七 ARM9(S3C2440)的IIS-理論知識及程序實例

s3c2440一共有5個引腳用于IIS：IISDO、IISDI、IISSCLK、IISLRCK和CDCLK。前兩個引腳用于數(shù)字音頻信號的輸出和輸入，另外三個引腳都與音頻信號的頻率有關，可見要用好IIS，就要把信號頻率設置正確。IISSCLK為串行時鐘，每一個時鐘信號傳送一位音頻信號，因此IISSCLK的頻率＝聲道數(shù)×采樣頻率×采樣位數(shù)，如采樣頻率fs為44.1kHz，采樣的位數(shù)為16位，聲道數(shù)2個（左、右兩個聲道），則IISSCLK的頻率＝32fs＝1411.2kHz。IISLRCK為幀時鐘，用于切換左、右聲道，如IISLRCK為高電平表示正在傳輸?shù)氖亲舐暤罃?shù)據(jù)，為低電平表示正在傳輸?shù)氖怯衣暤罃?shù)據(jù)，因此IISLRCK的頻率應該正好等于采樣頻率。由于IIS只負責數(shù)字音頻信號的傳輸，而要真正實現(xiàn)音頻信號的放、錄，還需要額外的處理芯片（在這里，我們使用的是UDA1341），CDCLK為該芯片提供系統(tǒng)同步時鐘，即編解碼時鐘，主要用于音頻的A/D、D/A采樣時的采樣時鐘，一般CDCLK為256fs或384fs。

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，采樣頻率fs對頻率的設置至關重要。而fs不是任意設置的，一般基于不同的應用場合和聽覺效果，而設置不同的幾個固定的值，如8kHz、16kHz、22.05kHz、44.1kHz、48kHz、96kHz等。為了使系統(tǒng)得到以fs為基數(shù)的各類時鐘信號，就要重新調(diào)整系統(tǒng)時鐘。s3c2440用于IIS的時鐘源有PCLK和MPLLin，我們這里選擇PCLK作為IIS的時鐘源。PCLK經(jīng)過兩個預分頻器處理后分別得到IISSCLK、IISLRCK和CDCLK（預分頻器A得到IISSCLK、IISLRCK，預分頻器B得到CDCLK）。寄存器IISPSR是IIS預分頻器寄存器，5~9位是預分頻器A，0~4位是預分頻器B，一般來說，這兩個預分頻器的值N相等，即只要知道一個，另一個也就知道，而這里我們是通過CDCLK來計算預分頻器B的值N的，即CDCLK＝PCLK / (N＋1)。PCLK與FCLK有一定的比例關系，而FCLK又是由輸入頻率Fin得到。在這里，我們?yōu)榱撕喕嬎悖桓淖働CLK與FCLK的比例關系（即維持在啟動代碼中定義的1:8的關系），那么由Fin而得到CDCLK一共涉及到四個參數(shù)：MDIV、PDIV、SDIV和前面公式中的N，涉及到的寄存器有MPLLCON和IISPSR。因此要得到這四個參數(shù)值，就需要一點耐心地計算，原則是誤差最小，其中需要注意的是，計算的結果（包括中間過程的結果）不要溢出，即不要超過32位。例如Fin為12MHz，我們設置采樣頻率fs＝44.1kHz，而CDCLK＝384fs＝16.9344MHz，那么經(jīng)過計算，最終得到N＝3，MDIV＝150，PDIV＝5，SDIV＝0，即IISPSR = (3<<5) | 3;，MPLLCON = (150<<12) | (5<<4) | 0;。（我覺得可以根據(jù)要播放的文件的采樣頻率先固定幾個變量，然后再求出剩余的）

s3c2440有關IIS的寄存器除了IISPSR外，還包括IIS控制寄存器IISCON，主要用于控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健㈩A分頻器和IIS接口是否開啟；IIS模式寄存器IISMOD，主要用于設置IIS的時鐘源、主從方式、接收發(fā)送方式、串行接口方式、每個聲道串行數(shù)據(jù)位數(shù)和各種頻率值；IIS的FIFO接口寄存器IISFCON用于設置和判斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)腇IFO狀態(tài)；而寄存器IISFIFO則用于音頻數(shù)據(jù)的傳輸。

