（通信与信息系统专业论文）基于g7231的dsp音频压缩系统.pdf

北京邮电人学硕一l ：研究生学位论文基于g 7 2 3 1 的d s p 音频压缩系统 基于g 7 2 3 1 的d s p 音频压缩系统 摘要 于v o i p 及可视电话等业务，为了充分利用有限的带宽，在多媒 体数据被发送到信道上前，需要对它进行压缩处理。国际电信联盟 ( i t u ) 建议中低速率语音编码器g 7 2 3 1 协议由于码率较低，非常 适合于多媒体通信中的语音编码传输，且能获得较好质量的重建语 音，在自然度及可辨识性上都比较令人满意。由于g 7 2 3 1 较高的运 算复杂度，在构建实时音频压缩系统时，需要使用高速的处理芯片。 本文实现的d s p 音频压缩系统，采用t i 公司推出的高性能数字多媒 体芯片t m s 3 2 0 d m 6 4 2 ，实现了基于d s p 的嵌入式实时音频压缩与 传输系统 本文主要内容是对g 7 2 3 1 低速率语音编码器的算法分析和优化 方面进行论述，并且在d m 6 4 2 上实现g 7 2 3 1 的实时编解码。 首先对g 7 2 3 1 编码器中几个重要的语音编码技术进行了介绍和 分析。如线性预测编码、按合成分析法、感觉加权滤波器、多脉冲激 励线性预测编码、码激励线性预测编码等。然后根据i t u t 提供的参 考文档，对编解码流程进行简单的介绍和分析。由于编码器最终要在 d s p 芯片上实现，所以本文也对t ic 6 x 系列芯片特点进行了介绍。 这些特性也是在优化时必须要考虑的。然后根据d m 6 4 2 的特点，详 细研究讨论了基于t ic 6 x 系列芯片的优化方法，经过移植和优化的 g 7 2 3 1 通过了主观测试和客观测试。 其次实现了实时语音压缩系统。通过了主观以及客观评测。其中 客观评测可以1 0 0 通过i t u t 的测试向量。说明在无损的情况下在 d m 6 4 2 上可以实现g 7 2 3 1 的功能而主观评测部分可以较好的实现 对语音信号的重建。 最后通过对实时语音的主观评测，判断语音压缩系统达到设计要 求 关键词：d m 6 4 2 音频压缩g 7 2 3 1 北京邮电人学硕? l j 研究生学位论文基十g 7 2 3 1 的d s p 音频压缩系统 摘要 d s pa u d i oc o m p i 冱ss i o ns y s t e m b a s e d0 ng 7 2 3 1 a bs t r a c t t h i sp a p e rd i s c u s s e dt h ei t u tg 7 2 3 1d u a lr a t es p e e c hc o d e r a l g o r i t h ma n a l y s i sa n do p t i m i z a t i o n sa n dt h er e a l t i m ei m p l e m e n t a t i o n f o rg 7 2 3 1c o d e c f o rs e r v i c e sl i k ev o i pa n dv i d e ot e l e p h o n y , t h e m u l t i m e d i ad a t ao nt h ec h a n n e lh a v et ob ec o m p a c t e db e c a u s et h ev e r y l i m i t e db a n d w i d t h b e c a u s et h eg 7 2 3 1c o d e ch a sal o w e rb i t - r a t ea n d g o o d r e c o n s t r u c t i o n s p e e c hq u a l i t y , i t i ss u i t a b l ef o rm u l t i m e d i a c o m m u n i c a t i o n si n s p e e c hc o d i n g t r a n s m i s s i o n i nt h i s p a p e r , t h e r e a l t i m eg 7 2 3 1a u d i oc o m p r e s s i o ns y s t e mu s et ih i g h p e r f o r m a n c e t m s 3 2 0 d m 6 4 2d i g i t a lm u l t i m e d i ac h i pa st h ec o r ei m p l e m e n t a t i o no fa d s p - b a s e de m b e d d e dr e a l - - t i m ev o i c ec o m p r e s s i o na n dt r a n s m i s s i o n s y s t e m f i r s t ，t h i sp a p e rd e s c r i b e t h em a i nt e c h n o l o g yo