近年來(lái)掀起了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的熱潮，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲透到我們生活中的每個(gè)角落，工業(yè)、服務(wù)業(yè)、消費(fèi)電子等等。Windows CE是一個(gè)開(kāi)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)，被廣泛用于各種嵌入式智能設(shè)備的開(kāi)發(fā)；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。

　　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(guò)I2S總線處理音頻數(shù)據(jù)。

　　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(guò)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)。

　　I2S控制器通過(guò)DMA方式來(lái)訪問(wèn)。DMA方式下，DMA控制器只能通過(guò)串行音頻數(shù)據(jù)寄存器（SADR）訪問(wèn)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。

　　圖2 TSC2101芯片電路設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)為T(mén)SC2101在智能手機(jī)中的運(yùn)用，CP-IN為通信模塊的語(yǔ)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(guò)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(guò)內(nèi)部的ADC將語(yǔ)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(tīng)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)的一種方法，是采用Unified Audio模型，即不分層的音頻驅(qū)動(dòng)模型，這種模型的音頻驅(qū)動(dòng)支持標(biāo)準(zhǔn)的波形驅(qū)動(dòng)接口。在分層的音頻驅(qū)動(dòng)中，驅(qū)動(dòng)程序由MDD和PDD組成，MDD層執(zhí)行與硬件平臺(tái)無(wú)關(guān)的功能，PDD層則是直接與硬件平臺(tái)相關(guān)的操作，而在Unified Audio模型中，MDD和PDD的分層是不必要的，圖3是Unified Audio模型的音頻驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。

　　圖3 Unified Audio模型的音頻驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

　　在這種模型下，音頻驅(qū)動(dòng)仍然是以流接口的形式實(shí)現(xiàn)，分別實(shí)現(xiàn)了WAV-close（）、WAV-PowerDown（）、WAV-Deinit（）、 WAV-PowerUp（）、WAV-Init（）、WAV-Read（）、WAV-IOControl（）、WAV-Seek（）、WAV-Open（）、WAV-Write（）這幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的流接口函數(shù)。

　　DMA緩存區(qū)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　由于音頻設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)性要求較高，所以DMA緩存區(qū)設(shè)計(jì)以及合理地利用緩存區(qū)加快對(duì)音頻數(shù)據(jù)的處理，減少延時(shí)變得十分重要。

　　DMA控制器是使CPU處理其他與數(shù)據(jù)總線無(wú)關(guān)的處理，而由DMA控制器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)制，這種機(jī)制使得CPU從繁重的數(shù)據(jù)傳輸中解脫出來(lái)，可以執(zhí)行其他計(jì)算，從而提高了系統(tǒng)運(yùn)行速度。PXA272的DMA控制器提供了32個(gè)DMA通道，0～31。這些通道提供了flow-through 和fly by的數(shù)據(jù)傳輸方式。

　　在本設(shè)計(jì)中，使用雙緩存區(qū)DMA通道設(shè)計(jì)，如圖4所示，當(dāng)CPU正在處理某一個(gè)緩存區(qū)數(shù)據(jù)的同時(shí)，DMA控制器可以完成另一個(gè)緩存區(qū)數(shù)據(jù)的傳輸，如此交替下去，則可以提高系統(tǒng)的并行能力，提高音頻處理的實(shí)時(shí)性。

　　本設(shè)計(jì)中使用MapDMABuffers（）函數(shù)實(shí)現(xiàn)DMA音頻數(shù)據(jù)緩存區(qū)的分配，函數(shù)主要實(shí)現(xiàn)的功能是：分配接收和發(fā)送音頻數(shù)據(jù)的DMA緩存區(qū)。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　本文分析了嵌入式Windows CE操作系統(tǒng)基于TSC2101音頻芯片的音頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本原理及其驅(qū)動(dòng)程序模型；并結(jié)合具體程序重點(diǎn)描述了DMA雙緩存區(qū)的實(shí)現(xiàn)方法和原理，本設(shè)計(jì)在實(shí)際運(yùn)用中能夠滿足音頻系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。