由于s3c2440要實現(xiàn)IIS的錄、放音，還需要UDA1341芯片，因此我們再簡要介紹一下這個芯片的使用。s3c2440與UDA1341之間除了我們前面介紹過的IIS接口相連接外，還有一個稱之為L3總線的連接，用于s3c2440配置UDA1341內(nèi)部的寄存器。由于s3c2440不具備L3總線接口，因此我們是用三個通用IO口來模擬L3，從而實現(xiàn)L3總線的傳輸。UDA1341有兩種模式：地址模式和數(shù)據(jù)傳輸模式。地址模式表示傳輸?shù)氖堑刂沸畔ⅲ母?位永遠是000101，低兩位表示的是傳輸?shù)哪Ｊ剑菭顟B(tài)模式、數(shù)據(jù)0模式還是數(shù)據(jù)1模式，其中狀態(tài)模式主要用于配置UDA1341的各類初始狀態(tài)，數(shù)據(jù)模式主要用于改善音頻輸入、輸出的效果。

下面介紹一下L3總線接口

L3就是line 3（3條線）的意思，它只有L3DATA（數(shù)據(jù)線：用于傳輸數(shù)據(jù)）、L3MODE（模式線：用于選擇模式）、L3CLOCK（時鐘線：用于傳輸時鐘）。L3一共有兩個模式：地址模式和數(shù)據(jù)傳輸模式，先傳輸?shù)刂纺Ｊ綌?shù)據(jù)，再傳輸數(shù)據(jù)模式數(shù)據(jù)。L3MODE為低時是地址模式，L3MODE為高時是數(shù)據(jù)傳輸模式。L3DATA和L3CLOCK相互作用，完成8位數(shù)據(jù)的傳輸，傳輸?shù)捻樞蚴窍鹊臀粩?shù)據(jù)，再高位數(shù)據(jù)。

地址模式是用于選擇設備和定義目標寄存器，在這種模式下，8位數(shù)據(jù)的含義是：高6位是設備地址（UDA1341的地址為000101），低兩位是后面數(shù)據(jù)模式下寄存器的類型（00：DATA0，01：DATA1，10：STATUS）。只要沒有再改變地址模式下的數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)模式下的數(shù)據(jù)始終是傳輸?shù)缴弦粋€地址模式所定義的寄存器內(nèi)。

在傳輸數(shù)據(jù)模式下，STATUS是用于設置復位，系統(tǒng)時鐘頻率、數(shù)據(jù)輸入模式、DC濾波等內(nèi)容。DATA0分為直接尋址模式和擴展尋址模式，直接尋址模式是直接進行模式的控制，包括音量、靜音等等，而擴展尋址模式是在直接尋址模式下先設置3位擴展地址，再在直接尋址模式下設置5位擴展數(shù)據(jù)。在DATA1下，可以讀取到被檢測峰值。

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在該實驗中我們播放的是wav文件，所以要想正確的播放文件，我們必須對wave文件有一些了解。

我們用的wave文件是wav格式轉化成的C語言文件，實際上就是一個數(shù)組,該文件可以通過Advanced MP3 WMA Recorder軟件錄音生成wav格式音頻文件，然后通過軟件WinHex生成我們需要的C文件，我在實驗中保存為.h的頭文件添加到該程序中。

下面是wave格式文件介紹：

一、綜述
WAVE文件作為多媒體中使用的聲波文件格式之一，它是以RIFF格式為標準的。
RIFF是英文Resource Interchange File Format的縮寫，每個WAVE文件的頭四個字節(jié)便是“RIFF”。
WAVE文件是由若干個Chunk組成的。按照在文件中的出現(xiàn)位置包括：

1、RIFF WAVE Chunk,

2、Format Chunk,

3、Fact Chunk(可選),

4、Data Chunk。

具體見下圖：

------------------------------------------------
|RIFF WAVE Chunk|
|ID= RIFF|
|RiffType = WAVE|
------------------------------------------------
|Format Chunk|
|ID = fmt |
------------------------------------------------
|Fact Chunk(optional)|
|ID = fact|
------------------------------------------------
|Data Chunk|
|ID = data|
------------------------------------------------

其中除了Fact Chunk外，其他三個Chunk是必須的。每個Chunk有各自的ID，位于Chunk最開始位置，作為標示，而且均為4個字節(jié)。并且緊跟在ID后面的是Chunk大
小（去除ID和Size所占的字節(jié)數(shù)后剩下的其他字節(jié)數(shù)目），4個字節(jié)表示，低字節(jié)表示數(shù)值低位，高字節(jié)表示數(shù)值高位。下面具體介紹各個Chunk內(nèi)容。所有數(shù)值表示均為低字節(jié)表示低位，高字節(jié)表示高位。

二、具體介紹
RIFF WAVE Chunk
==================================
||所占字節(jié)數(shù)|具體內(nèi)容|
==================================
| ID|4 Bytes |RIFF|
----------------------------------
| Size|4 Bytes ||
----------------------------------
| Type|4 Bytes |WAVE|
----------------------------------
圖2RIFF WAVE Chunk

