s3c2440的IIS应用——放音与录音

IIS（Inter-IC Sound）由飞利浦公司开发，是一种常用的音频设备接口，主要用于CD、MD、MP3等设备。

s3c2440一共有5个引脚用于IIS：IISDO、IISDI、IISSCLK、IISLRCK和CDCLK。前两个引脚用于数字音频信号的输出和输入，另外三个引脚都与音频信号的频率有关，可见要用好IIS，就要把信号频率设置正确。IISSCLK为串行时钟，每一个时钟信号传送一位音频信号，因此IISSCLK的频率＝声道数×采样频率×采样位数，如采样频率fs为44.1kHz，采样的位数为16位，声道数2个（左、右两个声道），则IISSCLK的频率＝32fs＝1411.2kHz。IISLRCK为帧时钟，用于切换左、右声道，如IISLRCK为高电平表示正在传输的是左声道数据，为低电平表示正在传输的是右声道数据，因此IISLRCK的频率应该正好等于采样频率。由于IIS只负责数字音频信号的传输，而要真正实现音频信号的放、录，还需要额外的处理芯片（在这里，我们使用的是UDA1341），CDCLK为该芯片提供系统同步时钟，即编解码时钟，主要用于音频的A/D、D/A采样时的采样时钟，一般CDCLK为256fs或384fs。

通过以上分析可以发现，采样频率fs对频率的设置至关重要。而fs不是任意设置的，一般基于不同的应用场合和听觉效果，而设置不同的几个固定的值，如8kHz、16kHz、22.05kHz、44.1kHz、48kHz、96kHz等。为了使系统得到以fs为基数的各类时钟信号，就要重新调整系统时钟。s3c2440用于IIS的时钟源有PCLK和MPLLin，我们这里选择PCLK作为IIS的时钟源。PCLK经过两个预分频器处理后分别得到IISSCLK、IISLRCK和CDCLK（预分频器A得到IISSCLK、IISLRCK，预分频器B得到CDCLK）。寄存器IISPSR是IIS预分频器寄存器，5~9位是预分频器A，0~4位是预分频器B，一般来说，这两个预分频器的值N相等，即只要知道一个，另一个也就知道，而这里我们是通过CDCLK来计算预分频器B的值N的，即CDCLK＝PCLK / (N＋1)。PCLK与FCLK有一定的比例关系，而FCLK又是由输入频率Fin得到。在这里，我们为了简化计算，不改变PCLK与FCLK的比例关系（即维持在启动代码中定义的1:8的关系），那么由Fin而得到CDCLK一共涉及到四个参数：Mdiv、Pdiv、Sdiv和前面公式中的N，涉及到的寄存器有MPLLCON和IISPSR。因此要得到这四个参数值，就需要一点耐心地计算，原则是误差最小，其中需要注意的是，计算的结果（包括中间过程的结果）不要溢出，即不要超过32位。例如Fin为12MHz，我们设置采样频率fs＝44.1kHz，而CDCLK＝384fs＝16.9344MHz，那么经过计算，最终得到N＝3，Mdiv＝150，Pdiv＝5，Sdiv＝0，即IISPSR = (3<5) | 3;，MPLLCON = (150<12) | (5<4) | 0;。

s3c2440有关IIS的寄存器除了IISPSR外，还包括IIS控制寄存器IISCON，主要用于控制数据传输的方式、预分频器和IIS接口是否开启；IIS模式寄存器IISMOD，主要用于设置IIS的时钟源、主从方式、接收发送方式、串行接口方式、每个声道串行数据位数和各种频率值；IIS的FIFO接口寄存器IISFCON用于设置和判断数据传输的FIFO状态；而寄存器IISFIFO则用于音频数据的传输。

由于s3c2440要实现IIS的录、放音，还需要UDA1341芯片，因此我们再简要介绍一下这个芯片的使用。s3c2440与UDA1341之间除了我们前面介绍过的IIS接口相连接外，还有一个称之为L3总线的连接，用于s3c2440配置UDA1341内部的寄存器。由于s3c2440不具备L3总线接口，因此我们是用三个通用IO口来模拟L3，从而实现L3总线的传输。UDA1341有两种模式：地址模式和数据传输模式。地址模式表示传输的是地址信息，它的高6位永远是000101，低两位表示的是传输的模式，是状态模式、数据0模式还是数据1模式，其中状态模式主要用于配置UDA1341的各类初始状态，数据模式主要用于改善音频输入、输出的效果。

下面我们就给出具体的程序，在这里我们使用的是正常模式来实现数据的输入和输出的，即不使用DMA模式。首先是实现s3c2440对某一音频信号数据的输出，即放音。我们事先已知道该音频信号的各类特性，如采样频率、声道数、采样信号的位数等。

…………
//L3接口
#define L3C (1<4)//GPB4 = L3CLOCK
#define L3D (1<3)//GPB3 = L3DATA
#define L3M (1<2)//GPB2 = L3MODE

//纯音频信号数据数组
unsigned char music[ ] = {
0xB8, 0xFF, 0xBA, 0xFF, 0xBF, 0xFF, 0xC0, 0xFF, 0xD4, 0xFF, 0xD3, 0xFF, 0xF2, 0xFF, 0xED, 0xFF,
0x0E, 0x00, 0x05, 0x00, 0x1C, 0x00, 0x0F, 0x00, 0x15, 0x00, 0x06, 0x00, 0xFC, 0xFF, 0xEC, 0xFF,
…………
}

