基于DSP和ARM的音频处理系统设计

文章摘要：1 引言随着计算机技术、电子技术和通信技术的迅猛发展，音频处理技术也在众多领域得到广泛应用。如通信领域中的手机、IP电话，消费类电子产品中的MP3和CD播放器以及控制领域中的语音识别、声控系统等[1]。针对DSP强大的数字信号处理能力和ARM处理器良好的实时性能，结合音频编解码芯片TLV320AIC23的接口特点，本文阐述了由三者组成的音频处理系统的硬件接口设计和软件编程，提供了有效和实用的音频处理系统方案。TLV320AIC23（简称AIC23）是TI公司的一款高性能立体声音频编解码器Codec芯片。其内部集成的模数转换器（ADCs）和数模转换器（DACs）采用了带有过采样数字插补滤波的多

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1  引言

　　随着计算机技术、电子技术和通信技术的迅猛发展，音频处理技术也在众多领域得到广泛应用。如通信领域中的手机、IP电话，消费类电子产品中的MP3和CD播放器以及控制领域中的语音识别、声控系统等[1]。针对DSP强大的数字信号处理能力和ARM处理器良好的实时性能，结合音频编解码芯片TLV320AIC23的接口特点，本文阐述了由三者组成的音频处理系统的硬件接口设计和软件编程，提供了有效和实用的音频处理系统方案。

　　TLV320AIC23（简称AIC23）是TI公司的一款高性能立体声音频编解码器Codec芯片。其内部集成的模数转换器（ADCs）和数模转换器（DACs）采用了带有过采样数字插补滤波的多位Sigma-Delta技术。数据传输字长为16、20、24、32位，支持采样频率范围8kHz至96kHz。ADC和DAC的信噪比分别达到90dB和100dB。内置耳机输出放大器，支持MIC和LINE IN两种输入方式，且对输入和输出都具有可编程增益调节。另外，AIC23功耗低，回放模式下功率仅为23mW，省电模式下更是小于15uW。因此，AIC23成为数字音频应用 领域中的理想选择[2]，在多种数码产品中发挥着重要作用，比较典型的应用如手机、MP3、DV摄像机中的音频编解码。

　　TMS320VC5402（简称VC5402）是TI公司的一款优秀16位定点DSP，运算速度快，指令执行速度达到100MIPS。自带片内存储器和多种片上外设，广泛应用于语音编解码和通信领域[3]。

　　S3C4510B（简称4510B）是Samsung公司的一款低成本、高性能的16/32位精简指令集微控制器，其出色的ARM7TDMI内核以及通用微处理器宏单元使其成为用户定制应用开发的理想选择[4]。

2  系统硬件设计

　　本音频处理系统主要由前述三个处理芯片组成：ARM控制单元，DSP信号处理单元以及AIC23音频采集单元。系统原理框图如图1。

　　图1  基于DSP和ARM的音频处理系统原理框图

　　AIC23是可编程芯片，内部有11个16位寄存器，编程设置这些寄存器可得到所需的采样频率、输入输出增益和传输数据格式等。该控制接口有SPI和I2C两种工作模式，由芯片上的MODE引脚进行选择：MODE=0为I2C模式，MODE＝1为SPI模式。因ARM 4510B上也有I2C接口，故选用I2C模式。AIC23的I2C接口地址由 引脚的状态决定， ＝0时地址为0011010， ＝1时地址为0011011。其中SDIN与SDA为数据线，SCLK与SCL为串行时钟线。VC5402有两个多通道缓冲串口，选用其中的McBSP0与AIC23进行通信，信号连接如图1所示。图中AIC23工作在主模式，时钟信号、DAC和ADC的帧同步信号BFSX0和BFSR0都由AIC23提供。而DSP VC5402与ARM 4510B的通讯是通过DSP上的HPI接口实现的。

3  系统软件设计

　　系统由ARM系统和DSP系统两大部分组成，ARM作为主控制器管理整个系统的工作进程，运行相关的应用程序，可对多个任务进行调度，完成与外部DSP系统或其他外设的通信。DSP则主要完成音频数据的采集和信号处理，并将处理后的数据发送给ARM供应用程序调用。这样的设计可以大大提高系统的工作效率，这也是当前嵌入式系统，各移动手持设备如PDA、手机等的典型设计方案。

　　这里具体要做的是对AIC23的控制接口编程，使其工作在所需的模式下。然后初始化DSP的McBSP，进行AD、DA转换和数据处理。

3.1  ARM编程部分

　　系统中对ARM的编程主要涉及对AIC23的初始化，使其进入正常工作状态，对音频数据进行采集和处理。这需要设置4510B的I2C总线特殊功能寄存器：控制状态寄存器IICCON、预分频寄存器IICPS和移位缓冲寄存器IICBUF，寄存器相关说明见表1[5]。

　　表1  4510B I2C总线特殊功能寄存器

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