以FIFF作為標示，然后緊跟著為size字段，該size是整個wav文件大小減去ID和Size所占用的字節(jié)數(shù)，即FileLen - 8 = Size。然后是Type字段，為WAVE，表示是wav文件。
結構定義如下：
struct RIFF_HEADER
{
charszRiffID[4];// R,I,F,F
DWORDdwRiffSize;
charszRiffFormat[4];// W,A,V,E
};

Format Chunk

字節(jié)數(shù)具體內(nèi)容

| ID|4 Bytes|‘fmt’

| Size|4 Bytes| 數(shù)值為16或18，18則最后又附加信息
| FormatTag|2 Bytes| 編碼方式，一般為0x000
| Channels|2 Bytes| 聲道數(shù)目，1--單聲道；2--雙聲道
|SamplesPerSec |4 Bytes| 采樣頻率

| AvgBytesPerSec|4 Bytes| 每秒所需字節(jié)數(shù)===> WAVE_FORMAT
| BlockAlign|2 Bytes| 數(shù)據(jù)塊對齊單位(每個采樣需要的字節(jié)數(shù))

| BitsPerSample |2 Bytes| 每個采樣需要的bit數(shù)|2 Bytes | 附加信息（可選通過Size來判斷有無）

圖3Format Chunk

以fmt 作為標示。一般情況下Size為16，此時最后附加信息沒有；如果為18則最后多了2個字節(jié)的附加信息。主要由一些軟件制成的wav格式中含有該2個字節(jié)的附加信息。

結構定義如下：
struct WAVE_FORMAT
{
WORDwFormatTag;
WORDwChannels;
DWORDdwSamplesPerSec;
DWORDdwAvgBytesPerSec;
WORDwBlockAlign;
WORDwBitsPerSample;
};
struct FMT_BLOCK
{
charszFmtID[4];// f,m,t,
DWORDdwFmtSize;
WAVE_FORMATwavFormat;
};

Fact Chunk
==================================
||所占字節(jié)數(shù)|具體內(nèi)容|
==================================
| ID|4 Bytes |fact|
----------------------------------
| Size|4 Bytes |數(shù)值為4|
----------------------------------
| data|4 Bytes ||
----------------------------------
圖4Fact Chunk

Fact Chunk是可選字段，一般當wav文件由某些軟件轉化而成，則包含該Chunk。
結構定義如下：
struct FACT_BLOCK
{
charszFactID[4];// f,a,c,t
DWORDdwFactSize;
};

Data Chunk
==================================
||所占字節(jié)數(shù)|具體內(nèi)容|
==================================
| ID|4 Bytes |data|
----------------------------------
| Size|4 Bytes ||
----------------------------------
| data|||
----------------------------------
圖5 Data Chunk

Data Chunk是真正保存wav數(shù)據(jù)的地方，以data作為該Chunk的標示。然后是
數(shù)據(jù)的大小。緊接著就是wav數(shù)據(jù)。根據(jù)Format Chunk中的聲道數(shù)以及采樣bit數(shù)，
wav數(shù)據(jù)的bit位置可以分成以下幾種形式：
|單聲道|取樣1|取樣2|取樣3|取樣4|8bit量化 |聲道0|聲道0|聲道0|聲道0

|雙聲道|取樣1|取樣2

|8bit量化 |聲道0(左)|聲道1(右) |聲道0(左) |聲道1(右)

取樣1|取樣2|
|單聲道|

| 16bit量化 |聲道0|聲道0|聲道0|聲道0|(低位字節(jié))|(高位字節(jié))|(低位字節(jié))|(高位字節(jié))

取樣1

|雙聲道|------------------------------------------------
| 16bit量化 |聲道0(左)|聲道0(左) |聲道1(右)|聲道1(右)
|(低位字節(jié))| (高位字節(jié))| (低位字節(jié))| (高位字節(jié))
圖6 wav數(shù)據(jù)bit位置安排方式

Data Chunk頭結構定義如下：
struct DATA_BLOCK
{
charszDataID[4];// d,a,t,a
DWORDdwDataSize;
};

看完上面這些我們應該要清楚在文件的開始地址偏移0x18（24）處是文件的采樣頻率，0x16（22）處是聲道，0x2c（44）處才是真正的wave數(shù)據(jù)，也就是我們要播放的數(shù)據(jù)。

下面是UDA1314通過IIS接口的放音程序

#include"2440addr.h"
#include"WindowsXP_Wav.h"
#include"What_are_words.h"
#include"def.h"
//L3接口

#define L3C (1<<4)//GPB4 = L3CLOCK

#define L3D (1<<3)//GPB3 = L3DATA

#define L3M (1<<2)//GPB2 = L3MODE