本文作者：Freescale公司 Zhiyang Zhang， Javen Jiang， Weiping Liu， Oliver Chen

　　概要

　　安卓音頻附件是Android Open Accessory （AOA） protocol 2.0中新增的功能，它通過標(biāo)準(zhǔn)USB Audio Class Interface將來自安卓設(shè)備音頻輸出到附件中，將音頻通過附件聲卡播放出去；并且附件可以作為一個人機接口設(shè)備來控制安卓設(shè)備，比如媒體播放的簡單控制等。本文詳細描述了基于Freescale MCU與Audio CODEC的安卓音頻附件設(shè)計方案。

　　Freescale安卓音頻附件簡介

　　本安卓音頻附件方案采用Freescale Kinetis K（Cortex-M4）系列的MCU MK70FN1M0VMJ12作為主控芯片，F(xiàn)reescale 的SGTL5000音頻編解碼器將音頻輸出。MCU與安卓設(shè)備通過USB接收原始音頻數(shù)據(jù)，并通過I2S輸出到SGTL5000音頻編解碼器。下面是Freescale安卓音頻附件的主要特點：

　　·安卓設(shè)備到附件采用44.1KHz 采樣率、雙聲道、16比特原始PCM音頻輸入

　　·通過HID實現(xiàn)安卓設(shè)備音樂曲目切換與暫停控制

　　·通過I2C調(diào)節(jié)SGTL5000輸出音量

　　·采用SGTL5000低功耗高性能立體聲輸出

　　·Xtrinsic Low-Power Touch-Sensing interface控制輸入

　　1 安卓音頻附件硬件介紹

　　1.1 硬件整體結(jié)構(gòu)

　　硬件框圖

圖1 安卓音頻附件硬件框圖

　　安卓音頻附件基本構(gòu)成

　　1.2 硬件功能模塊設(shè)計

　　Freescale Kinetis MCU MK70FN1M0VMJ12

　　Freescale Kinetis K系列是一款基于ARM Cortex-M4 的低功耗、高性能微控制器。本方案采用該系列中的MK70FN1M0VMJ12進行安卓音頻附件設(shè)計，具備1MB Flash與128KB RAM容量，同時具備USB 2.0接口。安卓音頻附件使用以下MCU功能：

　　·MCU工作平率120 MHz

　　·采用USB Full Speed 作為音頻輸入

　　·通過I2S 音頻接口與SGTL5000 CODEC通訊傳輸音頻信號

　　·通過I2C 與CODEC通訊傳輸控制信號

　　·使用Xtrinsic Low-Power Touch-Sensing Interface作為媒體控制輸入

圖 2 Kinetis MCU原理圖

高性能低功耗立體聲CODEC#e#

　　Freescale SGTL5000 CODEC

　　本方案采用Freescale SGTL5000高性能、低功耗立體聲CODEC，支持I2S IN/OUT， SPI/I2C控制通道。支持主/從模式。HP輸出-100dB 信噪比，-80dB諧波失真。支持8KHz~96KHz采樣率，16/20/24/32位寬。

　　在安卓音頻附件設(shè)計中，MCU與SGTL5000交互主要有以下幾個方面：

　　·MCU作為I2S 主機，SGTL5000作為設(shè)備，由MCU提供SCLK;

　　·MCU通過I2C配置SGTL5000工作模式以及輸入輸出配置;

　　·SGTL5000輸出音頻過程中，支持MCU對其進行音量、音質(zhì)等配置;

圖3 SGTL5000接口

　　USB模塊

　　Freescale Kinetis K70 MCU集成了OTG模塊，OTG實現(xiàn)了USB 2.0全速/低速的HOST和DEVICE功能，并且通過主機交換協(xié)議實現(xiàn)主機與設(shè)備之間的角色轉(zhuǎn)換。在AOA 協(xié)議2.0中規(guī)定安卓設(shè)備為device，附件為主機，所以 本方案中使用MCU USB 全速HOST功能。

