基于SoC的AC97技術(shù)硬件設(shè)計(jì)

圖2 SoC內(nèi)核仿真環(huán)境的構(gòu)成

內(nèi)核模擬模塊(CORE SIM)是SOC內(nèi)核仿真環(huán)境的核心，以RTL代碼形式下載到Vertex II FPGA中模擬DSP內(nèi)核的單周期指令，可以實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)內(nèi)存、訪問(wèn)音頻控制器(包括讀寫(xiě)FIFO、CRBUF以及CSRS)、響應(yīng)并處理中斷請(qǐng)求或DMA請(qǐng)求。其中，DIN_RAM是32位內(nèi)存數(shù)據(jù)輸入總線；DIN_CTRL是32位音頻控制器數(shù)據(jù)輸入總線；DOUT是32位數(shù)據(jù)輸出總線；IRQ是音頻控制器中斷請(qǐng)求；DMA REQ是音頻控制器DMA請(qǐng)求；RST是音頻控制器異步復(fù)位。

塊內(nèi)存模塊是由Vertex II FPGA中的塊內(nèi)存實(shí)現(xiàn)的單端口內(nèi)存，這種內(nèi)存的時(shí)序與常規(guī)SRAM相同，可以模擬最大126KB的片上SRAM。在Xilinx集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(ISE)中調(diào)用CORE Generator，就可以生成
這種靜態(tài)內(nèi)存。如果運(yùn)用Memory Eidtor工具生成cgf和coe文件(塊內(nèi)存的配置文件)，就可以在為FPGA下載BIT文件的同時(shí)給塊內(nèi)存賦初始值。基于FPGA這項(xiàng)強(qiáng)大的功能，就可以將從個(gè)人電腦上提取出來(lái)的PCM音頻碼下載到塊內(nèi)存中，然后在內(nèi)核模擬模塊的控制下，通過(guò)音頻控制器傳送到音頻編解碼器中，由此實(shí)現(xiàn)音頻播放。

時(shí)鐘發(fā)生模塊(CLOCK GENERATOR)可發(fā)出27MHz、54MHz以及108MHz三種時(shí)鐘，并且產(chǎn)生音頻控制器異步復(fù)位信號(hào)RST。MICroBlaze開(kāi)發(fā)電路板上的晶振發(fā)出27MHz和50MHz的占空比1:1的方波信號(hào)作為時(shí)鐘發(fā)生模塊的輸入，調(diào)用數(shù)字鎖相環(huán)硬核模塊(CLOCKGEN.v和CLOCKGEN.ucf)可輸出各倍頻時(shí)鐘(本設(shè)計(jì)用108MHz)以及異步復(fù)位信號(hào)RST。AC'97 CTRL是以RTL形式下載到Vertex II FPGA中的音頻控制器邏輯。AC'97 CODEC是National Semiconductor公司的LM4549 AC'97 CODEC芯片。

內(nèi)核模擬模塊的實(shí)現(xiàn)原理

RTL代碼模擬的都是流水線中的指令執(zhí)行級(jí)，是音頻控制器和內(nèi)核直接交互數(shù)據(jù)的級(jí)別。根據(jù)DSP內(nèi)核在指令執(zhí)行級(jí)的行為和接口特性，可以靈活地改變內(nèi)核模擬模塊的接口和內(nèi)部信號(hào)(通過(guò)改變RTL代碼)，形成不同的仿真環(huán)境。測(cè)試在新的仿真環(huán)境中音頻控制器與內(nèi)核的工作是否協(xié)調(diào)穩(wěn)定，如果結(jié)果不理想，就應(yīng)更改音頻控制器的設(shè)計(jì)。這樣就能使音頻控制器的特性也能和內(nèi)核達(dá)到最好的協(xié)調(diào)。

基于SoC內(nèi)核仿真環(huán)境的放音實(shí)例

下面給出基于SoC內(nèi)核仿真環(huán)境播放音頻的實(shí)例。音頻來(lái)源于Windows2000操作系統(tǒng)初始安裝后winnt/media目錄下的Utopia Windows Start.wav(153KB，16位單聲道的wave文件)，提取出文件中的PCM音頻碼后下載到Vertex II的塊內(nèi)存中。音頻控制器在SoC內(nèi)核仿真環(huán)境中控制音頻編解碼器工作，連接耳機(jī)到MicroBlaze開(kāi)發(fā)電路板的耳機(jī)插口,可以聽(tīng)到維持將近3秒鐘的音頻信號(hào)，和原音頻文件的聲音基本一致。使用音頻分析軟件Audicity來(lái)分析音頻播放效果，原始音源與開(kāi)發(fā)板播放的音頻略有不同，其原因有以下3點(diǎn)。(1)電腦聲卡錄音起點(diǎn)和原音頻的放音起點(diǎn)不同； (2)由于塊內(nèi)存的最大容量為126KB，所以所錄波形文件只截取了原文件(153KB)的前2/3部分。(3)經(jīng)過(guò)SoC內(nèi)核仿真環(huán)境放音，并由電腦聲卡錄音得到的音頻與原音頻的幅度必然不同。第1、2兩個(gè)因素引起兩個(gè)波形在時(shí)間軸方向上的偏差，因素3引起幅度軸方向上的偏差。盡管存在這些差異，但完全可以說(shuō)明在SoC內(nèi)核仿真環(huán)境中，所設(shè)計(jì)的音頻控制器邏輯功能正確，與內(nèi)核能夠協(xié)調(diào)工作。

總結(jié)
本文根據(jù)所設(shè)計(jì)的音頻控制器的結(jié)構(gòu)詳細(xì)介紹了構(gòu)建SOC內(nèi)核仿真環(huán)境來(lái)測(cè)試音頻控制器的思想和實(shí)現(xiàn)方法?；谶@個(gè)仿真環(huán)境，不但可以測(cè)試音頻控制器實(shí)際錄放音的效果和性能，更重要的是可以及時(shí)反映其與內(nèi)核的協(xié)調(diào)程度。這樣就可避免孤立設(shè)計(jì)音頻控制器而不考慮其與SoC系統(tǒng)協(xié)調(diào)的弊端，明顯提高后期整合SoC系統(tǒng)的效率。