bits), 000
WriteL3(0xe0,0);//111, 00000: MA = 0dB
WriteL3(0xc1,0);//1100 0,001: Extended addr(3bits), 001
WriteL3(0xe0,0);//111, 00000: MB = 0dB
WriteL3(0xc2,0);//1100 0,010: Extended addr(3bits), 010
WriteL3(0xf9,0);//111,1 10,11 : DATA0, MIC Amplifier Gain 27dB, input 1 X MA + input 2 X MB
//配置s3c2440的IIS寄存器
//預(yù)分頻器為3，所以CDCLK=PCLK/(3+1)=16.928kHz
rIISPSR = 3<<5|3;
//無效DMA，輸出空閑，預(yù)分頻器有效
rIISCON= (0<<5)|(0<<4)|(1<<3)|(0<<2)|(1<<1);
//PCLK為時鐘源，輸入模式，IIS模式，每個聲道16位，CODECLK=384fs，SCLK=32fs
rIISMOD = (0<<9)|(0<<8)|(1<<6)|(0<<5)|(0<<4)|(1<<3)|(1<<2)|(1<<0);
rIISFCON = (0<<14)|(1<<12);//輸入FIFO正常模式，輸入FIFO使能
count=0;
//開啟IIS
rIISCON |= 0x1;
while(stop==0)
{
if((rIISCON & (1<<6))==0)//檢查輸入FIFO是否為滿
{
//FIFO中的數(shù)據(jù)為16位，深度為32
//當(dāng)輸入FIFO為滿時，一次性讀取FIFO中的32個16位數(shù)據(jù)
for(i=0;i<32;i++)
{
temp=rIISFIFO;
record_buffer[count+2*i]=(unsigned char)temp;
record_buffer[count+2*i+1]=(unsigned char)(temp>>8);
}
count+=64;
if(count>1000000)
stop=1;//當(dāng)錄制的數(shù)據(jù)超過數(shù)組長度時，退出
}
}
rIISCON=0;//關(guān)閉IIS
return count;//返回錄制數(shù)據(jù)長度
}
void Main(void)
{
char play;
int bufferlength;
…………
//由于改變了PCLK，所以需要重新計算UART波特率因子
rUBRDIV0 = 36;
…………
stop=0;
cmd=0;
play=0;
while(1)
{
switch(cmd)
{
case 0x01://錄音
bufferlength=record(record_buffer);
play=1;//置錄音標志
cmd=0;
break;
case 0x03://放音
if(play)
playsound(record_buffer,bufferlength);
else//還沒有錄制音頻數(shù)據(jù)
{
while(!(rUTRSTAT0 & 0x2));
rUTXH0 = 0xff;
}
cmd=0;
break;
}
}
}
補充：
應(yīng)大家的要求，我把UDA1341的L3通信協(xié)議詳細介紹一下。
顧名思義，L3就是line 3（3條線）的意思，它只有L3DATA（數(shù)據(jù)線：用于傳輸數(shù)據(jù)）、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(shù)據(jù)傳輸模式，先傳輸?shù)刂纺Ｊ綌?shù)據(jù)，再傳輸數(shù)據(jù)模式數(shù)據(jù)。L3MODE為低時是地址模式，L3MODE為高時是數(shù)據(jù)傳輸模式。L3DATA和L3CLOCK相互作用，完成8位數(shù)據(jù)的傳輸，傳輸?shù)捻樞蚴窍鹊臀粩?shù)據(jù)，再高位數(shù)據(jù)。
地址模式是用于選擇設(shè)備和定義目標寄存器，在這種模式下，8位數(shù)據(jù)的含義是：高6位是設(shè)備地址（UDA1341的地址為000101），低兩位是后面數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)模式下的數(shù)據(jù)始終是傳輸?shù)缴弦粋€地址模式所定義的寄存器內(nèi)。
在傳輸數(shù)據(jù)模式下，STATUS是用于設(shè)置復(fù)位，系統(tǒng)時鐘頻率、數(shù)據(jù)輸入模式、DC濾波等內(nèi)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(shè)置3位擴展地址，再在直接尋址模式下設(shè)置5位擴展數(shù)據(jù)。在DATA1下，可以讀取到被檢測峰值。至于具體的DATA0、DATA1、STATUS下，每一位數(shù)據(jù)具體的含義，還請自己查閱手冊。
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