本發(fā)明涉及音頻信號(hào)處理，特別涉及一種基于fpga模塊的ac108音頻芯片控制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的ac108芯片是一款高度集成的四通道adc，支持i2s/tdm輸出轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于智能語音助手、錄音設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)和語音會(huì)議系統(tǒng)等領(lǐng)域。然而，當(dāng)前為ac108芯片設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)程序通常采用c語言開發(fā)，并依賴于高級(jí)linux聲音架構(gòu)(alsa,advancedlinux?sound?architecture)進(jìn)行功能控制。盡管alsa架構(gòu)提供了豐富的音頻處理功能，但其復(fù)雜性和龐大性導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)程序在嵌入式系統(tǒng)和資源有限的平臺(tái)上難以高效運(yùn)行。

2、此外，現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)程序的移植性較差，尤其是在fpga等特定硬件平臺(tái)上，調(diào)整驅(qū)動(dòng)程序以適應(yīng)不同的架構(gòu)需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力。由于alsa的高度封裝，用戶在面對(duì)特定應(yīng)用需求時(shí)，難以對(duì)底層硬件進(jìn)行進(jìn)一步的定制和優(yōu)化，限制了驅(qū)動(dòng)程序的靈活性和適用性。此外，現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)在處理實(shí)時(shí)性要求較高的音頻應(yīng)用時(shí)，可能無法完全滿足嚴(yán)格的延遲要求，影響音頻數(shù)據(jù)的處理質(zhì)量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這些因素都制約了ac108芯片在fpga平臺(tái)上的廣泛應(yīng)用和性能優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種基于fpga模塊的ac108音頻芯片控制系統(tǒng)和方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

3、一種基于fpga模塊的ac108音頻芯片控制系統(tǒng)，包括以下模塊：

4、時(shí)鐘與復(fù)位管理模塊：用于生成穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，通過鎖相環(huán)pll鎖定板級(jí)晶振信號(hào)，獲得所需的twi協(xié)議時(shí)鐘、ac108芯片工作時(shí)鐘和系統(tǒng)主頻。還負(fù)責(zé)生成相應(yīng)的復(fù)位信號(hào)，確保系統(tǒng)在同一時(shí)鐘域內(nèi)同步運(yùn)行，減少亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。

5、i2s/pcm驅(qū)動(dòng)控制模塊：控制ac108芯片的硬件復(fù)位信號(hào)rstn，并管理音頻數(shù)據(jù)的傳輸和解析。負(fù)責(zé)音頻采樣點(diǎn)數(shù)計(jì)數(shù)，負(fù)責(zé)接收用戶下發(fā)的采樣信號(hào)，啟動(dòng)采樣過程，并按照twi協(xié)議向ac108芯片發(fā)送配置指令。

6、寄存器配置模塊：負(fù)責(zé)從rom中讀取寄存器數(shù)據(jù)并將其暫存到fifo中，然后將操作地址、操作長(zhǎng)度和讀寫方向等信息發(fā)送給i2s/pcm驅(qū)動(dòng)控制模塊，以完成寄存器的配置。

7、fifo模塊：用于暫存從rom中讀取的寄存器配置數(shù)據(jù)，確保在傳輸給i2s/pcm驅(qū)動(dòng)控制模塊時(shí)數(shù)據(jù)順序和時(shí)序正確。

8、i2s/pcm協(xié)議底層驅(qū)動(dòng)：根據(jù)配置的音頻模式，通過幀對(duì)齊時(shí)鐘、位對(duì)齊時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線解析4通道音頻數(shù)據(jù)，進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，并生成對(duì)應(yīng)的有效信號(hào)，指示數(shù)據(jù)有效。

9、本發(fā)明還公開了一種基于上述ac108音頻芯片控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

10、步驟s1：上電后，通過鎖相環(huán)pll對(duì)板級(jí)晶振信號(hào)進(jìn)行鎖相，生成穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。

11、通過倍頻和分頻，獲得twi協(xié)議時(shí)鐘信號(hào)、ac108芯片工作時(shí)鐘，以及適用于系統(tǒng)的主頻。

12、每個(gè)時(shí)鐘信號(hào)都獨(dú)立生成相應(yīng)的復(fù)位信號(hào)，確保時(shí)鐘與復(fù)位信號(hào)在同一時(shí)鐘域內(nèi)同步，減少亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象的發(fā)生。

13、步驟s2：i2s/pcm驅(qū)動(dòng)控制模塊將ac108芯片的復(fù)位信號(hào)rstn拉低，確保芯片中的所有寄存器恢復(fù)到初始狀態(tài)。

14、復(fù)位信號(hào)保持20ms，隨后釋放復(fù)位信號(hào)，再等待20ms，以確保芯片進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀態(tài)，準(zhǔn)備接收用戶的采樣信號(hào)。

15、步驟s3：用戶發(fā)出采樣觸發(fā)信號(hào)，寄存器配置模塊檢測(cè)到信號(hào)上升沿后，開始從rom中按順序讀取寄存器數(shù)據(jù)，并將其暫存在i2s/pcm驅(qū)動(dòng)控制模塊的fi?fo模塊中。

