基于微處理器和UDAl34l的嵌入式音頻系統設計

　　設備驅動程序是操作系統內核和機器硬件之間的接口，為應用程序屏蔽了硬件細節。設備驅動是內核的一部分，主要完成以下功能：設備初始化和釋放;設備管理，包括實時參數設置及提供對設備的操作接口;讀取應用程序傳送給設備文件的數據并回送應用程序請求的數據;檢測和處理設備出現的錯誤。

　　音頻設備驅動程序主要通過對硬件的控制實現音頻流的傳輸，同時向上層提供標準的音頻接口。筆者設計的音頻接口驅動向上提供2個標準接口：數字音頻處理(Digital Sound Processing-DSP)，負責音頻數據的傳輸即播放數字化聲音文件和錄音操作等;混音器(MIXER)，負責對輸出音頻進行混音處理，如音量調節、高低音控制等。這2個標準接口分別對應設備文件dev/dsp和dev/mixer。

　　整個音頻驅動的實現分為初始化、打開設備、DSP驅動、MIXER驅動和釋放設備等部分。

　　4.1 初始化、打開設備

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

　　· S3C2410控制端口(GPBl-GPB3)的初始化;

　　· 為設備分配DMA通道;

　　· UDAl34l的初始化;

　　· 注冊audio設備和mixer設備。

　　· 打開設備由打開函數open()完成以下功能;

　　· 設置好ⅡS和L3總線;

　　· 準備好聲道、采樣寬度等參數并通知設備;

　　· 根據采樣參數計算出緩沖區大小;

　　· 分配相應大小的DMA緩沖區供設備使用。

　　4.2 DSP驅動的實現

　　DSP驅動實現了音頻數據的傳輸即播放和錄音的數據傳輸。同時提供ioctl對UDA134l中的DAC和ADC采樣率進行控制。采樣率的控制主要是讀寫UDAl34l內的采樣率控制寄存器，所以驅動的主要部分就是控制音頻數據的傳輸。

　　驅動中通過結構static audio_state來描述整個音頻系統的狀態，其中最主要的是2個數據流結構audio_in和audio_out。這2個數據流結構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的操作分別實現音頻的輸入和輸出(音頻的播放和錄音)，本驅動的主要內容是數據流結構的設計和實現。該結構應該包含音頻緩沖區的信息、DMA的相關信息、所用到的信號量及FIFO的入口寄存器的地址。

　　為了提高系統的吞吐量，系統使用DMA技術直接將需要回放或錄制的聲音存放在內核的DMA緩存區中，由于S3C2410的DMA控制器沒有內置的DMA存儲區域，因而驅動程序必須在內存內為音頻設備分配DMA緩存區。緩沖區設置是否合理非常關鍵。以write()函數為例，因為音頻數據量通常較大，而緩存太小容易造成緩存溢出，所以要采用較大的緩沖區。而要填充大的緩沖區，CPU就要一次處理大量的數據，這樣處理數據時間較長，容易造成延遲。筆者采用多個緩存的機制，將緩沖區分為多個數據段。數據段的個數和大小分別在數據流結構中指定。這樣把大的數據段分為幾個小段處理，每處理一小段數據就可以通過DMA發送出去。read函數也是如此，DMA每發來一小段數據就可以處理，不用等到大緩沖區都填滿才處理數據。這里還提供了ioctl接口給上層調用，這樣上層可以根據音頻數據的精度即數據流量來調整緩沖區數據段的大小和個數，以取得最好的傳輸效果。

　　4.3 MIXER驅動的實現

　　MIXER驅動只控制混音效果，并不執行讀寫操作，所以MIXER的文件操作結構只實現了1個ioctl調用，提供給上層設置CODEC的混音效果。驅動中主要實現了1個結構體struct UDAl34l_codec。該結構體描述了CODEC的基本信息，主要是實現了CODEC寄存器的讀寫函數和混音的控制函數。MIXER文件操作結構中的ioctl就是調用U-DAl341_codec中的混音控制函數來實現的。

　　4.4 設備的卸載

　　設備的卸載由注銷函數close()來完成。注銷函數使用注冊時得到的設備號，同時釋放驅動程序使用的各種系統資源，如DMA和緩沖區等。

　　5 結束語

　　該系統已經在基于S3C2410的開發平臺上得到了實現，可以順利進行音頻的播放和采集，并取得良好的效果。