USB音頻設(shè)備類的自遁應(yīng)軟件鎖相環(huán)設(shè)計(jì)

摘要 USB(Universal Serial Bus，通用串行總線)是近年來(lái)得到大力發(fā)展和應(yīng)用的計(jì)算機(jī)接口技術(shù)，它簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)外部接口連接過(guò)程，便于計(jì)算機(jī)擴(kuò)展各種外部設(shè)備。USB在協(xié)議制定時(shí)，為了方便不同方向的設(shè)計(jì)者進(jìn)行開(kāi)發(fā)，定義了不同的USB設(shè)備類(USB Device Class)。本文針對(duì)使用USB_Audio_Class進(jìn)行語(yǔ)音設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)需要解決的音頻信號(hào)同步問(wèn)題進(jìn)行了介紹，并給出了相應(yīng)的解決方法和部分源代碼。
關(guān)鍵詞 USB總線 USB音頻設(shè)備類 軟件鎖相環(huán)

引 言
USB總線協(xié)議經(jīng)歷了從USB1．1到USB2．0再到目前的USB OTG(USB On-The-Go)的發(fā)展過(guò)程，在USB不斷發(fā)展完善的同時(shí)，越來(lái)越多的USB產(chǎn)品大量上市?，F(xiàn)在的PC機(jī)通過(guò)USB Hub設(shè)備和多個(gè)USB控制器，能同時(shí)支持?jǐn)U展的USB設(shè)備已經(jīng)達(dá)到數(shù)百個(gè)。
在USB總線傳輸中，任何一次USB的數(shù)據(jù)傳輸都必須由主機(jī)來(lái)發(fā)起和控制，所有的USB外設(shè)都只能和主機(jī)建立連接，任何兩個(gè)外設(shè)之間或者兩個(gè)主機(jī)之間無(wú)法直接通信。目前，扮演主機(jī)角色的大多是個(gè)人電腦(PC)。
USB協(xié)議制定時(shí)，為了方便不同設(shè)備的開(kāi)發(fā)商基于USB進(jìn)行設(shè)計(jì)，定義了不同的設(shè)備類來(lái)支持不同類型的設(shè)備?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的USB產(chǎn)品，通過(guò)調(diào)查會(huì)發(fā)現(xiàn)它們主要應(yīng)用了以下設(shè)備類：
USB_DEVICE_CLASS_HUMANINTERFACE 鍵盤、鼠標(biāo)等
USB_DEVICE_CLASS_STORAG U盤、活動(dòng)硬盤、數(shù)碼相機(jī)等
USB_DEVICE_CLASS_PHYSICAL_INTERFACE力回饋游戲桿、方向盤等
USB_DEVICE_CLASS_POWER 風(fēng)扇、LED臺(tái)燈、手機(jī)充電等
USB_DEVICE_CLASS_PRINTER 打印機(jī)
從市場(chǎng)上看，雖然在USB標(biāo)準(zhǔn)中定義了USB_DE-VICE_CLASS_AUDIO，但是很少有此類設(shè)備問(wèn)世。目前稱為USB音箱的設(shè)備，大都使用 USB_DEVICE_CLASS_POWER，僅僅將USB接口作為電源使用。信號(hào)仍然需要3．5 mm立體聲音頻線連接使用，連接相對(duì)復(fù)雜。這樣沒(méi)有體現(xiàn)USB設(shè)備連接簡(jiǎn)單，操作方便的優(yōu)勢(shì)，且采用模擬信號(hào)傳送會(huì)產(chǎn)生一定的信號(hào)失真，影響音質(zhì)。
本文為了設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完全基于USB協(xié)議的USB_DEVICE_CLASS_AUDIO設(shè)備，采用一根USB連接線，在設(shè)備中不同的端點(diǎn) (endpoint)實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的輸入，輸出包括相關(guān)按鍵控制，并重點(diǎn)討論如何解決由于USB特殊的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)造成的信號(hào)同步問(wèn)題。

1 USB_DEVICE_CLASS_AUDIO介紹
為簡(jiǎn)化USB設(shè)備的開(kāi)發(fā)過(guò)程，USB提出了設(shè)備類的概念。其中的音頻設(shè)備類(USB_DEVICE_CLASS_AU-DIO)是目前為止使用比較少的類型。
USB_DEVICE_CLASS_AUDIO是專門針對(duì)USB音頻設(shè)備定義的一種專用類別，它不僅定義了音頻輸入／輸出端點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，還提供了音量控制、混音器配置、左右聲道平衡，甚至包括對(duì)支持杜比音效解碼設(shè)備的支持，功能相當(dāng)強(qiáng)大。不同的開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)不同的需求對(duì)主機(jī)列舉自己的設(shè)備結(jié)構(gòu)，主機(jī)則根據(jù)列舉的不同設(shè)備結(jié)構(gòu)提供相應(yīng)的服務(wù)。
USB_DEVICE_CLASS_AUDIO設(shè)備采用USB傳輸模式中的Isochronous transfers模式，Isochronous trans-fers傳輸模式是專門針對(duì)流媒體特點(diǎn)的傳輸方法。它依照設(shè)備在鏈接初始化時(shí)列舉的參數(shù)，保證提供穩(wěn)定的帶寬給采用該模式的設(shè)備或端點(diǎn)。由于對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，它不提供相應(yīng)的接收／應(yīng)答和握手協(xié)議。這很好地適應(yīng)了音頻數(shù)據(jù)流量穩(wěn)定、對(duì)差錯(cuò)相對(duì)不敏感的特點(diǎn)。

2 平臺(tái)介紹與系統(tǒng)架構(gòu)
開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用ColdFire MCF52223作為控制MCU。該芯片提供32 KB SRAM，256 KB Flash，具備USB-OTG模塊，80 MHz主頻下達(dá)到76Dhrystone 2．1 MIPS，同時(shí)板載ML2308作為音頻播放模塊。詳細(xì)資料可以參閱其官方網(wǎng)站http：／／www．hhcn． com/chinese/coldfire／HHCF52223-R1．htm。