fs p e e c hc o d i n g s u c ha sl i n e a rp r e d i c t i v ec o d i n g ，b ys y n t h e s i sa n a l y s i s ，f e e l i n gw e i g h t e d f i l t e r , m u l t i p u l s ee x c i t a t i o nl i n e a rp r e d i c t i o nc o d i n g ，c o d ee x c i t e dl i n e a r p r e d i c t i o nc o d i n ga r ed i s c u s s e d b e c a u s et h i sr e a l t i m es y s t e mi sb a s e d o nd s p , t h i sp a p e ra l s og i v eab r i e fi n t r o d u c t i o nt ot ic 6 xs e r i e sc h i p s s e c o n d ，t h i sp a p e ri m p l e m e n ta nr e a l t i m es p e e c hc o m p r e s sa n d t r a n s m i s s i o n s y s t e mw h i c hh a sb e e nt e s t e db ys u b j e c t i v e t e s ta n d o b j e c t i v et e s t t h eo b je c t i v et e s tc a np a s st h r o u g ht h ei t u tt e s tv e c t o r s w h i c hc a np r o v et h a tm y p o r t i n ga n do p t i m i z a t i o n sf o rg 【1 7 2 3 1 c o d e ci s s u c c e s s f u l a tl a s t i ti s p r o v e dt h a t t h er e a l t i m ea u d i o c o m p r e s s i o n a n d t r a n s m i s s i o ns y s t e mi sa c h i e v e db yj u d g i n gt h er e a l - t i m ep l a y b a c ka u d i o k e yw o r d s ：d m 6 4 2 ，a u d i oc o m p r e s s i o n ，g 7 2 3 1 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文多资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：委避翌 日期： 里兰圣：三 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 非保密论文 本人签名： 导师签名： 于保密范围，适用本授权书。 1 7 1 剪i ：皇兰三：主 嗍卑业 北京邮l 【1 人学硕i ：研究生学位论文基十g 7 2 3 1 的d s p 占频爪缩系统第一章绪论 1 1 语音编码技术 第一章绪论 语音压缩技术指的是对原始数字音频信号流( p c m 编码) 运用适当的数字 信号处理技术，在不损失有用信息量，或所引入损失可忽略的条件下，压缩信号 编码速率，也称为压缩语音编码。以生成适合传输的数字信号流，提高传输效率。 这样做的优点在于可以适应在低码率的信道上实现可靠传输，也可以在同样的信 道上传输更多的数据。当前语音压缩编码的常用技术有：脉冲编码调隹i l j ( p u l s e c o d em o d u l a t i o n ，简称p c m ) 、自适应差分脉冲编码调锘i j ( a d p c m ) 及自适应增量 调匍j ( a d m ) 、子带编码( s b c ) 、线性预测语音生成模型与参数编码等。语音通信 中常用的编码标准有i t u t 建议的g 7 x 系列：g 7 1 1 、g 7 2 1 、( 2 7 2 2 、g 7 2 3 1 、 ( 2 7 2 8 、( 2 7 2 9 以及m p e g x 中的音频编码标准等。 其中，g 7 2 3 1 协议是i t u t 1 5 研究小组推出的一种双速率语音编解码标 准，它能够将输入语音信号经8k h z 采样，转换成的1 6b i t 线性p c m 语音信号 并压缩成6 3k b p s 或5 3 k b p s 的比特流，压缩比分别达到2 0 或2 4 ，并且两种速 率下都能提供很好的语音质量，因此( 2 7 2 3 1 成为h 3 2 3 的首选标准，主要应用 于多媒体语音信号在现有网络上的低速率传输。 ( 2 7 2 3 1 编码器的工作原理是线性预测合成分析法。