引 言 　　
　　聲卡技術是多媒體計算機技術的關鍵技術之一， 

　　它的出現(xiàn)使得計算機更富表達力,。目前,，由于采用的錄放音芯片結(jié)構(gòu)簡單、采樣率過低而使得嵌入式系統(tǒng)中的音質(zhì)效果比較差,，遠遠滿足不了人們對高檔生活,、學習用嵌入式系統(tǒng)的要求。如果能將聲卡技術應用到嵌入式系統(tǒng)中,，由于聲卡的強大功能,，必將使整個系統(tǒng)的聲音質(zhì)量上升一個新的臺階。通過分析,，WSS（Windows Sound System）兼容聲卡和PC機ISA總線的接口原理,，我們將其中的聲效芯片CS4235應用到基于DSP的嵌入式系統(tǒng)中。不用現(xiàn)成的聲卡而利用其上的聲效芯片是因為這樣做設計起來更靈活方便,，可根據(jù)系統(tǒng)需要增刪相應的功能,；不用MCS51系列而采用DSP，是因為對聲卡操作需要太多的系統(tǒng)資源,，MCS51并不具備此能力,，否則硬件接口電路將相當復雜。
　　1 CS4235原理與結(jié)構(gòu)
　　1.1 聲卡工作原理

　　
　　圖1示出了聲卡的基本工作原理：主機通過總線將數(shù)字化的聲音信號以PCM的方式送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）,，將數(shù)字信號變成模擬的音頻信號,；同時又可以通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）將麥克風或CD的輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送到計算機進行各種處理,。 
　　1.2 CS4235功能結(jié)構(gòu) 　　
　　WSS是Microsoft公司為統(tǒng)一聲卡的標準,，最終為應用提供方便而提出的Windows 環(huán)境下多媒體擴展定義的一個音頻子系統(tǒng)標準,，包括硬件平臺和軟件接口[1]。CS4235就是一種適應于WSS并且提供了ISA總線接口的聲卡核心芯片,，除了聲音的采集和播放外，其它控制全部依賴于主機,；它占用較多的主機時間,，但成本比較低,。CS4235的功能框圖如圖2所示,。從圖2中可以看出，CS4235是一個完整的音頻子系統(tǒng)集成電路,，提供了16位立體聲ADC及DAC,、片內(nèi)可重構(gòu)數(shù)字濾波器、可編程增益值及衰減值的模擬和數(shù)字混合器,、可選串行接口,、具有同時錄音和播放能力的全雙工通道。CS4235的文檔說明見參考文獻[2],。 　　
　　限于篇幅，這里不介紹CS4235的模擬硬件部分,，而主要研究CS4235與DSP的數(shù)字硬件接口問題,。由于TMS320F206（簡稱F206）是一種低價格、高性能的16位定點運算數(shù)字信號處理器（DSP）,，性價比極高,，目前已成為高檔單片機的理想替代品,，在通信,、語音處理、軍事,、儀器儀表,、圖像處理等領域得到了廣泛的應用[3]，因而系統(tǒng)中選用F206作為DSP,。CS4235提供的8位并行接口與ISA總線兼容,，是否也與DSP的外部擴展總線兼容呢？表1中列出了CS4235和ISA總線接口的信號引腳及簡單描述,，相應地也列出了F206的對應引腳,。從表1可以看出，要實現(xiàn)DSP對CS4235的直接操作,，DSP系統(tǒng)必須提供上述ISA總線信號,。DSP芯片一般可提供數(shù)據(jù)信號線、地址信號線,、I/O讀寫信號線和READY信號線,，同時還擁有多個中斷輸入引腳；但并不直接具備DMA功能引腳,，這給DSP與CS4235之間的接口帶來了不便,，也正是本文所要解決的主要問題。 表1 CS4235和ISA總線接口的信號引腳 信號引腳簡單描述 DSP（F206）對應引腳 SD<7：0> 雙向系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線 D<7：0> SA<11:0> 系統(tǒng)地址總線 A<11：0> IOR I/O讀命令由IS和RD譯碼得到IQW=IS+WR IOW I/O寫命令無 AEN 地址使能信號 READY IOCHRDY I/O通道準備好 INT2（實際應用中,，只需選擇1根中斷線與DSP相連） IRQ 中斷申請信號：IRQA=IRQ5,，IRQB=IRQ7 IRQC=IRQ9,IRQC=IRQ11,IRQD=IRQ11 IRQE=IRQ12,IRQF=IRQ15,IRQG=IRQ10 無 DRQ DMA申請信號：DRQA=DRQ0 DRQB=DRQ1 DRQC=DRQ3 無 DACK DMA應答信號：DACKA=DACK0 DACK1=DAC中，DACKC=DACK3 RS RESET 聲卡復位信號　
　　2 DSP與CS4235的硬件接口
　　2.1 F206使用HOLD操作的直接存儲器訪問 　　
　　F206實現(xiàn)DMA功能的關鍵是該類芯片提供了2個信號引腳：HOLD/INT1和,，這2個信號控制的HOLD操作過程如下,。

