Windows CE系統(tǒng)下基于PXA272和TSC2101音頻系統(tǒng)

　　Windows CE是一個(gè)開放的、可裁剪的、32位的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。它具有可靠性好、實(shí)時(shí)性高、內(nèi)核體積小的特點(diǎn)，所以被廣泛用于各種嵌入式智能設(shè)備的開發(fā)，其應(yīng)用涉及工業(yè)控制、信息家電、移動(dòng)通信、汽車電子、個(gè)人電子消費(fèi)品等各個(gè)領(lǐng)域，是當(dāng)今應(yīng)用最多、增長最快的嵌入式操作系統(tǒng)。而在這些嵌入式應(yīng)用中，音頻模塊成為了大多數(shù)產(chǎn)品不可或缺的一部份。本文針對(duì)Windows CE操作系統(tǒng)，構(gòu)造了基于Intel Xscale PXA272和TSC2101音頻芯片的音頻系統(tǒng)，并簡(jiǎn)要介紹了其實(shí)現(xiàn)方法。

　　音頻系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)

　　本設(shè)計(jì)中的音頻驅(qū)動(dòng)采用Unified Audio模型實(shí)現(xiàn)，基于Intel Xscale PXA272處理器和TI 的TSC2101音頻芯片，使用了基于I2S(Inter-IC Sound)總線的音頻系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)原理圖如圖1所示。Intel Xscale PXA272芯片集成了I2S控制器，通過I2S總線處理音頻數(shù)據(jù)。其他信號(hào)(如控制信號(hào))則需要單獨(dú)傳輸，在本設(shè)計(jì)中將Xscale PXA272芯片的SSP串口配置為SPI串口以實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的傳輸。

　　圖1 系統(tǒng)原理圖

　　I2S是菲利浦公司提出的串行數(shù)字音頻總線協(xié)議。PXA272的I2S控制器控制了I2S鏈接，I2S控制器由數(shù)據(jù)緩沖、狀態(tài)和控制寄存器、計(jì)數(shù)器組成。它們將系統(tǒng)內(nèi)存和外設(shè)的音頻解碼芯片(TSC2101)連接，產(chǎn)生同步音頻。播放音頻文件時(shí)，I2S控制器通過I2SLINK連接將系統(tǒng)內(nèi)存中數(shù)字化的聲音樣本發(fā)送到外設(shè)的TSC2101音頻解碼芯片中，然后由TSC2101芯片的數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。

　　對(duì)于錄音來說，I2S控制器從外部的TSC2101音頻芯片接收到數(shù)字信號(hào)，然后將它們存儲(chǔ)到系統(tǒng)內(nèi)存中。I2S提供了普通I2S和MSB-justified-I2S格式。通過5根引腳連接TSC2101芯片和PXA272的I2S控制器，形成音頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?。I2S控制器必需的信號(hào)主要有：一個(gè)碼率時(shí)鐘，可以引用外部或者內(nèi)部時(shí)鐘源;一個(gè)控制信號(hào)提供“左/右”聲道控制信息;兩個(gè)串行音頻引腳，一個(gè)輸出一個(gè)輸入;碼率時(shí)鐘，I2S控制器會(huì)將可選的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)也發(fā)送到外部解碼器中。

　　I2S控制器通過DMA方式來訪問。DMA方式下，DMA控制器只能通過串行音頻數(shù)據(jù)寄存器(SADR)訪問FIFO。DMA控制器通常以8、16或32字節(jié)大小的塊存取FIFO隊(duì)列數(shù)據(jù)的。

　　本設(shè)計(jì)中采用的音頻芯片TSC2101集成了立體聲音頻解碼、觸摸屏控制芯片，立體聲DAC能以高達(dá)48Kb/s的采樣率播放音頻文件，專供PDA、PMP、智能手機(jī)和MP3播放機(jī)使用。TSC2101 將揚(yáng)聲器放大器、耳機(jī)放大器和四線觸摸屏控制器與音頻編解碼器集成再一起，帶有一個(gè)立體聲頭戴送受話器接口、一個(gè)手機(jī)送受話器接口、一個(gè)單聲道8Ω揚(yáng)聲器放大器以及一個(gè)32Ω受話器驅(qū)動(dòng)器，并集成有一個(gè)電池監(jiān)控器和一個(gè)片上溫度傳感器。

　　TSC2101芯片的電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

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　　圖2 TSC2101芯片電路設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)為TSC2101在智能手機(jī)中的運(yùn)用，CP-IN為通信模塊的語音輸入，CP-OUT則為音頻系統(tǒng)到通信模塊的輸出，在實(shí)際的應(yīng)用中MIC1可以通過TSC2101的內(nèi)部PGA(可編程增益放大)、AGC(自動(dòng)增益控制)電路連接到CP-OUT，實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)的話筒功能;同時(shí)，MIC1輸入還可以通過內(nèi)部的ADC將語音數(shù)據(jù)采樣后經(jīng)I2S總線傳輸?shù)教幚砥鞔鎯?chǔ)空間實(shí)現(xiàn)錄音功能。當(dāng)然，在智能手機(jī)通話的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)通話錄音功能。電路圖中的38～41引腳為SPI接口，42～46引腳為I2S控制引腳，引腳9～12為觸摸屏輸入，引腳27和28為音頻輸出可以連接耳機(jī)，引腳26連接手機(jī)聽筒，引腳33、35連接外置揚(yáng)聲器。

　　采用Unified Audio模型實(shí)現(xiàn)音頻驅(qū)動(dòng)

　　音頻驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式包括MDD-PDD分層模式和不分層的Unified Audio模型。MDD-PDD作為直接實(shí)現(xiàn)流接口的一種方法，使用微軟提供的模型設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序