2 IIS音频驱动实现
音频驱动有3种模式:MDD/PDD模式、Wavedev2模式、UAM模式。它们相同的地方很明显:接口相同,都是流驱动,透过流接口与上层的waveapi.dll交互。
第1种MDD/PDD模式是最早的模式,也是其他驱动常见的分层模式。如果使用CE提供的MDD(wavem—dd.1ib),会受到一些限制:仅支持一个设备;一个设置仅支持一个流;对循环的支持不大可靠;对流的支持较弱。当然,由于提供了源码,可以自己修改MDD,突破以上这些限制。
第2种Wavedev2模式,是因为2000年的Smartphone项目产生了新的要求,这些需求需要大改MDD/PDD。比如上面的限制2,根据CE的开发历史,此时waveapi.dll也不支持software mixer,这就是说只能同时允许一个应用在播放。所以根据当时情况,CE的多媒体开发团队设计了Wavedev2模式。这是一个单体(不分层)的驱动模式,平台相关的模块都在hwctxt.h和hwetxt.cpp中,此外还加入了midi支持、software mixer支持、S/PDlF接口、gain class接口、forcespeaker接口,等等。因此,开发Smartphone或者PPC,这个模式是挺适合的。
第3种UAM模式,即统一音频模式(Unified AudioModel),在开发WinCE4.2时,要增加对DirectSound的支持,而且有一些音频设备是支持硬件mixer的,对此使用UAM是很好的选择。
本测试采用MDD/PDD的驱动结构,下面讲述本驱动的关键点。
2.1 DMA控制及驱动
通俗地讲,DMA(直接内存存取)不需要CPU干扰也不消耗CPU资源,可以把音频数据自动地从系统总线搬到IIS总线上;如果音频平均按采样频率44.1 kHz、16位字长、左右2声道计算,码流为1.411 Mbps,通常在1~3Mbps,所以采用DMA传输十分必要。
2.2 时钟配置
只要位时钟和采样时钟能匹配好,IIS数据格式主从一致,DMA配置好,音频就可以工作了。
IIS数据格式主要分3种:左对齐、右对齐、IIS格式。声音听起来“怪怪地”,就是数据格式不对。频率计算方法如表1所列。
IIS主设备时钟频率可以通过采样频率来选择。IIS主设备时钟频率是由IIS预分频器产生的(IIS主设备时钟频率=MCLK/预分频器值),因此必须选择合适的预分频器的值和CODECLK的采样频率类型(256或者384fs),才能获得合适的IISLRC采样频率(IISLRCK频率=IIS主设备时钟频率/CODECLK的采样频率类型);串行位采样频率类型(16/32/48fs)可以通过配置每个通道的串行位数和CODECLK采样频率类型来完成,它们之间的关系如表2所列。
如晶振频率为16.934 4 MHz,通过384分频为44.1kHz(采样频率就是这么来的)。
位时钟频率=采样频率×数据位×2=44.1 kHz×16×2=1.411 MHz
对于其他频率的晶振或是来自于总线的时钟频率,就要计算出IISC0N中的分频系数了,以最大限度拟合CODECLK。
2.3 CODEC控制
目前有SPI、I2C和L3三种总线控制CODEC。L3总线(L3MODE、L3CLOCK、L3DATA)都是由通用的I/O端口来控制的。其中L3接口实际上是一种串行接口,它由3根信号线组成,完成处理器和C0DEC之间的数据和控制信号交换。UDAl341TS就是采用L3接口的。
L3DATA:处理器接口数据线。
L3MODE:处理器接口模式信号线。
L3CLOCK:处理器接口时钟信号线。
三种控制方式中以I2C最为常见。其中I2C又分为寄存器方式和I/O模拟方式两种,I/O模拟方式的可移植性好,仅I/0模拟方式的I2C驱动又可分为8位、9位、16位,以及是否带子地址、是否可以连读连写、是否要兼容SCCB总线。
2.4 音量控制节点
使用音量调节的地方较多。图2是音量控制节点的一般模型。
①处的增益由播放器的音量控制功能决定,最大是0dB。也就是说,最多只能还原出原信号强度。
②和③处的增益由Coded IC自身控制,WM8731没有产生增益功能,②处容易引入信号失真,一般置为O dB,codec加大音量时主要在③处提高增益。
④、⑤处由功放决定,最大也是O dB,便携式功放通常是电流型,靠放大电流去推动扬声器。
①+②+③三处的增益和超过O dB时,1 kHz的信号就会产生失真,但是大部分音乐的强度都小于1 kHz测试方波时的强度,所以这三项的和可以比O dB略大,但不能太大,否则会引起信号失真。
a.应用程序通过调用waveOutSetVolume,与手工在控制面板中调节音量等效。
b.调节MediaPlay播放器音量时,通过消息跟踪可以判断是否改变了①处的增益,即ARM的DSP数字输出增益。
c.调节控制面板里的音量时,会发现CODEC的功放寄存器值也会改变。猜想是通过IIS总线实现控制相关寄存器,因为在IoControl消息中没有发现通过I2C改写任何寄存器。
通过分析调整音量的方法,有图2所示的5个节点可控制,目的是音量最大失真最小:让①处输出增益最大的情况下,②处PCM Volume置为0 dB(此处放大最容易引入失真),功放置最大时便能获得不失真最大音量了;如果想再增大音量只能牺牲失真度了,人耳最多接收10%THD(Total Hamonic Distortion,总谐波失真),此种情况下主要靠调节③处的增益。