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学号成绩 嵌入式应用系统设计课程论文 题目 基于ARM的音频系统设计 作 者 汪渝 班 级 08-3BF 院 别 信息与通信工程 专 业 电子信息工程 完成时间 2011年12月15日 1 概述1.1 嵌入式系统的技术背景 在许多领域中广泛应用的嵌入式计算系统(简称为嵌入式系统)，是在更大的电子器件中嵌入的重复完成特定功能的计算系统，它经常不被器件的使用者所识别，但在各种常用的电子器件中能够找到这些嵌入式系统。例如，消费类电子产品中的手机、寻呼机、数字相机、摄像机、录像机、个人数字助理等，家用电器中的微波炉、洗衣机、烤箱、门禁系统、照明系统等，商用装置中的卡片读入器、扫描仪、打印机等。1.2 数字音频系统的应用数字音频信号是对模拟信号的一种量化，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。2 系统的硬件设计2.1系统设计方案音频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，以推动耳机、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。2.2 S3C2410的IIS模块n S3C2410的IIS总线简介IIS总线是近年出现的一种面向多媒体计算机的音频总线，该总线专责于音频设备之间的数据传输，为数字立体声提供一个序列连接至标准编码解码器。S3C2410的IIS总线接口可以用实现对外部8/16位立体声音频数字信号编码解码电路的接口功能。它支持IIS总线数据格式和MSB-justified数据格式。IIS总线接口为FIFO操作提供DMA传输模式，代替中断模式，它可以同时传送或接收数据。IIS模块特性： 兼容IIS，MSB-justified格式数据 每通道8/16位数据 每通道16，32，48fs（采样频率）串行时钟 可编程的分频器提供给主设备时钟和编解码时钟 供给发送和接收用的32字节（2X16）的FIFO正常（Normal）传输模式和DMA传输模式2.3 音频芯片UDA1341UDA1341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IIS数字音频接口，实现音频信号的数字化处理。 UDA1341的IIS引脚分别连接到S3C2410对应的IIS引脚上，音频输入输出（VIN，VOUT）分别和麦克风扬声器连接：UDA1341的L3接口相当于一个Mixer控制器接口，可以用来控制输入/输出音频信号的音量大小，低音等。L3接口的引脚L3MODE，L3DATA和L3CLOCK分别连接到S3C2410的IICSCL，IICSDA和GPF6引脚上。 3 系统的软件设计3.1 软件整体设计嵌入式 Linux是一种完全开放且免费的操作系统，其支持多种硬件体系结构，运行稳定，拥有完善的开发工具，为开发人员提供了优良的开发环境。在嵌入式 Linux系统中，设备驱动程序提供了应用程序和实际设备之间的一个软件层(接口)，为应用程序屏蔽了硬件细节。本设计中，音频设备驱动程序主要通过对硬件的控制实现音频流的传输，同时向上层提供标准的音频接口。整个音频驱动程序包括设备初始化、打开设备、数字音频处理(DPS)驱动、混频器(MIXER)驱动和释放设备等部分。3.2 WAV文件格式WAV声音格式文件是Windows环境下的一种常用音频文件格式，它遵循着一种称为资源互换文件格式(Resources lnterchange File Format)的结构，简称RIFF。RIFF可以看作是一种树状结构，其基本构成单位为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的缩写。RIFF格式辨别码为WAVE。整个文件由两个chunk所组成：辨别码fmt及data。 在“fmt”的chunk下包含了一个PCMWAVEFORMAT数据结构，在“fmt” chunk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。典型的WAV文件结构：它包含8字节RIFF头、4字节数据类型“WAVE”、fmt chunk（共0x18字节）和 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+0x4=0x28dataoff = 0x8+0x4+0x18+0x8=0x2C3.3 初始化UDA1341模块端口初始化开始地址选择AD和DA增益控制执行录音模式选择Mode1程序：static void Init1341(char mode)/Port Initialize/-/ PORT B GROUP/Ports : GPB4 GPB3 GPB2 /Signal : L3CLOCK L3DATA L3MODE/Setting: OUTPUT OUTPUT OUTPUT / 9:8 7:6 5:4/Binary : 01 , 01 01 /- rGPBDAT = rGPBDAT & (L3M|L3C|L3D) |(L3M|L3C); /启动条件L3M=H, L3C=HrGPBUP = rGPBUP & (0x72) |(0x72); /禁止上拉电阻GPB4:2 rGPBCON = rGPBCON & (0x3f4) |(0x154); /GPB4:2=Output(L3CLOCK):Output(L3DATA):Output(L3MODE)/L3 Interface_WrL3Addr(0x14 + 2);/地址设置 (000101xx+10)_WrL3Data(0x60,0);/数据输入0,1,10, 000,0 _WrL3Addr(0x14 + 2);/STATUS (000101xx+10)FsIdx = mode?RecStatus.FsIdx:PlayStatus.FsIdx; if(CodecParaFsIdx.ofs)_WrL3Data(0x18,0);else _WrL3Data(0x28,0);_WrL3Addr(0x14 + 2);/STATUS (000101xx+10)_WrL3Data(0xc1,0);/1,0,0,0, 0,0,01 /DAC增益控制为6dB,ADC增益为dB。/Record if(mode) /mode为1时选择录音状态_WrL3Addr(0x14 + 2);/STATUS (000101xx+10)/_WrL3Data(0xa2,0);/1,0,1,0, 0,0,10 /状态1，DAC 增益为0dB,ADC增益为6dB。_WrL3Data(0xe3,0);/状态1，DAC 增益为6dB,ADC增益为0dB。