在高速率模式下，其激 励信号采用多脉冲最大似然量化编码( m p m l q ) ，在低速率模式下，激励信号采 用代数码本激励线性预澳j j ( a c e l p ) 量化。 1 2 嵌入式系统相关概念 嵌入式计算系统( e m b e d d e dc o m p u t i n gs y s t e m ) 是指以应用为中心，计算机 技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、 功耗等有严格要求的专用计算机系统；主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌 入式操作系统及应用软件系统等组成嵌入式系统是执行专用功能并被内部计算 机控制的设备或者系统。它一般不使用通用型计算机，而且运行的是固化的软件， 用术语表示就是固件( f i r m w a r e ) ，终端用户很难或者不可能改变固件，操作系统 和应用软件集成于计算机硬件系统之中，即系统的应用软件与系统的硬件一体 化。嵌入式系统具有软件代码少、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于 要求实时和多任务处理的情况。与通用型计算机系统相比，嵌入式系统功耗低、 可靠性高；功能强大、性能价格比高；实时性强，支持多任务；占用空间小，效 北京邮i 也人学坝i j 研究生学位论文皋于g 7 2 3 1 的d s p 音频胜缩系统第一章绪论 率高；面向特定应用，可根据需要灵活定制。嵌入式系统应用十分广泛，可以说 在现代工作生活中无处不在。带有g p s 系统的汽车、智能化的手机、数码相机、 p d a 或者智能卡等等都嵌有它们，人们在与汽车、电梯、厨房设备、电视、录像 机以及娱乐系统的嵌入式系统交互时也往往对此毫无觉察。嵌入式系统可用于移 动计算平台( p d a 、掌上计算机) ，信息家电( 数字电视、机顶盒、网络设备) ，无 线通信设备( 智能手机、股票接收设备) ，工业商业控制( 智能工控设备、 p o s a t m 机) ，电子商务平台，甚至军事应用等诸多领域，它们只是复杂程度、 应用目标不同而已。 嵌入式计算机系统设计不同于桌面计算机系统设计的一个方面在于：嵌入式 系统非常受限于功能和具体的应用环境，如对外部事件必须保证在规定时间内进 行响应，有体积、重量的限制，功率预算、散热必须符合环境要求，需要令人满 意的安全性、可靠性，系统本身的成本需求等。 1 3d s p 芯片简介 d s p 芯片是一种特殊的微处理器，不仅具有高度的可编程性，而且其运行速 度远远超过一般的微处理器。d s p 芯片也是一种专用的微处理器，具有高性能的 系统核心。它能接受如光、声、电等模拟信号，将它们转化成为数字信号，并实 时地对采样数据进行数字技术处理。这种实时处理能力使d s p 芯片可以轻松地 应用于语音信号处理、图象信号处理等对实时要求较高的领域。例如d s p 芯片 在数字电话、数码设备、无线通信以及网络领域中的应用。 d s p 芯片最重要的特点是具有特殊的内部结构、强大的信息处理能力以及较 快的运行速度。此外，d s p 芯片还具有以下特点乜】： ( 1 ) 在一个指令周期内完成一次乘法和一次加法； ( 2 ) 程序和数据空间分开，并同时访问数据空间和程序空间； ( 3 ) 片内具有快速读写的r a m ； ( 4 ) 具有低开销循环的指令； ( 5 ) 具有独立的硬件支持跳转； ( 6 ) 快速的中断处理能力和独立的硬件支持外部i o 的读写； ( 7 ) 在单指令周期内操作多个硬件地址； ( 8 ) 同时并行执行多个操作； ( 9 ) 支持流水线操作，取指、译码和执行操作以流水线执行。 由于数字信号处理的迫切需要，近1 0 多年来d s p 芯片发展很快。这类芯片 的生产厂家中最有名的是德州仪器( t i ) 公司、a d 公司、a t & t 公司和m o t o r o l a 公司，其中当属t i 公司产品系列最全，市场占有率最高。 北京邮电人学硕i ：研究生学位论文基于g 7 2 3 1 的d s p 音频慷缩系统第一章绪论 t i 公司最新的d s p 是c 6 0 0 0 系列。c 6 0 0 0 系列的用途很广，例如有线基础 设施、第三代移动通信、图象处理、智能天线处理等。在语音编码中，可用于 i p 电话的多路语音编解码处理。 本文所进行的优化工作，是与c 6 0 0 0 系列，特别是c 6 4 x 系列芯片的特点相 结合所展开的。由于c 6 4 x 系列芯片是t i 公司目前最先进、性能最强劲的芯片系 列之一，所以才使用此系列芯片进行g 7 2 3 1 标准的移植与实现 1 4 相关研究工作 本文详细的阐述了基于d s p 的g 7 2 3 1 的压缩与传输系统的设计和实现。 g 7 2 3 1 源代码移植和优化完成模拟音频数据的采集、a d 转换、压缩和发送 论文的主要结构如下： 第一章简要介绍音频编码技术、嵌入式系统的相关概念，以及论文的主要 内容。 第二章介绍了系统体系和d s p 芯片的特点，侧重d m 6 4 2 开发板有关音频的 外设和内存模块部分。 