CN105389155A - 一种利用spi接口实现tdm音频数据接收的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用SPI接口实现TDM音频数据接收的方法及系统，属于音频技术领域。该方法包括：硬件上，微控制器的SPI接口与TDM音频编码芯片接口连接；软件上微控制器的SPI设置为DMA从机模式，TDM进行数据偏移配置。本发明通过将TDM数据偏移配置，TDM的输出波形等同于了标准的SPI波形，利用对应的电路连接和SPI工作在DMA从机模式，使得SOC不占用太多的系统时间来完成TDM到SPI，解决了高性能SOC采集音频数据难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及音频技术领域，尤其涉及一种利用SPI接口实现TDM音频数据接收的方法及系统。
背景技术
随着语音识别和对话系统的发展，语音交互不再局限于人与人之间，人机对话是继键盘敲击时代，鼠标点击时代，单点多点触摸时代的又一新纪元。所以如何让机器同步的采集多通道的语音信号变得非常重要。
麦克风阵列是将多个信号经过耦合为一个信号。亦即根据阵列的排列方式首先判断声源方位，然后增强目标方位信号抑制其他方位的信号，从而提高目标方位语音信号相对其它方位的坏境噪声信号的信噪比(SNR)，这样可以让机器的听觉系统不仅听的远，而且听的清。
现有技术中，很多高性能的SOC(SystemonChip，芯片级系统)没有采集多路音频的TDM接口，所以如何可靠低价的采集到多路音频数据成为了一个瓶颈。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种通过利用SPI接口接收TDM的多通道音频转化为高性能SOC现有接口，解决了高性能SOC采集音频数据难的问题。
一方面，本发明提供了一种利用SPI接口实现TDM音频数据接收的方法，其特征在于，微控制器的SPI接口与TDM音频编码芯片接口连接，所述方法包括：
所述微控制器通过本身的SPI接口接收TDM音频数据。
可选地，TDM配置为第一通道DATA，输出的配置成相对帧同步时钟开始延迟7N+1位时钟再开始输出数据，同理其他通道也在原有基础上延迟一个(7N+1)+B*C个位时钟，N∈[0,Nmax],Nmax＝(Q-1)/B/C-C且Nmax向下取整数；
其中，假设一个帧的周期里有Q个为位时钟BCLK，音频采样位宽为B且B能被8整除，有效数据的通道数为C；
可选地，微控制器的SPI工作在从机DMA直接内存访问模式。
可选地，硬件接口连接方法SPI的从机片选信号与TDM的帧同步时钟WCLK相连接；SPI的位时钟信号SCK与TDM的BCLK相连接；SPI的主机输出从机输入管脚MOSI与TDM的数据输出引脚DOUT相连接。
可选地，所述WCLK和BCLK由TDM编码芯片本身提供或由外部时钟触发。
另一方面，本发明提供了一种利用SPI接口实现TDM音频数据接收系统，所述系统包括微控制器和TDM编码器，其特征在于，所述微控制器SPI工作在DMA从机模式。
可选地，所述微控制器通过内存存取的方式完成对TDM数据的重组，对TDM通道个数进行增删，和/或，微控制器对TDM通道顺序进行排序。
可选地，所述微控制器采集到多通道音频后，直接在微控制器内处理；和/或，通过外围接口进行转发。
由上述技术方案可知，本发明通过将TDM数据偏移配置，TDM的输出波形等同于了标准的SPI波形，利用对应的电路连接和SPI工作在DMA从机模式，使得SOC不占用太多的系统时间来完成TDM到SPI，解决了高性能SOC采集音频数据难的问题。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的利用SPI接口实现TDM音频数据接收方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的微控制器的SPI接口与TDM音频编码芯片接口连接示意图；
图3为本发明实施例提供的音频标准的TDM时序图；
图4为本发明实施例提供的数据输出延迟示意图；
图5为本发明实施例提供的SPI模式示意图；
图6为本发明实施例提供的TDM波形示意图；
图7为本发明实施例提供的基于TDM的多通道音频采集利用SPI接口实现TDM音频数据接收的系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
