基于SoC的音频IP模块设计

文章摘要： 随着集成电路设计技术和深亚微米制造技术的发展，集成电路已进入了片上系统时代。由于SoC结构极其复杂，对于设计者而言，数百万门规模的系统级芯片设计不可能一切从头开始，随着集成电路设计技术的发展，IP核的开发己成为不可忽视的发展趋势，它的出现为SoC的实现和发展提供了基础。IP称之为知识产权，它可以认为是封装在硬件设计中的可重复利用的软件，就功能而言，IP核可以定义为SoC的基本电路功能块又称为内核，可由用户或专用IC公司或独立的公司开发而成，IP核的显著特点是具有重用性。鉴于SoC系统设计者很难独自开发、维护和移植所有必须的IP核，所以在Soc设计中必然要用到第3方的IP核，当IP核被转

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    随着集成电路设计技术和深亚微米制造技术的发展，集成电路已进入了片上系统时代。由于SoC结构极其复杂，对于设计者而言，数百万门规模的系统级芯片设计不可能一切从头开始，随着集成电路设计技术的发展，IP核的开发己成为不可忽视的发展趋势，它的出现为SoC的实现和发展提供了基础。IP称之为知识产权，它可以认为是封装在硬件设计中的可重复利用的软件，就功能而言，IP核可以定义为SoC的基本电路功能块又称为内核，可由用户或专用IC公司或独立的公司开发而成，IP核的显著特点是具有重用性。鉴于SoC系统设计者很难独自开发、维护和移植所有必须的IP核，所以在Soc设计中必然要用到第3方的IP核，当IP核被转移到用户设计与制造工艺中时，IP核被重复利用了，具有自主知识产权的IP核的复用是Soc设计中解决设计层次、产品成本、设计周期和降低风险的关键环节是SoC设计中的关键技术。IP核重复利用可以提高设计能力，节省设计人员可以缩短上市时间，更好的利用现有的工艺技术，降低成本。基于此笔者设计了基于SoC的音频接口IP模块。

1 APB与IIS总线
    APB(Advanced Peripheral Bus)是AMBA(Advanced Microcontrollel Bus Architectrure)组成部分，是用于低功耗和减少接口复杂度而设计的。APB用于带宽，低速，低性能要求，无管线操作的外围设备。APB总线操作包括Setup和Enable两个状态。其中APB读操作只需在Enable状态数据有效，写操作要求写数据在整个写操作期间保持有效。
    APB协议规定每个传输只与时钟上升沿相关。这就使APB外围设备很容易被集成在设计之中，特点如下：
    (1)在高频操作的性能改进；
    (2)独立的脉冲时钟；
    (3)静态时钟分析比较简单，因为用单时钟沿触发；
    (4)自测试逻辑插入没有特别的条件需要考虑；
    (5)在ASIC库中有性能很好的上升沿寄存器；
    APB状态机，如图1所示。

    APB这3个状态描述如下：
    IDLE：默认初始状态。
    Setup：当有一个传输请求，总线将进入Setup状态，当PSELx，信号被选择。总线只在Setup状态停留一个周期，并将在时钟的上升沿进入Enable状态。

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2 音频IP模块设计
    音频IP模块，完成APB总线协议到IIS协议的转换，实现音频的输出，并根据任务要求，设置各种寄存器和中断输出。音频输出模块(APB_IIS)示意框图，如图4所示。

    APB_IIS模块由以下5个模块组成：APB接口模块，APB接口模块主要是遵守AMBA协议，完成读写数据的译码。符合APB协议完成寄存器读写，实现寄存器register_t的配置，状态读写。
    寄存器模块(register_t)，完成各种功能寄存器的设置。register_t模块，包含配置寄存器模块(tx_config)，屏蔽寄存器(tx_intmask)，状态寄存器(tx_instate)，频率配置寄存器模块(tx_frequency)，FIFO写数据地址(fifo_data)。
    FIFO模块(fifo_t)，的功能是从一个高速时钟域到低速时钟域数据的缓冲，并产生标志信号，用于中断产生。
    IIS接口模块(i2s_t)，i2s_t模块遵守IIS协议，并完成数据的输出。
    本模块符合以下功能要求：
    (1)传输音频(Transmitter)模块；
    (2)主模式，由时钟由外部提供(12 M)；

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