第三章介绍了当前使用的主要语音编码技术和g 7 2 3 1 标准 第四章详细研究g 7 2 3 1 的优化方法，包括算法优化和基于d m 6 4 2 特点的优 化 第五章详细介绍系统软件整体框架的设计和音频驱动的修改，音频处理模 块，简单讨论了在语音编码和视频编码同时运行时，多任务处理的方式 第六章对已经完成的工作进行了总结并给出了还有待完善的地方、 3 北京岬i u 人学倾l 。目f 兜生学位论空某于g 7 2 3i 的d s p 音频“缩系统 第一系统耻件舟鲴 2 i 核心d s p 芯片 第二章系统硬件介绍 d s p 芯片采用t i 公司的t m s 3 2 0 d m 6 4 2 a g d k ( 简称d m 6 4 2 ) 。d m 6 4 2 是 t i 公司推出的面向数字多媒体应用的d s p 芯片。d m 6 4 2 基于c 6 4 x 核心架构， 集成了丰富的外围设备和接口；最高主频达到了6 0 0 m h z ( 指令周期1 6 7 n s ) ： 并行处理指令的能力最高可达到每个指令周期处理8 条3 2 位指令，因此最大指 令处理速度为4 8 0 0 v i i p s 。该d s p 为5 4 8 脚b g a 封装，高度集成化。d m 6 4 2 内 核电压为1 4 v ，i 0 电压为3 3 v 。其结构框图如图2 - 1 所示： “_ i 、1 j 一 + ，j 一一1 j f ，l。 剿cortroi a i c 一 蛊mh 孵薹置爿 蕊罹磊蕊嵩兢蕊黼 p o r t2 0 , p 2 ) 霍霹嗣囡匝函嗣 ，篁0 豳璧 。一。l 搿嘲 罄_ l 蹴臻 辫曩警骝 困2 - it m s 3 2 0 d m 0 4 2 结构困 d m “2 的片上外设资源非常丰富，包括： ( 1 ) 三个可配置的视频接口，可以和视频输入、输出或传输流输入无缝连接 ( 2 ) v c x o ( 压控晶体振荡器) 内插控制端1 ：3 ( v 1 c ) 。 ( 3 ) 1 0 l o o m b p s 以太网口( e m a c ) 。e m a c 提供了d s p 核与以太网收器 间高效的接口，支持1 0 b a s e - t 和1 0 0 b a s e t x 的全双工或半双工数据传输。 ( 4 ) 数据管理输入输出模块( m d i o ) 。 ( 5 ) 多通道音频串行端口( m c a s p ) 。 北京邮i 乜人学硕i ：研究生学位论义基于g 7 2 3 1 的d s p 占频k 缩系统第一二章系统硬件介绍 ( 6 ) 1 2 c 总线模块。d m 6 4 2 使用1 2 c 总线可以很容易的控制外围设备妻i d a c 、 a d c 等，与系统中的其他控制器通信或实现用户接口。 ( 7 ) 两个多通道有缓存的串口( m c b s p ) 。m c b s p 可以和多种标准接口， ( 8 ) 三个3 2 位通用定时器。 ( 9 ) 用户可配置的1 6 位或3 2 位的主机端口接口( h p l l 6 h p l 3 2 ) 。 ( 1 0 ) 6 6 m h z3 2 位的p c i 接口。这个接口和3 2 位宽的主机接口( h p i ) 复用。 d m 6 4 2 通过这个集成的p c i 接口可以连接到一个p c i 主机。 ( 1 1 ) 通用i o 端口( g p l 0 ) 。共有1 6 个g p i o 引脚，提供专门的通用i o 支持。 一些引脚是和其他外设引脚复用的。另外，g p i o 输入信号还可以触发c p u 中 断或e d m a 事件。 ( 1 2 ) 6 4 位的外部存储单元接口，支持和同步或异步存储单元的连接。e m i f 有四个片选空间，最大总线速率1 3 3 m h z 。支持6 4 位、3 2 位、1 6 位和8 位的 数据总线宽度，可以连接s d r a m 、s r a m 、s b s r a m 、f l a s h 和f i f o 等多种 存储器件。 在d m 6 4 2 中所有的外设都是通过增强型d m a 控制器连接到d s p 核心的 核心中包括两个几乎一模一样的部分，每个部分都包含有一组通用寄存器( 3 2 个* 3 2 位) 和4 个功能模块( l 、s 、m 、d ) 每一种功能模块都可以执行一类操 作。其中l 单元和s 单元可以执行大部分逻辑、算术、位移等运算，m 单元主 要执行乘法运算，d 单元主要是寻址及一些简单的算术运算。每个部分还包括了 一组用于读取数据的数据通路l d 、存储数据的s t 以及地址通道d a ，此外在这 两个部分之间还有交叉通道x 1 和x 2 。 。 在d s p 核心中除了l 1 缓存器是程序无法控制的，其他的部分诸如使用哪个 运算单元、使用哪条数据通道都是程序可以控制的。所以认真的安排并行汇编语 言的执行顺序可以使d s p 的性能发挥到极限。如果每个周期d s p 核心中的8 个 单元全部有事情可作，而且流水线安排也很紧凑，d s p 的运算速度可达到 6 0 0 m 木8 = 4 8 0 0 m i p s 的理论极限速度。 