基于IIS总线的嵌入式音频系统设计

循环，如图3(a)、(b)所示。

使用这种方法处理音频数据，能够提高系统的并行能力。应用程序可以在音频工作的同时处理传输进来的音频数据。 由于实际系统被设计成支持全双工的音频系统，所以必须为输入和输出同时分配内存，对应的数据结构设计如图4所示。

图4中音频设备缓存控制块管理音频设备的缓存区。在控制块中输入／输出缓存指针分别指向输入和输出缓存结构audio_buf，输入输出控制块指针分别指向对应的DMA控制块。因为输人输出使用了不同DMA通道，所以音频设备缓存控制块有两个DMA控制块控制指针。在audio_buf中分别有两个DMA起点字段分别指向双缓存区的起始物理地址。缓存区状态字段包含缓存．区是否被映射、是否激活、是否暂停等信息。 应用程序处理缓存中数据的速度依赖于缓存的大小和数据传输速度。例如使用"8kHz／8位／单工" 的采洋方式录音，音频芯片产生64kbps的数据流量。如果是两个4K字节的缓存，那么应用程序就只有0．5s处理缓存中的数据并把它存到Flash芯片中(或者传输到其它设备中)。若0．5s内不能处理这些数据，缓存就会溢出。若采用高品质的采样，例如使用CD音质的采样，那么Codec产生数据的速度将达1376kbps，CPU处理音频数据的时间就只有23ms。在CPU负载较大的情况下，将可能出现数据丢失的问题。

为了解决音频应用I／O数据量大的问题，最简单易行的方法是使用比较大的缓存区域。但实际上大的缓存区需要更长的填充时间，在使用时会出现延时，并可能占用过多CPU资源。为了解决延时的问题，使用多段缓存机制。在这种机制下，将可用的缓存区分割成若干个相同大小的块。对较大的缓存区的操作转变成对较小的缓冲区块的操作，在不增加缓存区操作时间的情

况下提供较大的缓存。不同的音频应用，精度不一样，需要的缓存大小也不一样。所以在应用程序层上，驱动程序还必须提供接口让应用程序改变块的大小和个数。这个接口可以在ioctl中实现。对缓存区块的大小控制通过对audio_buf中的对应字段设置实现。

    使用内存映射(mmap)技术是另一种提高系统性能的途径。Linux系统的内存空间分为内核。空间和用户空间，驱动程序工作在内核空间，并负责在内核空间和用户空间传输数据。音频应用一般数据量比较大，而且有较高的质量要求，在驱动程序中还可以使用内存映射进一步提高CPU的利用率。内存映射通过remap page_range将分配给DMA缓存区的内核空间的内存映射到用户空间，用户不需使用copy_to_user和copy_from_user将数据在内核空间与用户空间中拷贝。图4中缓存区状态和缓存区起点两个字段也用于内存映射服务。在实现时由于DMA的缓存结构复杂，需要将每个缓存块分别映射。

2．5 设备无关操作

设备无关操作对应于file_operations指向的各个例程，它让用户用访问文件的方式访问设备。对设备的打开和读写是启动程序为用户程序提供的最主要接口，分别对应于file_eratlons中的open、read和write例程。在open例程中需要完成的任务主要是设备初始化，包括：

· 通过设置IIS寄存器控制音频设备的初始化，并且初始化设备的工作参数(包括速度、声道、采样宽度)；

· 为设备分配DMA通道；

· 根据采样参数计算出缓存内段的大小(程序也可以指定缓存内段的大小)；

当缓存区和DMA设置好后，读写操作主要对缓存操作。 对设备的操作除了读写操作外，还有音频播放中的暂停和继续。这两个操作在ioctl接口中实现，通过对相应的IIS总线控制器(IISCON寄存器)操作实现。

此外，在对音频操作时还要注意：一次采样得到的数据必须一次处理，否则不能正确播放数据。

《基于IIS总线的嵌入式音频系统设计(第3页)》