TDM(TimeDivisionMultiplexing，时分复用)是指一种通过不同信道或时隙中的交叉位脉冲，同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音和视频信号等的技术。主要用于将多个低速率数据流结合为单个高速率数据流。来自多个不同源的数据被分解为各个部分(位或位组)，并且这些部分以规定的次序进行传输。这样每个输入数据流即成为输出数据流中的一个“时间片段”。必须维持好传输顺序，从而输入数据流才可以在目的端进行重组。针对音频这一领域，每个通道的数据都使用数据总线上的一个槽(Slot)，其宽度相当于帧的1/N，其中N是传输通道的数量。出于实用考虑，N通常四舍五入到最近的2次幂(2、4、8、或16)，并且任何多余通道都被空闲。一个TDM帧同步时钟通常实现为一位宽的脉冲，这与I2S的50％占空比时钟相反。超过25MHz的时钟速率通常不用于TDM数据，原因是较高的频率会引起印刷电路板设计者要避免的板面布局问题。
SPI(SerialPeripheralInterface，串行外设接口)是一种高速的，全双工，同步的通信总线，可处理多个连接到指定总线上的主机和从机。芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚。该接口一般使用4条线，串行时钟线(SCK)，主机输入/从机输出线(MISO)，主机输出/从机输入线(MOSI)，从机选择线(SSEL)。在数据传输中，主机总是会向从机发送一帧8到16个位的数据，而从机也总会向主机发送一帧字节数据。在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。
本发明实施例中将TDM数据偏移配置，TDM的输出波形等同于了标准的SPI波形，利用对应的电路连接和SPI工作在DMA从机模式，使得SOC不占用太多的系统时间来完成TDM到SPI，解决了高性能SOC采集音频数据难的问题。
如图1示出了本发明实施例提供的一种利用SPI接口实现TDM音频数据接收的方法流程示意图。参见图1，该方法包括以下步骤：
101、所述微控制器通过本身的SPI接口接收TDM音频数据，所述微控制器的SPI接口与TDM音频编码芯片接口连接，其中，微控制器的SPI接口与TDM音频编码芯片接口连接示意图，如图2所示。
可选地，TDM配置为第一通道DATA，输出的配置成相对帧同步时钟开始延迟7N+1位时钟再开始输出数据，同理其他通道也在原有基础上延迟一个(7N+1)+B*C个位时钟，N∈[0,Nmax],Nmax＝(Q-1)/B/C-C且Nmax向下取整数；
其中，假设一个帧的周期里有Q个为位时钟BCLK，音频采样位宽为B且B能被8整除，有效数据的通道数为C；
可选地，微控制器的SPI工作在从机DMA直接内存访问模式。
可选地，硬件接口连接方法SPI的从机片选信号与TDM的帧同步时钟WCLK相连接；SPI的位时钟信号SCK与TDM的BCLK相连接；SPI的主机输出从机输入管脚MOSI与TDM的数据输出引脚DOUT相连接。
可选地，所述WCLK和BCLK由TDM编码芯片本身提供或由外部时钟触发。
本发明实施例的方法，通过将TDM数据偏移配置，TDM的输出波形等同于了标准的SPI波形，利用对应的电路连接和SPI工作在DMA从机模式，使得SOC不占用太多的系统时间来完成TDM到SPI，解决了高性能SOC采集音频数据难的问题。
为了进一步叙述本发明如何基于TDM实现多通道音频采集，现对实现原理继续详细叙述：
图2所示的是音频标准的TDM时序图，由图2可得TDM的帧同步时钟占有一个周期的BCLK；该图所示的DATA输出的有效时刻在BCLK的上升沿，和SPI的不同点在于标准的SPI从机只有片选信号为低电平的时候才进行数据的接收很显然，这种模式下不适用SPI从机接受。但是由于TDM的灵活配置，我们可将第一个通道DATA输出的配置成相对WCLK延迟一个BCK再开始输出数据，同理其他通道也在原有基础上延迟一个BCK，如图3所示。
常用的音频数据宽度有8bit,16bit,24bit,32bit，微控制器的SPI也可以配置成8bit,16bit，32bit。优选地，配置成8bit可以兼容上述音频数据宽度。
由于SPI有如图4所示的4种模式，在图4中，CPOL和CPHA，分别都可以是0或时1，对应的四种组合就是：
本发明实施例图4使用的是Mode0，同样的本发明实施例配置成Mode1，此时TDM的波形图5所示。
通过上述方法，本发明实施例再借助于微控制器的DMA(DirectionalMemoryAccess，直接内存访问)技术，可以让SPI很轻松地获到多个通道数据。
进一步是采用多缓存技术实时的处理DMA中断请求，达到不丢帧的效果。
进一步是对原始数据根据需要进行重组于转发。
进一步上位机根据下位机完成相应的驱动程序。
图6示出了本发明实施例提供的利用SPI接口实现TDM音频数据接收系统的结构示意图。参见图6，该系统包括微控制器61和TDM编码器62；其中，
所述微控制器SPI工作在DMA从机模式。