2 2 外围芯片 1 、音频编解码芯片：系统采用音频编解码芯片t l v 3 2 0 a i c 2 3 b 完成单路音频 数据的采集和回放。t l v 3 2 0 a i c 2 3 b 是t i 推出的一款高性能的立体声音频c o d e c 芯片，内置耳机输出放大器，支持m i c 和l i n ei n 两种输入方式( 二选一) ，且 对输入和输出都具有可编程增益调节。t l v 3 2 0 a i c 2 3 b 的模数转换( a d c s ) 和 数模转换( d a c s ) 部件高度集成在芯片内部，采用了先进的s i 肿a d e l t a 过采 样技术，可以在8 k 到9 6 k 的频率范围内提供1 6 b i t 、2 0 b i t 、2 4 b i t 和3 2 b i t 的采 北京邮i 【1 人学硕+ l ：研究生学位论义糍十g 7 2 3 i 的d s p 酱频胝缩系统第二二章系统硬件介绍 样，a d c 和d a c 的输出信噪比分别可以达到9 0 d b 和1 0 0 d b 。与此同时， t l v 3 2 0 a i c 2 3 还具有很低的能耗，回放模式下功率仅为2 3 m w ，省电模式下更 是小于1 5 u w 。其内核数字供电电压为1 4 2 - 3 6 v 内核数字供电电压，模拟供电 电压为2 7 - 3 6 v 。 2 、数据存储器：本系统采用两片m i c r o n 公司的s d r a mm t 4 8 l c 4 m 3 2 8 2 作为外扩存储器。m t 4 8 l c 4 m 3 2 8 2 采用了8 6 引脚的t s o p 封装，符合p c i 0 0 规范，工作电压是3 3 v ，并且采用同步接口方式( 所有的信号都是时钟信号的 上升沿触发) ，将与系统时钟同步运行。这种内存颗粒的架构1m x 3 2 4b a n k s ， 每b a n k 行地址数目是1 2 ，列地址数目是8 。为了减少i o 引脚数量，s d r a m 复 用地址线a 0 a 1 1 ，其中行地址为a 0 a 1 1 ，列地址为a 0 a 7 。 3 、程序存储器：本系统程序存储器采用a m d 公司的f l a s h 存储器 a m 2 9 l v 0 3 3 c ，大小为4 m 字节，数据位宽为8 b i t ，2 2 根地址线。其主要特点有： 3 3 v 单电源供电，可使内部产生高电压进行编程和擦除操作；只需向其命令寄 存器写入标准的微处理器指令，具体编程、擦除操作由内部嵌入的算法实现，并 且可以通过查询特定的引脚和数据线监控操作是否完成，可以对任一扇区进行 读、写或擦除操作，而不影响其他部分的数据。 2 3 系统硬件整体情况介绍 该开发板系统硬件的整体框图，如下： c c d 摄像头 c c d 摄像头 视频解码芯 片t v p 5 1 5 0 视频解码：占 片t v p 5 1 5 0 w 。，。：。、l _ l 音频编解码芯 模拟音频输入同日删j d f a 剁i c 肝2 3 h b ” s d r a m m t 4 8 l c 4 m 3 2 s d r a m m t 4 8 l c 4 m 3 2 f l a s h a m 2 9 l v 0 3 3 c v p o v p l e m a c m d i o 看门狗 l l u 源 m a x l 2 3 2l3 3 2 5 1 4 1 8 图2 2 系统硬件整体结构 6 h p i 扩展 口 翥 ；一耔1一挣挖赢 北京邮电大学颂：l ：研究生学位论义基于g 7 2 3 i 的d s p 音频压缩系统第_ 二章系统j i i l | 件介绍 系统采用两片视频解码芯片t v p 5 1 5 0 实现两路视频数据的采集、a d 变换， 将转换后的数字视频数据送入d m 6 4 2v p 0 和v p1 通道，采用一片音频编解码芯 片a i c 2 3 b 完成音频数据的a d 和的d a 转换。 2 4 系统核心d s p 介绍 2 4 1d s p 的存储空间及e m i f 的配置 d m 6 4 2 采用改进的哈佛结构，数据和程序空间采用8 字节统一编址。整个 寻址空间为4 g 字节，所有的片上存储器、片上外设以及片外存储空间都映射在 这4 g 的空间内。 在这整个映射空间内，只有外部存储器接口e m i f 段的地址映射需要我们特 别关注。d m 6 4 2 通过e m i f 来访问外部存储器，包括“位数据总线( d o d 6 4 ) ， 2 0 位地址线( a 3 a 2 2 ) ，8 位字节使能信号( b e 0 b e 7 ) ，4 位片选信号( c e 0 c e 3 ) 以及其他一些读写控制信号。每个片选信号对应一个2 5 6 m 字节的存贮空间，可 以分别配置为s d r a m 、f i f o 、s r a m 和f l a s h 等类型的存储器接口。e m i f 的工作时钟可以是1 4 c u p c l o c k 、1 6 c u p c l o c k 或者是最高为1 3 3 m 外部输 入时钟，由上电时两个管脚的电平决定。