基于微處理器和UDAl34l的嵌入式音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和機(jī)器硬件之間的接口，為應(yīng)用程序屏蔽了硬件細(xì)節(jié)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)是內(nèi)核的一部分，主要完成以下功能：設(shè)備初始化和釋放;設(shè)備管理，包括實(shí)時(shí)參數(shù)設(shè)置及提供對設(shè)備的操作接口;讀取應(yīng)用程序傳送給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)并回送應(yīng)用程序請求的數(shù)據(jù);檢測和處理設(shè)備出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

　　音頻設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要通過對硬件的控制實(shí)現(xiàn)音頻流的傳輸，同時(shí)向上層提供標(biāo)準(zhǔn)的音頻接口。筆者設(shè)計(jì)的音頻接口驅(qū)動(dòng)向上提供2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口：數(shù)字音頻處理(Digital Sound Processing-DSP)，負(fù)責(zé)音頻數(shù)據(jù)的傳輸即播放數(shù)字化聲音文件和錄音操作等;混音器(MIXER)，負(fù)責(zé)對輸出音頻進(jìn)行混音處理，如音量調(diào)節(jié)、高低音控制等。這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口分別對應(yīng)設(shè)備文件dev/dsp和dev/mixer。

　　整個(gè)音頻驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)分為初始化、打開設(shè)備、DSP驅(qū)動(dòng)、MIXER驅(qū)動(dòng)和釋放設(shè)備等部分。

　　4.1 初始化、打開設(shè)備

　　設(shè)備初始化主要完成對UDAl34l音量、采樣頻率、L3接口等的初始化，并且注冊設(shè)備。通過函數(shù)audio_init(void)完成以下具體功能：

　　· S3C2410控制端口(GPBl-GPB3)的初始化;

　　· 為設(shè)備分配DMA通道;

　　· UDAl34l的初始化;

　　· 注冊audio設(shè)備和mixer設(shè)備。

　　· 打開設(shè)備由打開函數(shù)open()完成以下功能;

　　· 設(shè)置好ⅡS和L3總線;

　　· 準(zhǔn)備好聲道、采樣寬度等參數(shù)并通知設(shè)備;

　　· 根據(jù)采樣參數(shù)計(jì)算出緩沖區(qū)大小;

　　· 分配相應(yīng)大小的DMA緩沖區(qū)供設(shè)備使用。

　　4.2 DSP驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

　　DSP驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了音頻數(shù)據(jù)的傳輸即播放和錄音的數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)提供ioctl對UDA134l中的DAC和ADC采樣率進(jìn)行控制。采樣率的控制主要是讀寫UDAl34l內(nèi)的采樣率控制寄存器，所以驅(qū)動(dòng)的主要部分就是控制音頻數(shù)據(jù)的傳輸。

　　驅(qū)動(dòng)中通過結(jié)構(gòu)static audio_state來描述整個(gè)音頻系統(tǒng)的狀態(tài)，其中最主要的是2個(gè)數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)audio_in和audio_out。這2個(gè)數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)分別描述輸入音頻流和輸出音頻流的信息。通過對audio_in和audio_out的操作分別實(shí)現(xiàn)音頻的輸入和輸出(音頻的播放和錄音)，本驅(qū)動(dòng)的主要內(nèi)容是數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。該結(jié)構(gòu)應(yīng)該包含音頻緩沖區(qū)的信息、DMA的相關(guān)信息、所用到的信號量及FIFO的入口寄存器的地址。

　　為了提高系統(tǒng)的吞吐量，系統(tǒng)使用DMA技術(shù)直接將需要回放或錄制的聲音存放在內(nèi)核的DMA緩存區(qū)中，由于S3C2410的DMA控制器沒有內(nèi)置的DMA存儲區(qū)域，因而驅(qū)動(dòng)程序必須在內(nèi)存內(nèi)為音頻設(shè)備分配DMA緩存區(qū)。緩沖區(qū)設(shè)置是否合理非常關(guān)鍵。以write()函數(shù)為例，因?yàn)橐纛l數(shù)據(jù)量通常較大，而緩存太小容易造成緩存溢出，所以要采用較大的緩沖區(qū)。而要填充大的緩沖區(qū)，CPU就要一次處理大量的數(shù)據(jù)，這樣處理數(shù)據(jù)時(shí)間較長，容易造成延遲。筆者采用多個(gè)緩存的機(jī)制，將緩沖區(qū)分為多個(gè)數(shù)據(jù)段。數(shù)據(jù)段的個(gè)數(shù)和大小分別在數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)中指定。這樣把大的數(shù)據(jù)段分為幾個(gè)小段處理，每處理一小段數(shù)據(jù)就可以通過DMA發(fā)送出去。read函數(shù)也是如此，DMA每發(fā)來一小段數(shù)據(jù)就可以處理，不用等到大緩沖區(qū)都填滿才處理數(shù)據(jù)。這里還提供了ioctl接口給上層調(diào)用，這樣上層可以根據(jù)音頻數(shù)據(jù)的精度即數(shù)據(jù)流量來調(diào)整緩沖區(qū)數(shù)據(jù)段的大小和個(gè)數(shù)，以取得最好的傳輸效果。

　　4.3 MIXER驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

　　MIXER驅(qū)動(dòng)只控制混音效果，并不執(zhí)行讀寫操作，所以MIXER的文件操作結(jié)構(gòu)只實(shí)現(xiàn)了1個(gè)ioctl調(diào)用，提供給上層設(shè)置CODEC的混音效果。驅(qū)動(dòng)中主要實(shí)現(xiàn)了1個(gè)結(jié)構(gòu)體struct UDAl34l_codec。該結(jié)構(gòu)體描述了CODEC的基本信息，主要是實(shí)現(xiàn)了CODEC寄存器的讀寫函數(shù)和混音的控制函數(shù)。MIXER文件操作結(jié)構(gòu)中的ioctl就是調(diào)用U-DAl341_codec中的混音控制函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。

　　4.4 設(shè)備的卸載

　　設(shè)備的卸載由注銷函數(shù)close()來完成。注銷函數(shù)使用注冊時(shí)得到的設(shè)備號，同時(shí)釋放驅(qū)動(dòng)程序使用的各種系統(tǒng)資源，如DMA和緩沖區(qū)等。

　　5 結(jié)束語

　　該系統(tǒng)已經(jīng)在基于S3C2410的開發(fā)平臺上得到了實(shí)現(xiàn)，可以順利進(jìn)行音頻的播放和采集，并取得良好的效果。