//L3总线接口的写函数
//输入参数data为要写入的数据
//输入参数address，为1表示地址模式，为0表示数据传输模式
static void WriteL3(U8 data,U8 address)
{
int i,j;
if(address == 1)
rGPBDAT = rGPBDAT & ~(L3D | L3M | L3C) | L3C;//L3D=L, L3M=L(地址模式), L3C=H
else
rGPBDAT = rGPBDAT & ~(L3D | L3M | L3C) | (L3C | L3M);//L3M=H(数据传输模式)
for(i=0;i<10;i++)
;//等待一段时间

//并行数据转串行数据输出，以低位在前、高位在后的顺序
for(i=0;i<8;i++)
{
if(data & 0x1)// H
{
rGPBDAT &= ~L3C;//L3C=L
rGPBDAT |= L3D;//L3D=H
for(j=0;j<5;j++)
;//等待一段时间
rGPBDAT |= L3C;//L3C=H
rGPBDAT |= L3D;//L3D=H
for(j=0;j<5;j++)
;//等待一段时间
}
else// L
{
rGPBDAT &= ~L3C;//L3C=L
rGPBDAT &= ~L3D;//L3D=L
for(j=0;j<5;j++)
;//等待一段时间
rGPBDAT |= L3C;//L3C=H
rGPBDAT &= ~L3D;//L3D=L
for(j=0;j<5;j++)
;//等待一段时间
}
data >>= 1;
}
rGPBDAT = rGPBDAT & ~(L3D | L3M | L3C) | (L3C | L3M);//L3M=H,L3C=H
}

//放音
void playsound(unsigned char *buffer, int length)
{
int count,i;
char flag;

rGPBDAT = rGPBDAT & ~(L3M|L3C|L3D) |(L3M|L3C); //L3开始传输：L3M=H, L3C=H

//配置UDA1341
WriteL3(0x14 + 2,1);//状态模式(000101xx+10)
WriteL3(0x60,0);//0,1,10, 000,0 :状态0,复位

WriteL3(0x14 + 2,1);//状态模式(000101xx+10)
WriteL3(0x10,0);//0,0,01, 000,0 :状态0, 384fs,IIS,no DC-filtering

WriteL3(0x14 + 2,1);//状态模式(000101xx+10)
WriteL3(0xc1,0);//1,1,0,0, 0,0,01:状态1,
//Gain of DAC 6 dB,Gain of ADC 0dB,ADC non-inverting,
//DAC non-inverting,Single speed playback,ADC-Off DAC-On

//配置s3c2440的IIS寄存器
//预分频器为3，所以CDCLK=PCLK/(3+1)=16.928kHz
rIISPSR = 3<5|3;
//无效DMA，输入空闲，预分频器有效
rIISCON= (0<5)|(0<4)|(0<3)|(1<2)|(1<1);
//PCLK为时钟源，输出模式，IIS模式，每个声道16位，CODECLK=384fs，SCLK=32fs
rIISMOD= (0<9)|(0<8)|(2<6)|(0<5)|(0<4)|(1<3)|(1<2)|(1<0);
rIISFCON = (0<15)|(1<13);//输出FIFO正常模式，输出FIFO使能

flag=1;
count=0;
//开启IIS
rIISCON |= 0x1;
while(flag)
{

if((rIISCON & (1<7))==0)//检查输出FIFO是否为空
{
//FIFO中的数据为16位，深度为32
//当输出FIFO为空时，一次性向FIFO写入32个16位数据
for(i=0;i<32;i++)
{
rIISFIFO=(buffer[2*i+count])+(buffer[2*i+1+count]<8);
}
count+=64;
if(count>length)
flag=0;//音频数据传输完，则退出
}
}
rIISCON = 0x0;//关闭IIS
}

void Main(void)
{

//配置MPLL
//fs=44.1kHz,CODECLK=384fs=16.9344MHz
//不改变CLKdivN，所以PCLK=FCLK/8
//MPLLCON:Mdiv=150,Pdiv=5,Sdiv=0，所以FCLK=541.7143MHz,PCLK=67.714MHz
rMPLLCON = (150<12) | (5<4) | 0;

//配置L3接口总线，GPB2:L3MODE, GPB3:L3DATA, GPB4:L3CLOCK
rGPBCON = 0x015550;//输出
rGPBUP= 0x7ff;//上拉无效
rGPBDAT = 0x1e4;

//配置IIS接口
rGPEUP = rGPEUP & ~(0x1f) | 0x1f;//上拉无效，GPE[4:0] 1 1111
rGPECON = rGPECON & ~(0x3ff) | 0x2aa;

playsound(music,sizeof(music));

while(1)
{
;
}
}

上面的程序可以实现简单的播放内存中固有音频数据的功能，下面的程序实现了录制一段音频数据，然后再播出的功能。我们用UART来控制录、放音：当s3c2440接收到0x51时录音，接收到0x55时停止录音，接收到0x66时放音。

…………
#define L3C (1<4)//GPB4 = L3CLOCK
#define L3D (1<3)//GPB3 = L3DATA
#define L3M (1<2)//GPB2 = L3MODE

unsigned char record_buffer[1000000];//用于存放录制的音频数据
char stop,cmd;

//UART中断
void __irq