在硬件上应该上下拉这两个信号使d s p 启动时e m i f 时钟有一个确定的状态。在本系统中，e m i f 时钟为一个1 3 3 m 的 外部输入时钟 系统使用了c e 0 、c e l 两个空间，具体的配置如下： 1 、c e o 空间的配置 e m i f 的整个c e 0 空间被配置为6 4 位的s d r a m 接口，分配给外扩的 s d r a m 使用。s d r a m 的工作时钟由e c l k o u t l 管脚提供，他可以由软件配 置为l 4 c u p c l o c k 、l 6 c u p c l o c k 或者是经过缓冲的外部输入时钟。在本系 统中s d r a m 的时钟为1 3 3 m h z 外部输入时钟，也就是系统的默认设置。 s d r a m 的具体地址段为：0 x 8 0 0 00 0 0 0 - - - 0 x 8 1 f ff f f f ( 3 2 m 字节) ，其他 空间空闲。此外系统中没有设计c p l d ，因此没有对地址空间进行全译码。在编 程的时候一定不能使用没有定义的内存空间，否则有可能对同一物理位置进行多 次改写，比如说0 x 8 0 0 00 0 0 0 和0 x 8 2 0 00 0 0 0 实际上指向同一位置。如果使用了 没有定义的内存空间，程序会产生不可预料的结果。 2 、c e l 空间的配置 在系统板上一共配置了4 m 8 位的f l a s h 存储器，e m i f 的c e i 空问被配 置成8 位异步存储器接口，用来连接f l a s h 存储器。在这种模式下，e m i f 的 7 北京邮l u 人学硕。i ：研究生学位论文基于g 7 2 3 1 的d s p 音频爪缩系统第二章系统耻件介绍 高5 6 位数据线都没有用到，所以实际的寻址能力只有1 m * 8 位。而需要的 f l s a s h 容量为4 m 8 位，如果将f l a s h 的页选信号当成高位地址的话一共有 2 2 条地址线，而e m i f 仅有2 0 条。由专门的g p i o 信号提供。这样的话在e m i f 接口上同时只能访问到f l a s h 芯片的某一页，由于所选用的g p i o 在上电时都 下拉，所以启动时能访问的是f l a s h 的p a g e 0 。如果想要访问f l a s h 的其他 7 个页面，必须对g p i o 进行编程，改变特定的g p i o 输出管脚的状态，才能访 问相应的页面。 3 、c e 2 和c e 3 空间 这两个空间在这里并没有使用，严禁访问这两个空间中的地址。 2 4 2 音频接口 1 、音频接口( m c a s p ) d m 6 4 2 内部集成了多通道音频串行端口m c a s p ( m u l t i c h a n n e la u d i os e r i a l p o r t ) 。m c a s p 功能是为了适应多路音频应用，而对通用音频串口进行了优化。 m c a s p 有两个独立的用于发射和接收的时钟发生器模块，每个模块包括可编程 的时钟和帧同步发生器，所以m e a s p 能以不同的速率发送和接收数据；并且 支持多种数据传输格式，支持时隙大小为8b i t ，1 2b i t ，1 6b i t ，2 0 b i t ，2 4b i t ， 2 8b i t ，3 2b i t 的，i d m ( t i m e - - - d i v i s i o nm u l t i p l e x e d ) 数据流、1 2 s ( i n t e r - i n t e g r a t e d s o u n d ) 协议和d i t ( d i g i t a la u d i oi n t e r f a c et r a n s m i s s i o n ) 协议。m c a s p 使用相当灵 活，能和音频模数转换( a d c ) 、数模转换( d a c ) 、编码器、数字音频接口接收器 ( d i r ) 等无缝连接。 2 5 系统外围模块介绍 2 5 i 音频数据采集模块介绍 系统采用音频编解码芯片t l v 3 2 0 a i c 2 3 b 完场单路音频数据的采集和回放。 a i c 2 3 与d s p 的接口有两个，一个是控制接口用于设置a i c 2 3 的工作参数；另 一个是数据接口用于传输a i c 2 3 的a d 、d a 数据。在本系统中使用i i c 总线对 a i c 2 3 的工作参数进行设置，使用m c a s p 接口与a i c 2 3 进行数据交换。 北京邮电人学硕1 ：研究生学位论文基十g 7 2 3 1 的d s p 音频压缩系统第一二章系统硬件介绍 t m $ 3 2 0 d m 6 4 2 a x r o 】 i t , -d l n a x r i 】 d o u t t l c 3 2 0 a i c 2 3 b a c l k x ( r ) 。，一b c l k a f s x一i卜l r c i n a f s rj l r c o u 了 s c l_ ls i ：l s d a1，rs d a 图2 - 3 音频接口 l 、控制接口 t l v 3 2 0 a i c 2 3 b 内部有1 1 个可编程控制寄存器，通过不同设置，可以改变 芯片的工作状态，如采样率、左右声道音量等。