　　圖4： USB模塊

　　I2S模塊

　　Freescale Kinetis MCU K系列I2S模塊提供同步音頻接口 （SAI總線），它支持I2S、AC97、CODEC/DSP等全雙工同步串行接口。本方案中，I2S模塊主要負責(zé)將從來自安卓設(shè)備的音頻流傳輸給SGTL5000 CODEC。MCU作為I2S主機，SGTL5000作為設(shè)備。

　　圖5 I2S模塊

　　觸摸感應(yīng)輸入（TSI）模塊

　　Kinetis系列MCU提供高靈敏度、高穩(wěn)定性的電容觸摸感應(yīng)檢測功能。每個TSI引腳實現(xiàn)一個電極的電容測量。TSI來源主要有兩部分，一個為TWRK70板上的4個模擬按鈕的電極，另外12個按鈕連接到了觸摸Tower開發(fā)板上；本方案使用板上的4個觸摸按鈕作為音頻附件人機輸入接口來控制安卓設(shè)備媒體播放。TSI模塊支持邊緣和范圍檢測，并且在觸摸板短路時發(fā)生中斷。

　　圖6 TSI模塊

　　2 安卓音頻附件軟件設(shè)計

　　軟件架構(gòu)

　　本方案基于Freescale 實時操作系統(tǒng)MQX。在Freescale USB HOST STACK 上實現(xiàn)了AOA 2.0協(xié)議棧，并在MQX RTOS上實現(xiàn)了音頻輸出接口模塊。數(shù)據(jù)流經(jīng)由USB Host模塊流入AOA 2.0協(xié)議棧，再由應(yīng)用程序傳遞給音頻輸出接口，通過調(diào)用MQX I2S 驅(qū)動，將音頻數(shù)據(jù)發(fā)送到SGTL5000 CODEC。對于來自TSI的操作命令，分為兩種情況處理：音量操作輸入經(jīng)應(yīng)用處理后直接通過音頻輸出接口控制I2C來調(diào)節(jié)SGTL5000輸出音量；而媒體曲目切換及播放/暫停命令，經(jīng)應(yīng)用處理后，發(fā)送給 HID，通過AOA 2.0 Stack發(fā)送給安卓設(shè)備。

　　圖7 軟件架構(gòu)框圖

　　程序在Flash的布局

　　程序在flash中的布局如圖8所示，0x0000 0000~0x0000 6000空間分配給boot loader，用于對安卓音頻附件固件進行SD卡升級，剩下部分為應(yīng)用程序空間。

　　圖 8 MCU Flash 布局

　　軟件功能

　　·支持AOA Protocol 2.0 audio profile及HID*

　　·支持USB同步音頻輸入（44.1kHz采樣率，16位，雙聲道）*

　　·支持I2S 立體聲音頻輸出*

　　·支持TSI觸摸板控制輸入，進行音量調(diào)節(jié)、曲目切換與暫停/播放操作*

　　·支持I2S0的DMA傳輸以減少CPU負載*

　　·支持I2C與CODEC進行控制傳輸*

　　·支持SD卡升級固件功能，簡單方便*

　　編譯環(huán)境

　　采用 CodeWarrior Freescale Tool Chain編譯

　　結(jié)論

　　本文主要介紹了基于Freescale MCU與Audio Codec的安卓音頻附件設(shè)計， 該設(shè)計實現(xiàn)了將安卓設(shè)備媒體音頻輕松傳輸?shù)礁郊倪M行高品質(zhì)播放的解決方案。音頻附件作為USB主機迎合了安卓設(shè)備對功耗的要求。

　　參考

　　K70_120： Kinetis K70 Graphic LCD 120/150 MHz MCUs

　　http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp？code=K70_120&nodeId=01624698C9DE2DDDB1

　　Android Open Accessory Protocol 2.0

　　http://source.android.com/accessories/aoa2.html

——本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)11月《視音頻技術(shù)特刊》“EE Design欄目”，轉(zhuǎn)載請注明出處，違者必究！