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

3 同步問題
由于USB總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特殊性，所有數(shù)據(jù)傳輸都由主機(PC)發(fā)起，在設(shè)備插上USB接口并完成初始化、列舉等步驟以后，主機會按照設(shè)備列舉的要求進(jìn)行流量分配。USB全速模式總線以1 ms為1幀。由于采用Isoch-ronous transfers模式，為測試方便，音頻格式采用8 k／s采樣率，8位量化。因此單聲道每幀數(shù)據(jù)量為：

MCF52223通過USB D驅(qū)動在接收并解出USB數(shù)據(jù)包里的音頻數(shù)據(jù)后，存入內(nèi)部開辟的緩存中。ML2308每個聲道具有64字節(jié)緩存，當(dāng)緩存滿、緩存一半和緩存為空時會分別發(fā)送中斷信號Full、Mid、Empty給MCF52223，而MCF52223可以根據(jù)不同的中斷信號對ML2308進(jìn)行寫入新數(shù)據(jù)工作。
因此，在設(shè)備的寫入端數(shù)據(jù)按照PC上的USB的時鐘進(jìn)行傳輸，而在設(shè)備輸出端數(shù)據(jù)按照ML2308的時鐘進(jìn)行操作。ML2308時鐘來自板載晶振，這兩個時鐘不可避免存在一定誤差，而且根據(jù)測試，不同PC的USB總線時鐘也有微小差別。這些差異會造成設(shè)備內(nèi)部緩存的音頻數(shù)據(jù)不斷被消耗殆盡，或者不斷增加而最終溢出。因此，需要一個易于實現(xiàn)且對資源消耗量較小的方法來同步輸入與輸出信號。由于這種差異是不確定的，該算法需要一定的自適應(yīng)能力。

4 自適應(yīng)軟件鎖相環(huán)設(shè)計
之前采用簡單的緩存門限控制方法判斷是否需要插值，即當(dāng)緩存高于某門限時，丟棄一個PCM樣點。而當(dāng)?shù)陀谀骋婚T限時，插入一個PCM樣點，由于時鐘速度差異的長期固有性，在插入／丟棄一個PCM樣點后，緩存數(shù)量仍然可能繼續(xù)減少或增加，從而造成程序無規(guī)律的爆發(fā)式的插入或丟棄數(shù)據(jù)操作，產(chǎn)生不可接受的噪音。
因而在算法設(shè)計時，重點考慮以下幾點。
操作的穩(wěn)定性：不能有對數(shù)據(jù)突發(fā)性的操作。
操作的分散性：要盡量平均的控制信號，把插入／丟棄產(chǎn)生的失真平均化。
資源消耗量小：要適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)成本低廉、片上存儲、運算資源不是很富裕的客觀條件。
音頻的實時性：聲音對實時性要求較高，不能出現(xiàn)停頓、明顯延遲等情況。
因此，采用一種插入／丟棄樣本間隔平均化的自適應(yīng)模糊控制算法進(jìn)行設(shè)計。
針對兩次插值／丟棄操作之間的樣點數(shù)進(jìn)行控制，而非對樣點本身，在每次插值／丟棄操作后進(jìn)行速率匹配判斷，修改插值／丟棄間隔。由于通常這種時鐘差異在千分之一量級，插入／丟棄操作間隔也在千樣點量級，大大減少了頻繁的判斷操作。算法結(jié)構(gòu)如圖3所示。

5 算法實現(xiàn)
由于每臺電腦以及每塊開發(fā)板的時鐘都有誤差，所以每次連接設(shè)備都需要檢查兩者時鐘速率關(guān)系，實現(xiàn)該功能的關(guān)鍵代碼如下：