摘要：基于嵌入式的数字音频设备以其高性价比、功耗低、集成度高、可扩充能力强、日新月异的发展速度等优点受到世界各国的广泛关注。论文提出一种基于ARM嵌入式处理器+FPGA结构的嵌入式数字调音台的解决方案。并在ARM9（S2C2440）与FPGA（XC3S500E）为核心芯片的硬件平台上实现了八路增益可调混音。
关键词：S2C2440；XC3S500E；调音台；混音
中图分类号：J932 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2009）017（c）-0160-02
一、混音简介。混音在调音台当中具有非常重要的作用，是当今数字调音台必不可少的功能。混音（Mixing）就是运用调音台来修饰、修改、添增、删减各种音效等等，其最主要的目的是通过混音的处理使得让播放出来的声音更有音质。通过混音的处理使得播放出来的声音更有音质。混音器不是将声音放大，反而对音频信号有衰耗。它的作用主要是调整频响曲线，对不同的音频频率进行不同的衰耗，达到调整音频信号音色效果。
二、系统整体设计。论文设计了采用三星公司的S3C2440与Xilinx公司的XC3S500E的硬件平台，在此基础上实现混音处理。由于S3C2440只有一路IIS总线，因此不能实现多路音频信号的混合处理，论文采用XC3S500E外接音频输入、输出模块，用来实现混音过程。而S3C2440由于其有众多的外围接口，被用来作为控制平台；S3C2440内置了八路A/D转换器，被用来转换八路控制音量的推子，得到的A/D转换数据通过SPI接口传输到XC3S500E中。整个设计流程如图1所示。
图1中，在S3C2440实现了八路推子的A/D转换驱动程序，得到的转换数据经过识别、标记等处理后，通过SPI接口将处理后的数据传送到FPGA中。
三、S3C2440驱动程序设计。这里的驱动程序包括两个部分，即A/D转换与SPI接口驱动。设计流程图如图2所示。其中A/D转换驱动的代码如下：result=devfs_register_chrdev（ADC_MAJOR，"adc"，&adc_fops）；//注册设备号
ADCCON=（ADCCON_ECFLG|PRESCALE_EN|PRSCVL（100）|ADC_INPUT（0）|ADC_NORMAL_MODE|ADCCON_READ_START|ADC_START）；//配置ADC转换控制寄存器，中断模式。
若有中断产生，进入中断处理模块，关中断，依次读取八个A/D转换器的数据。这里要注意的是在读取ADC数据寄存器前，需要配置ADC控制寄存器。读代码如下：
while（en_int（）==0）{//产生中断，依次读ADC转换器
a0=ReadAdc（0）；
a1=ReadAdc（1）；
a2=ReadAdc（2）；
a3=ReadAdc（3）；
a4=ReadAdc（4）；
a5=ReadAdc（5）；
a6=ReadAdc（6）；
a7=ReadAdc（7）；
}
其中ReadAdc（）为读A/D转换器函数，函数ReadAdc（）用来配置A/D转换器的控制寄存器，并在读使能有效的情况下从数据寄存器ADCDAT0中读取10-bit的转换数据。读数据寄存器的代码为：while（（ADCCON & ADC_START））&&！（ADCCON & ADCCON_ECFLG））；
//检查是否ADC_START为低，是否转换完成ADCCON_ECFLG标志为高。
adcData[i]=ADCDAT0 & 0x3ff；//i为对应读取的接口，低10位为转换数据。
得到的转换数据，需要通过SPI接口传送到FPGA中，写SPI接口如下：set_gpio_ctrl（GPIO_MODE_ALT0|GPIO_PULLUP_EN|GPIO_E11）；
set_gpio_ctrl（GPIO_MODE_ALT0|GPIO_PULLUP_EN|GPIO_E12）；
set_gpio_ctrl（GPIO_MODE_ALT0|GPIO_PULLUP_EN|GPIO_E13）；
//配置GPIO_E11、GPIO_E12和GPIO_E13为SPI接口。
SPCON0=（SPCON_SMOD_INT|SPCON_ENSCK|SPCON_MSTR|SPCON_CPOL_HIGH|SPCON_CPHA_FMTB|0）；
//配置SPI控制寄存器。
写数据到SPI数据发送寄存器中：
while（！（（SPSTA0） & SPSTA_READY））；
//判断数据寄存器是否准备好写
SPTDAT0=dataWrSpi；//写dataWrSpi到SPI寄存器
四、XC3S500E混音设计。在XC3S500E里，混音程序主要包括八个模块组成，即：顶层模块top_mixing，SPI串并转换模块SPI_S_P，IIS串并转换模块IIS_S_P，增益控制模块Gain_Ctrl，固定乘法器模块Mult_24x10，混音模块Mixing，压线模块Overflow和IIS并串转换模块IIS_P_S。混音的设计流程如图3所示。
顶层模块top_mixing用来连接底层模块并提供I/O接口。SPI串并转换模块SPI_S_P，它用来读取从S3C2440通过SPI接口发送来的数据，得到16bit的数据后，要对其进行判断数据类型。IIS串并转换模块IIS_S_P，它用来实现八路音频的串并转换。增益控制模块Gain_Ctrl和固定乘法器模块Mult_24x10，用来调节八路音频信号的增益。混音模块Mixing和压线模块Overflow，用来实现八路音频的混音处理，同时判断混音是否溢出，若溢出，则进行压线处理。得到的混音信号后，通过IIS并串转换模块IIS_P_S输出。
五、混音性能。通过频谱分析仪测量得到，增益可调的混音处理得到的音频信号的THD+N的值在-90dB--100dB之间，正常情况下是-94dB。
结论：将当今快速发展的嵌入式系统技术应用到数字调音台的设计，使调音台模块化、网络化和智能化，具有广泛的实用价值和巨大的实际意义。论文通过对数字调音台的分析，提出了利用嵌入式技术实现的方案，并对其在实现过程中的混音处理技术进行了研究和实现，得到了较理想的效果，可为最后全面实现实用化的专业数字调音台打下了基础。
作者单位：南昌市水上公安消防大队
参考文献：
[1]梁华.调音台分析.音响技术,2004年第39期:37-39
[2]郭辛元.浅谈数字调音台.科技情报开发与经济.2004.第14卷第3期:154-155
[3]Jonathan Corbet,Alessandro Rubini,Greg Kroah-Hartman著,魏永明,耿岳,钟书毅译.Linux设备驱动程序（第三版）.北京:中国电力出版社.2005.11:46-285
[4]李亚峰,欧文盛等.ARM嵌入式Linux系统开发从入门到精通.北京:清华大学出版社.2007.8:36-106