Windows CE下基于TSC2101的音频系统设计

Windows CE是一个开放的、可裁剪的、32位的实时嵌入式操作系统。它具有可靠性好、实时性高、内核体积小的特点，所以被广泛用于各种嵌入式智能设备的开发，其应用涉及工业控制、信息家电、移动通信、汽车电子、个人电子消费品等各个领域，是当今应用最多、增长最快的嵌入式操作系统。而在这些嵌入式应用中，音频模块成为了大多数产品不可或缺的一部份。本文针对Windows CE操作系统，构造了基于Intel Xscale PXA272和TSC2101音频芯片的音频系统，并简要介绍了其实现方法。

音频系统的硬件实现

本设计中的音频驱动采用Unified Audio模型实现，基于Intel Xscale PXA272处理器和TI 的TSC2101音频芯片，使用了基于I2S（Inter-IC Sound）总线的音频系统体系结构，系统原理图如图1所示。Intel Xscale PXA272芯片集成了I2S控制器，通过I2S总线处理音频数据。其他信号（如控制信号）则需要单独传输，在本设计中将Xscale PXA272芯片的SSP串口配置为SPI串口以实现控制信号的传输。

图1 系统原理图

I2S是菲利浦公司提出的串行数字音频总线协议。PXA272的I2S控制器控制了I2S链接，I2S控制器由数据缓冲、状态和控制寄存器、计数器组成。它们将系统内存和外设的音频解码芯片（TSC2101）连接，产生同步音频。播放音频文件时，I2S控制器通过I2SLINK连接将系统内存中数字化的声音样本发送到外设的TSC2101音频解码芯片中，然后由TSC2101芯片的数模转换器将数字音频信号转换成模拟信号。对于录音来说，I2S控制器从外部的TSC2101音频芯片接收到数字信号，然后将它们存储到系统内存中。I2S提供了普通I2S和MSB-justified-I2S格式。通过5根引脚连接TSC2101芯片和PXA272的I2S控制器，形成音频数据传输的通道。I2S控制器必需的信号主要有：一个码率时钟，可以引用外部或者内部时钟源；一个控制信号提供"左/右"声道控制信息；两个串行音频引脚，一个输出一个输入；码率时钟，I2S控制器会将可选的系统时钟信号也发送到外部解码器中。

I2S控制器通过DMA方式来访问。DMA方式下，DMA控制器只能通过串行音频数据寄存器(SADR)访问FIFO。DMA控制器通常以8、16或32字节大小的块存取FIFO队列数据的。

本设计中采用的音频芯片TSC2101集成了立体声音频解码、触摸屏控制芯片，立体声DAC能以高达48Kb/s的采样率播放音频文件，专供PDA、PMP、智能手机和MP3播放机使用。TSC2101 将扬声器放大器、耳机放大器和四线触摸屏控制器与音频编解码器集成再一起，带有一个立体声头戴送受话器接口、一个手机送受话器接口、一个单声道8Ω扬声器放大器以及一个32Ω受话器驱动器，并集成有一个电池监控器和一个片上温度传感器。

TSC2101芯片的电路设计如图2所示。

图2 TSC2101芯片电路设计

本设计为TSC2101在智能手机中的运用，CP-IN为通信模块的语音输入，CP-OUT则为音频系统到通信模块的输出，在实际的应用中MIC1可以通过TSC2101的内部PGA（可编程增益放大）、AGC（自动增益控制）电路连接到CP-OUT，实现智能手机的话筒功能；同时，MIC1输入还可以通过内部的ADC将语音数据采样后经I2S总线传输到处理器存储空间实现录音功能。当然，在智能手机通话的同时，还可以实现通话录音功能。电路图中的38～41引脚为SPI接口，42～46引脚为I2S控制引脚，引脚9～12为触摸屏输入，引脚27和28为音频输出可以连接耳机，引脚26连接手机听筒，引脚33、35连接外置扬声器。

采用Unified Audio模型实现音频驱动

音频驱动的实现方式包括MDD-PDD分层模式和不分层的Unified Audio模型。MDD-PDD作为直接实现流接口的一种方法，使用微软提供的模型设备驱动程序（MDD）库--Wavemdd.dll。这个库根据音频设备驱动程序服务供应者接口（DDSI）函数来实现流接口函数，如果使用了Wavemdd.dll就必须生成一个匹配的平台依赖驱动程序（PDD）库，该库能实现音频DDSI函数，这个PDD库通常叫做Wavepdd.lib。然后把两个库连接起来形成Wavedev.dll。

作为音频驱动的另外一种方法，就是采用Unified Audio模型，即不分层的音频驱动模型，这种模型的音频驱动支持标准的波形驱动接口。在本设计中就是使用的这种方式来实现音频驱动（Platform Builder的驱动目录下包括有基于这种模型驱动的实例代码）。在分层的音频驱动中，驱动程序由MDD和PDD组成，MDD层执行与硬件平台无关的功能，PDD层则是直接与硬件平台相关的操作，而在Unified Audio模型中，MDD和PDD的分层是不必要的，图3是Unified Audio模型的音频驱动结构。