基于SoC的AC97技术硬件设计

文章摘要： 时钟发生模块(CLOCK GENERATOR)可发出27MHz、54MHz以及108MHz三种时钟，并且产生音频控制器异步复位信号RST。MICroBlaze开发电路板上的晶振发出27MHz和50MHz的占空比1:1的方波信号作为时钟发生模块的输入，调用数字锁相环硬核模块(CLOCKGEN.v和CLOCKGEN.ucf)可输出各倍频时钟(本设计用108MHz)以及异步复位信号RST。AC'97 CTRL是以RTL形式下载到Vertex II FPGA中的音频控制器逻辑。AC'97 CODEC是National Semiconductor公司的LM4549 AC&#

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       时钟发生模块(CLOCK GENERATOR)可发出27MHz、54MHz以及108MHz三种时钟，并且产生音频控制器异步复位信号RST。MICroBlaze开发电路板上的晶振发出27MHz和50MHz的占空比1:1的方波信号作为时钟发生模块的输入，调用数字锁相环硬核模块(CLOCKGEN.v和CLOCKGEN.ucf)可输出各倍频时钟(本设计用108MHz)以及异步复位信号RST。AC'97 CTRL是以RTL形式下载到Vertex II FPGA中的音频控制器逻辑。AC'97 CODEC是National Semiconductor公司的LM4549 AC'97 CODEC芯片。

       内核模拟模块的实现原理

       RTL代码模拟的都是流水线中的指令执行级，是音频控制器和内核直接交互数据的级别。根据DSP内核在指令执行级的行为和接口特性，可以灵活地改变内核模拟模块的接口和内部信号(通过改变RTL代码)，形成不同的仿真环境。测试在新的仿真环境中音频控制器与内核的工作是否协调稳定，如果结果不理想，就应更改音频控制器的设计。这样就能使音频控制器的特性也能和内核达到最好的协调。

       基于SoC内核仿真环境的放音实例

       下面给出基于SoC内核仿真环境播放音频的实例。音频来源于Windows2000操作系统初始安装后winnt/media目录下的Utopia Windows Start.wav(153KB，16位单声道的wave文件)，提取出文件中的PCM音频码后下载到Vertex II的块内存中。音频控制器在SoC内核仿真环境中控制音频编解码器工作，连接耳机到MicroBlaze开发电路板的耳机插口,可以听到维持将近3秒钟的音频信号，和原音频文件的声音基本一致。使用音频分析软件Audicity来分析音频播放效果，原始音源与开发板播放的音频略有不同，其原因有以下3点。(1)电脑声卡录音起点和原音频的放音起点不同； (2)由于块内存的最大容量为126KB，所以所录波形文件只截取了原文件(153KB)的前2/3部分。(3)经过SoC内核仿真环境放音，并由电脑声卡录音得到的音频与原音频的幅度必然不同。第1、2两个因素引起两个波形在时间轴方向上的偏差，因素3引起幅度轴方向上的偏差。尽管存在这些差异，但完全可以说明在SoC内核仿真环境中，所设计的音频控制器逻辑功能正确，与内核能够协调工作。

      总结

       本文根据所设计的音频控制器的结构详细介绍了构建SOC内核仿真环境来测试音频控制器的思想和实现方法。基于这个仿真环境，不但可以测试音频控制器实际录放音的效果和性能，更重要的是可以及时反映其与内核的协调程度。这样就可避免孤立设计音频控制器而不考虑其与SoC系统协调的弊端，明显提高后期整合SoC系统的效率。 

       参考文献
1 Audio Codec ’97, Revision 2.3 Revision 1.0, Intel，April 2002
2 MICroBlaze and Multimedia Development Board User Guide UG020 (v1.0),Xilinx, August 2002
3 Core Gennerator Guide - ISE 5, Xilinx
4 LM4549A AC ’97 Rev 2.1 Codec with Sample Rate Conversion and National 3D Sound, National Semiconductor, November 2002  

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