可选地，所述微控制器通过内存存取的方式完成对TDM数据的重组，对TDM通道个数进行增删，和/或，微控制器对TDM通道顺序进行排序。
可选地，所述微控制器采集到多通道音频后，直接在微控制器内处理；和/或，通过外围接口进行转发。其中，该外围接口包括但不限于SPI，SDIO，USB，WIFI，以太网等。
本发明实施例提供的系统，通过将TDM数据偏移配置，TDM的输出波形等同于了标准的SPI波形，利用对应的电路连接和SPI工作在DMA从机模式，使得SOC不占用太多的系统时间来完成TDM到SPI，解决了高性能SOC采集音频数据难的问题。
可理解的是，上述基于TDM的多通道音频采集系统与上述基于TDM的多通道音频采集方法是一一对应的，本实施例不再对上述多通道音频采集系统进行详细说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种利用SPI接口实现TDM音频数据接收的方法，其特征在于，微控制器的SPI接口与TDM音频编码芯片接口连接，所述方法包括：
所述微控制器通过本身的SPI接口接收TDM音频数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，TDM配置为第一通道数据位DATA，输出的配置成相对帧同步时钟开始延迟7N+1位时钟再开始输出数据，同理其他通道也在原有基础上延迟一个(7N+1)+B*C个位时钟，N∈[0,Nmax],Nmax＝(Q-1)/B/C-C且Nmax向下取整数；
其中，假设一个帧的周期里有Q个为位时钟BCLK，音频采样位宽为B且B能被8整除，有效数据的通道数为C。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，微控制器的SPI工作在从机DMA直接内存访问模式。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，硬件接口连接方法SPI的从机片选信号与TDM的帧同步时钟WCLK相连接；SPI的位时钟信号SCK与TDM的BCLK相连接；SPI的主机输出从机输入管脚MOSI与TDM的数据输出引脚DOUT相连接。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述WCLK和BCLK由TDM编码芯片本身提供或由外部时钟触发。
6.一种利用SPI接口实现TDM音频数据接收系统，所述系统包括微控制器和TDM编码器，其特征在于，所述微控制器SPI工作在DMA从机模式。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述微控制器通过内存存取的方式完成对TDM数据的重组，对TDM通道个数进行增删，和/或，微控制器对TDM通道顺序进行排序。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述微控制器采集到多通道音频后，直接在微控制器内处理；和/或，通过外围接口进行转发。
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Address after: 215123 building 14, Tengfei Innovation Park, 388 Xinping street, Suzhou Industrial Park, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Sipic Technology Co.,Ltd. Address before: 215123 room 703, building 9, 328 Xinghu street, Suzhou Industrial Park, Jiangsu Province Patentee before: AI SPEECH Co.,Ltd. |
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Denomination of invention: A Method and System for TDM Audio Data Reception Using SPI Interface Effective date of registration: 20230726 Granted publication date: 20181116 Pledgee: CITIC Bank Limited by Share Ltd. Suzhou branch Pledgor: Sipic Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980049433 |