16、步驟s4：fifo中存儲(chǔ)的寄存器數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，寄存器配置模塊根據(jù)時(shí)序?qū)⒉僮鞯刂贰㈤L(zhǎng)度、讀寫方向發(fā)送給i2s/pcm驅(qū)動(dòng)控制模塊。

17、配置過程為：首先配置初始化信息，間隔50ms后再進(jìn)行參數(shù)信息的補(bǔ)充配置，以確保配置過程成功。

18、步驟s5：i2s/pcm驅(qū)動(dòng)控制模塊解析步驟s3中發(fā)送的操作信息，并通過twi協(xié)議向ac108芯片發(fā)送配置指令。

19、步驟s6：寄存器配置完成后，i2s/pcm協(xié)議底層驅(qū)動(dòng)根據(jù)配置的音頻模式，解析通過幀對(duì)齊時(shí)鐘、位對(duì)齊時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線接收到的4通道音頻數(shù)據(jù)，進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換并對(duì)音頻采樣點(diǎn)計(jì)數(shù)。

20、在每一個(gè)通道上生成對(duì)應(yīng)的有效信號(hào)，指示數(shù)據(jù)有效。

21、步驟s7：發(fā)送軟復(fù)位指令，將ac108芯片的寄存器恢復(fù)至初始狀態(tài)，以停止采樣過程。

22、進(jìn)一步地，所述配置過程包括兩個(gè)階段：

23、配置階段1包括：供電配置、時(shí)鐘配置、使能復(fù)位配置、幀對(duì)齊時(shí)鐘配置、位對(duì)齊時(shí)鐘配置、i2s編碼配置、采樣深度配置、采樣順序配置、增益配置和模擬通道配置。

24、配置階段2包括：供電配置和采樣率配置。

25、進(jìn)一步地，所述軟復(fù)位指令的具體過程如下：

26、發(fā)送操作地址為0x30，操作數(shù)據(jù)為0x10，所對(duì)應(yīng)的寄存器名稱為i2s_ctrl。其作用是關(guān)閉幀對(duì)齊時(shí)鐘、位對(duì)齊時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線。

27、發(fā)送操作地址為0x00，操作數(shù)據(jù)為0x12，所對(duì)應(yīng)的寄存器名稱為chip_au?dio_rst。其作用是將所有的寄存器都恢復(fù)到初始值。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

29、1.高移植性和適用性：通過使用verilog語言開發(fā)，可以輕松部署在fpga平臺(tái)上，相較于依賴于alsa的現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)，具有更高的移植性和廣泛的適用性。

30、2.精確的時(shí)鐘和復(fù)位管理：利用鎖相環(huán)(pll)技術(shù)生成穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，并確保時(shí)鐘與復(fù)位信號(hào)在同一時(shí)鐘域內(nèi)同步運(yùn)行，減少了亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

31、3.靈活的寄存器配置：提供兩個(gè)配置階段，可以精確控制和調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，確保ac108芯片的各項(xiàng)功能都能正確配置和初始化，提高了系統(tǒng)的靈活性和可靠性。

32、4.多通道數(shù)據(jù)采集能力：系統(tǒng)支持4通道數(shù)據(jù)采集和解析，能夠滿足多通道音頻信號(hào)處理的需求，適用于智能語音助手、錄音器、攝像機(jī)等多種應(yīng)用場(chǎng)景。

33、5.自定義參數(shù)配置和控制：允許用戶自定義采樣參數(shù)，并通過軟復(fù)位功能控制采樣過程，提供了更高的控制靈活性和系統(tǒng)操作的簡(jiǎn)便性。

技術(shù)特征：

1.一種基于fpga模塊的ac108音頻芯片控制系統(tǒng)，其特征在于，包括以下模塊：

2.一種基于權(quán)利要求1所述的ac108音頻芯片控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述配置過程包括兩個(gè)階段：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述軟復(fù)位指令的具體過程如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于FPGA模塊的AC108音頻芯片控制系統(tǒng)和方法，包括：時(shí)鐘與復(fù)位管理模塊，用于生成穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)并同步復(fù)位信號(hào)；I2S/PCM驅(qū)動(dòng)控制模塊，負(fù)責(zé)控制芯片的硬件復(fù)位信號(hào)并管理音頻數(shù)據(jù)的傳輸與計(jì)數(shù)；寄存器配置模塊，負(fù)責(zé)從ROM中讀取寄存器數(shù)據(jù)并發(fā)送至I2S/PCM驅(qū)動(dòng)控制模塊；FIFO模塊，用于暫存寄存器配置數(shù)據(jù)；I2S/PCM協(xié)議底層驅(qū)動(dòng)，處理音頻數(shù)據(jù)并生成有效信號(hào)。系統(tǒng)提供了精確的時(shí)鐘和復(fù)位管理，靈活的寄存器配置能力，以及支持4通道數(shù)據(jù)采集和解析的功能。通過自定義參數(shù)配置和軟復(fù)位功能，本發(fā)明顯著提升了驅(qū)動(dòng)程序的移植性和適用性，滿足了在FPGA平臺(tái)上對(duì)AC108芯片的高效控制和優(yōu)化要求。

技術(shù)研發(fā)人員：周天,劉祖延,李柏海,陳寶偉,杜偉東
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2