 
 ① ,。外部設備可以把該引腳驅(qū)動到低電平從而請求對外部總線的控制。如果HOLD/INT1中斷線被允許,，那么這將觸發(fā)中斷。 ② ,，在響應中斷時,，軟件邏輯可以使處理器發(fā)出應答信號，表示它將放棄對其外部總線的控制,。根據(jù),，外部地址信號（A15"A0）、數(shù)據(jù)信號（D15"D0）以及存儲器控制信號（）被置為高阻狀態(tài),。 　　
　　從①,、②可以看出，F(xiàn)206的HOLD操作允許對外部程序,、數(shù)據(jù)以及I/O空間進行直接存儲器訪問,，但該功能是在INT1中斷程序中實現(xiàn)的，因而中斷線INT1對下降沿和上升沿二者都應敏感,。當F206檢測到下降沿時,，它完成正在執(zhí)行的當前指令，然后迫使程序控制轉(zhuǎn)到中斷服務子程序,，此子程序執(zhí)行IDLE（空閑）指令,。根據(jù)IDLE，變?yōu)橛行Ф獠靠偩€被置為高阻狀態(tài),。只有在檢測到HOLD/INT1引腳上的上升沿之后,，CPU才退出IDLE狀態(tài)，變?yōu)闊o效,，并使外部總線返回到正常狀態(tài),。 　　
　　從以上分析可以看出，F(xiàn)206的DMA操作與PC機中的DMA操作的區(qū)別,。在PC機中,，CPU收到DMA請求信號后,，迫使CPU在現(xiàn)行的總線周期結(jié)束后,，使其地址、數(shù)據(jù)和部分控制引腳處于三態(tài),，從而讓出總線的控制權,，并給出1個DMA響應信號；在DMA操作完成且DMA請求信號無效以后,，CPU再恢復對系統(tǒng)總線的控制,。而在C2XX中，DMA申請信號將引起F206中斷，在中斷程序中發(fā)出軟件指令使F206各信號引腳處于三態(tài),，同時也給出1個DMA響應信號,；在DMA操作完成后，但F206檢測到DMA請求信號無效以后,，雖然總線返回到正常狀態(tài),，但但F206仍處在中斷程序中。從以上分析可知,，盡管中斷需要保護斷點和現(xiàn)場,，使得F206的DMA的處理速度與PC機相比要低的多，畢竟F206也實現(xiàn)了DMA操作,，從而可借助DMA控制器8237實現(xiàn)對聲卡的DMA操作訪問,。 2.2 DSP與DMA控制器8237的接口電路 　　
　　8237是一個高性能的可編程DMA控制器芯片，可以方便地與CPU相連,，實現(xiàn)外部設備與存儲器之間的直接數(shù)據(jù)交換,。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳信號可參閱文獻[4]。該控制器通過編程可提供多種類型的控制特性,，以優(yōu)化系統(tǒng)性能,，增大數(shù)據(jù)吞吐量，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達1.6 MB/s,。圖3給出了F206與8237接口的主電路,，其中8237送給DSP的要求控制總線的DMA請求信號HRQ，經(jīng)GAL16V8譯碼后送到DSP的HOLD/INT1引腳,；同樣,，

