來(lái)源：電子設(shè)計(jì)應(yīng)用 作者：武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 閔華松 孫程建

    摘 要：本文介紹了基于s3c2410處理器平臺(tái)，利用i2s總線的usb聲卡系統(tǒng)設(shè)計(jì)。詳細(xì)闡述了usb聲卡通訊的實(shí)現(xiàn)，并且根據(jù)i2s總線dma傳輸?shù)奶攸c(diǎn)實(shí)現(xiàn)了環(huán)形緩沖區(qū)，以提高系統(tǒng)性能，滿足音頻實(shí)時(shí)性的要求。

    關(guān)鍵詞： usb聲卡；s3c2410；i2s

    引言

    近年來(lái)usb產(chǎn)品層出不窮，usb音頻類在usb開(kāi)發(fā)者論壇的努力下，成為一種標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，usb聲卡也開(kāi)始在市場(chǎng)上悄然出現(xiàn)。因?yàn)閡sb聲卡內(nèi)置了dac和有源功放，音頻數(shù)據(jù)以數(shù)字方式進(jìn)入usb聲卡，完全杜絕了pc的內(nèi)部干擾，所以，usb聲卡將有可能成為現(xiàn)有內(nèi)置聲卡的替代品。本文介紹了一種基于arm處理器的usb聲卡設(shè)計(jì)。

    usb聲卡原理

    由usb聲卡數(shù)據(jù)流圖(見(jiàn)圖1)可以看出usb聲卡的工作原理。在主機(jī)端播放音樂(lè)時(shí)，應(yīng)用軟件或驅(qū)動(dòng)程序把各類音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式，如pcm、mpeg等格式的數(shù)據(jù)流，通過(guò)主機(jī)的usb接口發(fā)送給usb聲卡。聲卡的usb接口接收到數(shù)據(jù)后，通過(guò)i2s接口把并行音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為串行，再發(fā)送給音頻編解碼芯片進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換，即可在音頻芯片連接的揚(yáng)聲器中發(fā)音。錄音過(guò)程和播放過(guò)程正好相反。

    圖1 usb 聲卡數(shù)據(jù)流

    硬件設(shè)計(jì)

    usb聲卡硬件主要包括mcu和音頻編解碼芯片。mcu采用三星公司的處理器s3c2410，s3c2410內(nèi)置i2s總線控制器和usb slaver控制器。s3c2410的i2s控制器實(shí)現(xiàn)了一個(gè)外部8/16位立體聲音頻codec ic的接口，支持i2s總線數(shù)據(jù)格式和msb-justified數(shù)據(jù)格式，并且支持dma傳輸模式。

    音頻芯片采用uda1341ts。uda1341ts提供標(biāo)準(zhǔn)的i2s接口，可以直接和s3c2410的i2s引腳連接。另外，此芯片還提供標(biāo)準(zhǔn)的l3、麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器接口。l3接口的引腳分別連到s3c2410的3個(gè)gpio輸出引腳上，通過(guò)gpio控制l3接口。uda1341ts音頻芯片集成數(shù)字化音頻和混頻器功能。數(shù)字化音頻功能可以播放數(shù)字化聲音或錄制聲音，因?yàn)榘ㄟ@個(gè)功能，所以常把此類芯片稱為codec設(shè)備�；祛l器用來(lái)控制各種輸入/輸出的音量大小等，在本芯片中通過(guò)l3接口進(jìn)行控制。

    圖2 usb聲卡拓?fù)鋱D

    軟件設(shè)計(jì)

    軟件設(shè)計(jì)包括兩部分：usb聲卡固件程序設(shè)計(jì)和主機(jī)端windows驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。因?yàn)閡sb音頻類設(shè)備是一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，在windows 操作系統(tǒng)上有標(biāo)準(zhǔn)的usb音頻驅(qū)動(dòng)，所以只需要開(kāi)發(fā)者根據(jù)usb音頻類的協(xié)議開(kāi)發(fā)固件程序。

    usb聲卡的固件程序主要包括兩部分，第一部分主要是usb通訊，第二部分實(shí)現(xiàn)i2s接口數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)流的緩沖區(qū)控制等。

    usb通訊

    usb聲卡描述符

    為了有效地定義出usb聲卡的描述符，可先根據(jù)usb音頻類協(xié)議，并結(jié)合需要實(shí)現(xiàn)的usb聲卡功能，確定出usb聲卡的拓?fù)鋱D(見(jiàn)圖2)，然后再根據(jù)拓?fù)鋱D和usb音頻類描述符的協(xié)議，寫出usb聲卡的描述符。

    usb聲卡的描述符包括5部分，分別為設(shè)備描述符、配置描述符、接口描述符、端點(diǎn)描述符和字符串描述符。接口描述符是其中的難點(diǎn)。usb聲卡的接口描述符包括兩部分：音頻控制(audiocontrol)接口描述符和音頻數(shù)據(jù)流(audiostreaming)接口描述符。

    1. usb音頻控制接口描述符。根據(jù)usb聲卡的拓?fù)鋱D所示，當(dāng)聲卡用于回放功能時(shí)，其聲卡功能的控制流程，通過(guò)it1(input teminal)，ot3(out teminal)和feature單元表示，it1表示的是pc向usb聲卡發(fā)送的音頻數(shù)據(jù)流，ot3表示的是發(fā)向dac的數(shù)據(jù)流，在it1和ot3之間的feature單元用于調(diào)節(jié)音量和音效功能等。當(dāng)聲卡執(zhí)行錄音功能時(shí)，usb的功能拓?fù)渫ㄟ^(guò)it2，ot4表示，it2表示a/d采樣的音頻數(shù)據(jù)流，ot4表示的是通過(guò)usb接口發(fā)向pc的數(shù)據(jù)流。usb音頻控制