这些寄存器都是通过a i c 2 3 b 的 控制接口来编程的。控制接口可选择采用s p i 或1 2 c 接口，外部引脚m o d e 的状 态决定采用哪种接口方式，s p i 和1 2 c 接口控制方式选择。 表2 - 1a i c 2 3 b 的寄存器地址及功能 i i c 第二地址寄存器功能 0 x 0 左声道音量控制 0 x 1 右声道音量控制 0 x 2 左声道耳机音量控制 0 x 3 右声道耳机音量控制 0 x 4 模拟音频路径控制 o x 5 数字音频路径控制 o x 6 省电模式控制 o x 7 数字音频的接口格式控制 o x 8 采样率控制 0 x 9数字接口控制 o x f 复位寄存器 9 北京| | | i j i 也人学顾i ：研究生学位论文基十g 7 2 3 1 的d s p 爵频肤缩系统第一二章系统硬件介绍 表2 - 2 控制接口选择 m o d e 控制接口选择 0 1 2 c 1s p i 系统通过下拉m o d e 管脚，选择1 2 c 接口配置a i c 2 3 b 的寄存器。使用1 2 c 总线对a i c 2 3 b 进行配置时，1 2 c 总线采用的是7 位地址的寻址方式，即在开始 条件后的7 位地址决定了1 2 c 总线上的哪一个器件接收此次传输的数据。当片 选信号c s 为0 时，a i c 2 3 b 器件地址为0 0 11 0 1 0 b 。由于a i c 2 3 b 的寄存器只有 写操作而无读操作，因而将其控制字分为两个部分：高7 位是寄存器地址，低9 位是写入寄存器中的控制数据。 2 、数据接口 t l v 3 2 0 a i c 2 3 b 的数据接口有4 种工作方r i g h t j u s t i f i e d 、l e f t j u s t i f i e d 、i i s 和 d s p 。其中后两种可以很方便的与d s p 的m c a s p 接口相连接。这两种模式的 区别仅在于帧信号的宽度不同，但由于i i s 模式的帧同步信号宽度必须是一个字 ( 1 6 位) 长，而d s p 模式的帧宽度可以为一个位长，所以在本系统中采用d s p 模 式与m c a s p 相连接。 a i c 2 3 b 可以工作在主模式或者从模式，当工作在主模式时位同步信号 b c l k 、输入帧同步信号l r c i n 与输出帧同步信号l r c o u t 均由a i c 2 3 提供； 若工作在从模式这些信号由m c a s p 接口提供。位同步信号、帧同步信号与d s p 上相应的信号相连，数据输入线与a x r 0 相连，数据输出线与a x r 1 】相连。 a i c 2 3 的数据线连接在a x r 0 ：i 上，这种连接方法使a i c 2 3 工作在全双工的状 态，接收和发送相互独立。 主要信号管脚如下： ( 1 ) b c l k ：数据口位时钟信号。当t l v 3 2 0 a i c 2 3 b 为从模式时，此时钟由 d s p 产生；当a i c 2 3 b 为主模式时，此时钟由t l v 3 2 0 a i c 2 3 b 产生。 ( 2 ) l r c i n ：数据口d a c 输出的帧同步信号。 ( 3 ) l r c o u t ：数据口a d c 输入的帧同步信号。 ( 4 ) d i n ：数据口d a c 输出的串行数据的输入。 ( 5 ) d o u t ：数据口a d c 输入的串行数据的输出。 在帧同步信号( l r c i n l r c o u t ) 作用下，串行口先传送左声道数据，然后再 传送右声道数据。d s p 的m c a s p 口每接受( 或送出) 一个字( 即当x d a t a 或 r d a t a 标志位由0 跳变为1 时) 其内部会自动触发一次事件，进而触发相应e d m a 通道开始一次数据传输。 3 、模拟接口 1 0 北京邮电火学硕十研究生学位论文基于g 7 2 3 1 的d s p 音频雎缩系统第一二章系统硬件介绍 t l v 3 2 0 a i c 2 3 b 的模拟接口主要包括以下两部分：语音输入部分( 包括立体 声输入与m i c 输入) 和语音输出部分( 包括立体声输出和耳机输出) 。立体声输入 包括左右声道的输入，传声器输入主要是通过无源传声器进行现场的音频信号采 集。立体声输入与m i c 输入不能同时使用，每次只能使用其中的一种。本系统 采用立体声输入( l i n e i n ) 和立体声输出( l i n e o u t ) 。a i c 2 3 的输入输出接 口符合a c 9 7 标准，在连接到输出端口的时候需要外加电阻和电容，用来隔离直 流信号和滤除高频的交流噪声。