 
　　 DSP的DMA應答信號也經(jīng)GAL16V8譯碼送回8237的HLDA引腳。地址鎖存器74LS573的作用是鎖存8237在DMA服務周期通過數(shù)據(jù)線D0"7輸出的高8位地址A8"15,。由于DSP不直接提供,、、和信號,，故這些信號只能由GAL16V8譯碼得到,。 　　
　　圖3所示電路提供了4個通道的外設請求DMA服務信號，并且8237直接擁有AEN引腳,，滿足了表1中的所有要求,，從而就能正確實現(xiàn)DSP與聲卡的接口。實際工作中,，我們根據(jù)聲卡在PC機中的使用情況設置8237的DREQ1和DACK1為聲卡的播放通道,，8237的DREQ3和DACK3為聲卡的采集通道，聲卡的中斷申請信號IRQ7經(jīng)GAL16V8反向后與DSP的引腳連接,。 2.3 系統(tǒng)工作原理及時序 　　
　　圖3所示DSP系統(tǒng)對聲卡的DMA操作過程可用圖4來描述,，工作時序如圖5所示?，F(xiàn)結(jié)合圖4、圖5將系統(tǒng)工作原理及操作順序說明如下： ① CS4235向DMA控制器8237發(fā)出DMA請求信號DREQ,； ② 8237向DSP發(fā)出總線請求信號HRQ,； ③ DSP的引腳檢測到下跳沿后，進入INT1中斷,，保護完斷點和現(xiàn)場后,，發(fā)IDLE指令，DSP的引腳電平變低,，響應外部DMA請求,； ④ 8237接管總線后，先向CS4235發(fā)DMA請求的響應信號DACK,，表示允許CS4235進行DMA傳送,，然后按事先設置的初始地址和需傳送的字節(jié)數(shù)，依次發(fā)送地址和讀寫命令,，使得在RAM CS4235之間直接交換數(shù)據(jù),，直至全部數(shù)據(jù)交換完畢； 

 
　?、軩MA傳送結(jié)束后,，自動撤消向CPU的總線請求信號HRQ，此時DSP檢測到引腳的上升沿,，DSP返回到IDLE指令的下一條指令,，DSP獲得總線的控制權，繼續(xù)在INT1中執(zhí)行程序,。
　　3 DSP與CS4235的軟件接口 　　
　　CS4235的ISA總線接口是即插即用（PnP）的,，必須通過編程激活聲卡后，才能直接存取聲卡寄存器,，對聲卡進行配置,，以完成不同的工作。實際上,，針對非PnP的老ISA卡設計的ISA插槽同樣適用于PnP卡,，僅需在軟件上做出相應的改動而已。DSP對PnP卡的識別過程與微機對PnP卡的識別過程是一模一樣的,，圖6給出了DSP對PnP卡的識別程序流程,。從上述的PnP卡的識別與配置過程可見，如果是在PC機環(huán)境中,，那么這一過程可自動完成,；而在用戶所設計的系統(tǒng)中,，這一過程就顯得有些煩瑣,，且意義不是很大,。能不能避開PnP協(xié)議直接對每塊PnP卡進行編程，就像對老的ISA卡那樣操作呢,？實際上,，大多數(shù)芯片確實提供了這種簡潔、快速的方法,，統(tǒng)稱為"某某公司關鍵字"接口方法,。本文以CS4235為例介紹這種接口技術。下面所給出的5個步驟完成后,，該聲卡就和老的ISA聲卡操作過程一樣了,。唯一不足的是，如果系統(tǒng)中使用了2塊該類型的聲卡,，則該方法失效,。 ① DSP送32字節(jié)"Crystal Key"到地址端口279H，該PnP卡馬上進入配置狀態(tài),。這32字節(jié)數(shù)據(jù)為： 96,，35，9A,，CD,，E6，F(xiàn)3,，79,，BC，5E,，AF,，57，2B,，15,，8A，C5,，E2,； F1，F(xiàn)8,，7C,，3E，9F,，4F,，27，13,，09,，84,，42，A1,，D0,，68，34,，1A,。 ② DSP送句柄號到279H。

 
③ DSP直接配置每個邏輯器件的配置寄存器,，設置I/O端口基址,、中斷號和DMA通道選擇。 ④ DSP送79H到279H激活CS4235,。 ⑤ DSP禁止該PnP卡參與將來的PnP循環(huán),。 　　
　　上述配置完成后，CS4235自動退出配置狀態(tài),，進入正常工作,，從而就可以根據(jù)具體的功能要求對CS4235的寄存器直接進行編程了。
　　結(jié)束語 　　
　　在全數(shù)字化語言學習系統(tǒng)中,，我們采用了聲效芯片CS4235來代替以前所用的語音錄放芯片MSM6588,。盡管硬件電路設計和軟件操作復雜了許多，但語言學習系統(tǒng)的重要指標,，如通頻帶,、信噪比和失真度都達到了多媒體計算機的音質(zhì)標準。實踐表明,，微機中的許多關鍵技術和優(yōu)秀的設計思想都可以移植到嵌入式系統(tǒng)中去,，使嵌入式系統(tǒng)更加豐富多彩。
 

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