USB音頻設備類的自遁應軟件鎖相環設計

摘要 USB(Universal Serial Bus，通用串行總線)是近年來得到大力發展和應用的計算機接口技術，它簡化了計算機外部接口連接過程，便于計算機擴展各種外部設備。USB在協議制定時，為了方便不同方向的設計者進行開發，定義了不同的USB設備類(USB Device Class)。本文針對使用USB_Audio_Class進行語音設備設計時需要解決的音頻信號同步問題進行了介紹，并給出了相應的解決方法和部分源代碼。
關鍵詞 USB總線 USB音頻設備類 軟件鎖相環

引 言
USB總線協議經歷了從USB1．1到USB2．0再到目前的USB OTG(USB On-The-Go)的發展過程，在USB不斷發展完善的同時，越來越多的USB產品大量上市。現在的PC機通過USB Hub設備和多個USB控制器，能同時支持擴展的USB設備已經達到數百個。
在USB總線傳輸中，任何一次USB的數據傳輸都必須由主機來發起和控制，所有的USB外設都只能和主機建立連接，任何兩個外設之間或者兩個主機之間無法直接通信。目前，扮演主機角色的大多是個人電腦(PC)。
USB協議制定時，為了方便不同設備的開發商基于USB進行設計，定義了不同的設備類來支持不同類型的設備。現在市場上的USB產品，通過調查會發現它們主要應用了以下設備類：
USB_DEVICE_CLASS_HUMANINTERFACE 鍵盤、鼠標等
USB_DEVICE_CLASS_STORAG U盤、活動硬盤、數碼相機等
USB_DEVICE_CLASS_PHYSICAL_INTERFACE力回饋游戲桿、方向盤等
USB_DEVICE_CLASS_POWER 風扇、LED臺燈、手機充電等
USB_DEVICE_CLASS_PRINTER 打印機
從市場上看，雖然在USB標準中定義了USB_DE-VICE_CLASS_AUDIO，但是很少有此類設備問世。目前稱為USB音箱的設備，大都使用 USB_DEVICE_CLASS_POWER，僅僅將USB接口作為電源使用。信號仍然需要3．5 mm立體聲音頻線連接使用，連接相對復雜。這樣沒有體現USB設備連接簡單，操作方便的優勢，且采用模擬信號傳送會產生一定的信號失真，影響音質。
本文為了設計實現一個完全基于USB協議的USB_DEVICE_CLASS_AUDIO設備，采用一根USB連接線，在設備中不同的端點 (endpoint)實現音頻信號的輸入，輸出包括相關按鍵控制，并重點討論如何解決由于USB特殊的總線拓撲結構造成的信號同步問題。

1 USB_DEVICE_CLASS_AUDIO介紹
為簡化USB設備的開發過程，USB提出了設備類的概念。其中的音頻設備類(USB_DEVICE_CLASS_AU-DIO)是目前為止使用比較少的類型。
USB_DEVICE_CLASS_AUDIO是專門針對USB音頻設備定義的一種專用類別，它不僅定義了音頻輸入／輸出端點的標準，還提供了音量控制、混音器配置、左右聲道平衡，甚至包括對支持杜比音效解碼設備的支持，功能相當強大。不同的開發者可以根據不同的需求對主機列舉自己的設備結構，主機則根據列舉的不同設備結構提供相應的服務。
USB_DEVICE_CLASS_AUDIO設備采用USB傳輸模式中的Isochronous transfers模式，Isochronous trans-fers傳輸模式是專門針對流媒體特點的傳輸方法。它依照設備在鏈接初始化時列舉的參數，保證提供穩定的帶寬給采用該模式的設備或端點。由于對實時性的要求，它不提供相應的接收／應答和握手協議。這很好地適應了音頻數據流量穩定、對差錯相對不敏感的特點。

2 平臺介紹與系統架構
開發平臺采用ColdFire MCF52223作為控制MCU。該芯片提供32 KB SRAM，256 KB Flash，具備USB-OTG模塊，80 MHz主頻下達到76Dhrystone 2．1 MIPS，同時板載ML2308作為音頻播放模塊。詳細資料可以參閱其官方網站http：／／www．hhcn． com/chinese/coldfire／HHCF52223-R1．htm。