怎样去设计一种基于SoC的音频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。
　　Enable：在Enable状态中，PEnable有效，地址信号，读写信号，选择信号将保持稳定，当状态从Setup到Enable状态。 Enable状态仅仅维持一个时钟，如果没有传输发生，系统将回到IDLE，如果有传输发生，系统状态将进入Setup状态。当从Enable状态到 Setup状态时允许有短脉冲干扰。
　　IIS总线：在飞利浦公司的IIS标准中，既规定了硬件接口规范，也规定了数字音频数据的格式。IIS总线拥有3条数据线进行数据传输：数据传输线 （DS），选择线（WS），时钟线（SCK）。在数据传输过程中，发送端（Transmitter）和接收端（Receiver）具有相同的时钟信号，发送端作为主导装置（Master）时，产生位时钟信号、命令（声道）选择信号和数据。在综合的系统中，可能具有几个发送端和接收端，使识别发送端比较困难。在这样的系统中，可以设置一个控制器（Controller）来作为系统的主导装置来识别多路的数字音频信号的数据流，此时发送端成为在外部时钟控制下的从属装置（Stave），系统的主导装置也可以与发送端或接收端相结合，这需要通过对硬件或软件的设置来激活。它拥有3种模式，如图2所示。
　　
　　IIS有时序信号图，如下所述。串行时钟信号（SCK）：即对应数字音频的每一位数据，SCK对应1个脉冲。SCK的频率=2×采样频率×采样位数。
　　声道选择信号（WS）：用于切换左右声道的数据。WS的频率等于采样频率。
　　串行数据信号（SD）：就是用二进制补码表示的音频数据。
　　典型时序，如图3所示。
　　
　　IIS格式的信号无论有多少位有效数据，数据的最高位总是被最先传输，在WS变化，也就是一帧开始后的第2个SCK脉冲处，因此最高位拥有固定的位置，而最低位的位置则是依赖于数据的有效位数。也就使得接收端与发送端的有效位数可以不同。如果接收端能处理的有效位数少于发送端，可以放弃数据帧中多余的低位数据，如果接收端能处理的有效位数多于发送端，可以自行补足剩余的位（常补足为零）。这种同步机制使得数字音频设备的互连更加方便，而且不会造成数据错位。为了保证数字音频信号的正确传输，发送端和接收端应该采用相同的数据格式和长度。对IIS格式来说数据长度可以不同。
　　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）；
　　（3）支持时序两种模式音频输出；
　　（4）分频器实现8／11／12／16／22．059／24．／32／44．11／48（kHz）频率数据传输；
　　（5）内部记数器完成16音频数据的记数；
　　（6）数据的并串转换。
　　中断模块（interrupt_generate），中断信号是通过FIFO模块的标志信号和屏蔽寄存器（tx_intmask）信号产生中断信号给系统的中断控制器。
　　3 仿真结果
　　图5为APB接口逻辑读写时序和IIS输出时序的局部波形仿真。时序仿真证明符合规范和功能要求。
　　
　　4 结束语
　　文中根据协议和实际需求设计一个APB转IIS的模块，具体描述了协议，功能规范，完成RTL代码描述和功能验证，得出正确可移植的音频IP模块。由于模块是有各个分立的模块单元组成，所以再根据实际需求修改模块是非常容易的。