打开使/录音时可从耳机听到声音/_WrL3Addr(0x14 + 0);/DATA0 (000101xx+00)/_WrL3Data(0x3f,0);/00,11 1111 Volume control (6 bits) /_WrL3Data(0x00,0);/00,00 0000 Volume control (6 bits) 0dB _WrL3Addr(0x14 + 0);/DATA0 (000101xx+00)_WrL3Data(0x7b,0);/01,11 10,11 : Data0, Bass Boost 1824dB, Treble 6dB/_WrL3Addr(0x14 + 0);/DATA0 (000101xx+00)_WrL3Data(0xc4,0);/1100 0,100 : Extended addr(3bits), 100/_WrL3Data(0x90,0);/100,1 00,00 : DATA0, Enable AGC, 00, input amplifier gain channel 2 (2bits)_WrL3Data(0xf0,0);/111,1 00,00 : DATA0, Enable AGC, 00, input amplifier gain channel 2 (2bits)/_WrL3Addr(0x14 + 0);/DATA0 (000101xx+00)_WrL3Data(0xc0,0);/1100 0,000 : Extended addr(3bits), 000_WrL3Data(0xe4,0);/111, 00000 : MA = 0dB_WrL3Data(0xc1,0);/1100 0,001 : Extended addr(3bits), 001 _WrL3Data(0xe4,0);/111, 00000 : MB = 0dB/_WrL3Addr(0x14 + 0);/DATA0 (000101xx+00)_WrL3Data(0xc2,0);/1100 0,010 : Extended addr(3bits), 010/_WrL3Data(0x59,0);/010,1 10,01 : DATA0, MIC Amplifier Gain 27dB, input channel 1 select(input channel 2 off)_WrL3Data(0xf9,0);/111,1 10,11 : DATA0, MIC Amplifier Gain 27dB, input 1 X MA + input 2 X MB 3.4 录音模块程序：void RecordTest(void)int size, i, j, err;WAVEFORMATEX fmt;WAVEHDR hdr2048;HWAVEIN hwi = 1;fmt.nSamplesPerSec = fsTable3;fmt.wBitsPerSample = 16;fmt.wFormatTag= WAVE_FORMAT_PCM;fmt.nChannels= 2;fmt.nBlockAlign = fmt.wBitsPerSample*fmt.nChannels/8;fmt.nAvgBytesPerSec= fmt.nSamplesPerSec*fmt.nBlockAlign;download_addr = 0x30800000;/_NONCACHE_STARTADDRESS;download_len = size = 2*1024*1024;for( i = 0; i 0)hdri.lpData = (LPSTR)(download_addr+0x2c+i*BUF_SIZE);hdri.dwBufferLength = (sizeBUF_SIZE)?BUF_SIZE:size;size -= BUF_SIZE;i+;*(U16 *)(download_addr+0x14) = fmt.wFormatTag;*(U16 *)(download_addr+0x16) = fmt.nChannels;*(U32 *)(download_addr+0x18) = fmt.nSamplesPerSec;*(U32 *)(download_addr+0x1c) = fmt.nAvgBytesPerSec;*(U16 *)(download_addr+0x20) = fmt.nBlockAlign;*(U16 *)(download_addr+0x22) = fmt.wBitsPerSample;*(U32 *)(download_addr+0x28) = download_len;err = waveInOpen(&hwi,0,&fmt,0,0,0);printf(nerr = %xn, err);for(j=0;ji;j+)if(waveInAddBuffer(hwi, &hdrj, 0)puts(Add buffer error!);printf(Added %d buffer for recordn, i);/puts(Press any to Recordn);/getch();puts(Now begin recording, Press Esc to exitn);waveInStart(hwi);while(1)U8 key;key = getkey();if(key=ESC_KEY)break;waveInClose(hwi);REC_OK = 0xff ;PlayMusicTest() ;REC_OK = 0 ;3.5 放音模块程序：void PlayMusicTest(void)int size, i, j, err;WAVEFORMATEX fmt;WAVEHDR hdr2048;HWAVEOUT hwo;U8 pause = 0;U8 mute = 0;U32 volume;unsigned char *buf;if( REC_OK = 0 )download_addr = DFT_DOWNLOAD_ADDR;buf = (unsigned char *)download_addr;for( i = 0; i 0)hdri.lpData = (LPSTR)(download_addr+0x2c+i*BUF_SIZE);hdri.dwBufferLength = (sizeBUF_SIZE)?BUF_SIZE:size;size -= BUF_SIZE;i+;fmt.wFormatTag= WAVE_FORMAT_PCM;fmt.nChannels= *(U16 *)(download_addr+0x16);fmt.nSamplesPerSec= *(U32 *)(download_addr+0x18);fmt.nAvgBytesPerSec= *(U32 *)(download_addr+0x1c);fmt.nBlockAlign= *(U16 *)(download_addr+0x20);fmt.wBitsPerSample= *(U16 *)(download_addr+0x22);printf(Sample Rate = %d, Channels = %d, %dBitsPerSample, size = %dn,fmt.nSamplesPerSec, fmt.nChannels, fmt.wBitsPerSample, *(U32 *)(download_addr+0x28);hwo = 0;err = waveOutOpen(&hwo,0,&fmt,0,0,0);printf(nerr = %xn, err);for(j=0;ji;j+