具体的接口连接如下图： l 1 t 9 9 l 1 料t 9 9 l t t o 代l a r j c 1 1 2 c 1 1 1 一 r座6 1 一一 r聿6 0 r 豇- 0 4 7 u fld 7 髓一一3 0 4 7 u fi_ 7 k 5 f lj 【j 【 i a g n d 图2 _ 4a i c 2 3 b 模拟接1 3 2 5 2 数据存储模块s d r a m 介绍 i 夥i n e i n l 喀鬻正二雌l n r 0 4 7 u f l ， 悼磐l f i n e o u t l 0 4 7 u f 、 l 韶i n e o u t r d m 6 4 2 的片内存储空间只有2 5 6 k 字节，这对于视音频数据处理严重不足， 无法将所有的数据和程序都搬到片内来执行，所以系统需要扩展外部存储器。 d m 6 4 2 的外部存储器接1 ：3e m i f 寻址空间可达到1 g b y t e ，分为4 个空间( c e o c e 3 ) ，每个c e 空间彼此独立，均为2 5 6 m b y t e ，数据总线宽度为6 4 位，也支 持8 位1 6 位3 2 位存储器读写。e m i f 中存在一组存储器映射寄存器，通过设 置这些寄存器来完成e m i f 的控制，包括配置各个空间上的存储器类型，设置 相应的接口时序等。 表2 - 3e m i f 寄存器 地址 功能 0 x o l 8 00 0 0 0 e m i f 全局控制寄存器 0 x o l 8 00 0 0 4e m i f 的c e i 空问控制寄存器 0 x 0 1 8 00 0 0 8e m i f 的c e 0 空间控制寄存器 0 x o l 8 00 0 0 c 无 北京邮l 【1 人学硕j ：研究生学位论义基于g 7 2 3 1 的d s p 音频胍缩系统第一二章系统硬件介绍 0 x 0 1 8 00 0 1 0e m i f 的c e 2 空间控制寄存器 0 x o l 8 00 0 1 4e m i f 的c e 3 空间控制寄存器 0 x 0 1 8 00 0 1 8e m i f 的s d r a m 控制寄存器 0 x 0 1 8 00 0 1 ce m i f 的s d r a m 时序控制寄存器 0 x 0 1 8 0 0 0 2 0e m i f 的s d r a m 扩展控制寄存器 o x 0 1 8 0 0 0 4 0 外设传输控制寄存器 0 x 0 1 8 0 0 0 4 4 c e l 空间从控制寄存器 0 x 0 1 8 0 0 0 4 8 c e 0 空间从控制寄存器 0 x 0 1 8 00 0 4 c 无 0 x 0 1 8 00 0 5 0 c e 2 空间从控制寄存器 o x 0 1 8 00 0 5 4 c e 3 空间从控制寄存器 系统将d m 6 4 2 的c e 0 空间配置为s d r a m 接口方式，提供了6 4 位宽、3 2 m 字 节的高速存储空间来存储程序及数据。e m i f 的工作时钟为1 3 3 m h z ，由一个外部 的晶振输入，使其工作在最高速度，而s d r a m 的同步时钟是由e m i f 给出的 1 3 3 m h z 时钟。 本系统采用两片m i c r o n 公司的s d r a mm t 4 8 l c 4 m 3 2 8 2 作为外扩存储器。 m t 4 8 l c 4 m 3 2 8 2 容量为1 m 3 2 b i t x 4 b a n k ，时钟可以达到1 3 3 m h z ，包含4 个 b a n k ，为了减少i o 引脚数量，s d r a m 复用地址线a 0 a 1 1 ，其中行地址为 a 0 a 11 ，列地址为a 0 a 7 ，每个b a n k 为1 m 空间。s d r a m 地址输入引脚a 0 1l 】 接d m 6 4 2 的管脚e a 3 1 4 。b a n k 地址信号b a o 1 】由d s p 的e a 1 5 1 6 来提 供。数据输入输出接1 2 1d q 0 3 1 分别连接到d m 6 4 2 的e d 0 3 1 和e d 3 2 6 3 】 组成6 4 b i t 为的数据传输。s d r a m 读写以及时钟等控制信号由d m 6 4 2 对应的 控制信号给出，接口图如下： 1 2 北京邮i 乜人学硕：i ：研究生学位论文基于g 7 2 3 1 的d s p 爵频脏缩系统第一二章系统硬件介绍 嗍6 4 2m t 4 8 l c 4 m 32 8 2 图2 5s d r a m 与d m 6 4 2 连接图 s d r a m 支持的命令有c o m m a n di n h i b i t ( 空操作) 、n oo p e r a t i o n ( 空操作) 、a c t i v e ( 激活某一行，页面地址和行地址在这时给出) 、r e a d ( 读 操作，可以进行多字节突发读) 、w r i t e ( 写才作) 、b u r s tt e r m i n a t e ( 突 发访问终止，只有在使用突发读写时使用) 、p r e c h a r g e ( 关闭某一个页面或 者某一行) 、a u t or e f r e s ho rs e l fr e f r e s h ( 刷新命令，芯片执行自动刷 新还是自刷新取决于c k e 的点平，当c k e 为高则进行自动刷新