vivado+zedboard之audio驱动

环境：win7 64   vivado 2014.1
开发板：zedboard version d    xc7z020clg484-1
串口软件：SecureCRT
目标：使用vivado进行zedboard的audio测试。从pc获取音频信号，通过开发板处理后输出。通过本实例学习vivado+zedboard软硬件设计的方法，学习控制zedboard外设的方法。本文将介绍实验的过程，并对驱动程序进行分析，简单说明如何驱动audio设备。并简单介绍如何通过SDK来控制外设。
说明：本文参考Xilinx官网教程，筛选audio驱动部分。在“我的资源”提供了fir的源代码，可以生成IP。关于HLS的使用，官网ug871上有详细介绍，可以参考。
正文：
本文将分为以下步骤：
1. 使用Vivado TCL创建一个工程，修改相关参数，完成硬件设计。generate，最后导入到SDK中

2. 在SDK中新建工程，添加文件，编译。下载到ZedBoard上进行调试

3. 驱动程序分析

4. 获取IP信息的方法整理

5. 总结

1. 使用Vivado TCL创建一个工程，修改相关参数，完成硬件设计。generate，最后导入到SDK中

1）找到../audio/src/audio_project_create.tcl，使用notepad++等软件打开，可以修改其中路径以创建工程。默认的将在../audio/下创建pro_audio目录为工作目录。

打开vivado或者shell，输入：cd ../audio/src回车，输入：source audio_project_create.tcl回车。注意zed_audio_ctrl文件夹要放在同一文件夹。此时会自动创建下图设计。

2）打开address editor，查看地址是否已分配。如果未分配则点击左侧“auto assign address”

3）validate design

4）create HDL wrapper（详见上篇OLED驱动）

5）添加约束。在add sources中选择constrains，选择zed_audio_constraints.xdc文件。

6）generate bitstream

7）file->export->export hardware for SDK(注意要打开block design和implement design)，勾选launch SDK

2. 在SDK中新建工程，添加文件，编译。下载到ZedBoard上进行调试

8）在SDK中，新建工程test_audio，选择空模板

9）在test_audio->src右击，选择import，选择general->file system->(browse),选择

   audio.h adau1761.h adau1761.c：音频芯片参数定义、音频驱动程序以及相关操作函数（本例操作函数提供的不多，用户可自行编写）

   iic.h iic.c：IIC总线的驱动程序

   test_audio.c：主函数，驱动测试程序

10）添加完毕后，SDK会自动编译程序。出现“'Finished building: test_audio.elf.size'”说明成功。

11）使用音频线（音箱和电脑连接的那个线）连接pc的音频口和zedboard的LINE IN接口，将耳机的音频插头接入LINE OUT接口。使用miniUSB连接J14和J17接口用于串口通信和烧写程序。

12）打开SecureCRT并连接。选择Xilinx tools->Program FPGA，烧写程序，蓝灯DONE亮说明成功。

13）打开PC的音频播放器，随便播放一段音频。run->run as,选择GDB。

14）可以看到串口打印的提示信息。通过开关选择可以进行控制。（这段测试用，不要挑剔哈）

开关SW0、SW1：

00：初始状态；退出函数
01：进入函数，播放音乐（PC的音乐信号一直输入）
11：进入处理函数，噪音（本例）或执行音频处理程序
10：退出程序

3. 驱动程序分析

15）测试程序

从函数的引用关系图中可以看出，首先对IIC、Audio Codec's PLL进行初始化，使能HP jack等。
然后进行流程控制，如果SW0为on，则执行filter_or_bypass_input函数，读取音频信号做进一步处理，根据SW1状态决定是否执行处理，否则直接输出原信号。如果SW0为off，则串口打印当前音频值（按16位显示）。

16）IIC：IicConfig()

main()->IicConfig(XPAR_XIICPS_0_DEVICE_ID);       // XPAR_XIICPS_0_DEVICE_ID=0(xparameters.h)
IicConfig(0)->Config = XIicPs_LookupConfig(0);                        //即查阅下表，得到设备信息
XIicPs_ConfigTable[0]={XPAR_PS7_I2C_1_DEVICE_ID,XPAR_PS7_I2C_1_BASEADDR, XPAR_PS7_I2C_1_I2C_CLK_FREQ_HZ}={0,0xE0005000,111111115}，即Config.
Status = XIicPs_CfgInitialize(&Iic, Config, Config->BaseAddress);    //初始化；对InstancePtr写入从Config获取的相关值，通过XIicPs_GetOptions()函数完成初始化
XIicPs_SetSClk(&Iic, IIC_SCLK_RATE)        //初始化IIC设备的串行时钟频率。IIC_SCLK_RATE=400000(Audio.h)
17）Audio Codec's PLL：AudioPllConfig()
Configures audio codes's internal PLL. With MCLK = 8 MHz it configures the PLL for a VCO frequency = 49.152 MHz, and an audio sample rate of 48 KHz.

首先判断IIC初始化的状态，成功则继续。
AudioWriteToReg(R0_CLOCK_CONTROL, 0x0E);        //向audio controller的一个寄存器写入一个字节；此处R0_CLOCK_CONTROL=0x00(audio.h)
XIicPs_MasterSendPolled()        //发送数据到FIFO等待设备接收；如未接收则发送错误超时信息。


18）HP jack：AudioConfigureJacks()
Configures audio codes's various mixers, ADC's, DAC's, and amplifiers to accept stereo input from line in and push stereo output to line out.
看源代码和datasheet以了解是如何配置audio的

19）音频信号处理：filter_or_bypass_input()    //死循环，直至程序退出
读取IIC总线上的数据经处理后送到IIC总线发出。读写寄存器的函数分别为Xil_in32(),Xil_out32()

首先读取I2S_STATUS_REG寄存器的值（定义见Audio.h->enum i2s_regs），判断IIS总线是否可用。
然后读取I2S_DATA_RX_L_REG、I2S_DATA_RX_R_REG的值右移8位并赋值给u32DataL、u32DataR。（ TX代表传送数据,RX是接收数据）
如果SW1为on，则进入处理函数处理，并将处理结果左移8位保存到u32DataL、u32DataR中。
最后发送u32DataL、u32DataR到IIC总线，即写入I2S_DATA_RX_L_REG、I2S_DATA_RX_R_REG寄存器。

对于filter_or_bypass_input()函数，中间最核心的音频数据处理函数本例是随便写的噪音函数，如果想进行FIR、FFT等处理可以自行编写函数。

if(sw_check == 0x03) // SW1=1 SW0=1 then pass the sample through the filter{Sample_L = (u32DataL >> 8);Sample_R = (u32DataR >> 8);<strong>//user_function(Sample_L,Sample_R);</strong>Sample_L = Sample_L<<16;Sample_R = Sample_R<<8;u32DataL = Sample_L << 8;u32DataR = Sample_R << 8;}

关于I2S_STATUS_REG、I2S_DATA_RX_L_REG、I2S_DATA_RX_R_REG等寄存器的操作很重要，是如果通过软件控制外设的方式。

参看部分audio.h程序：

//Audio controller registers//see the user_logic file in its definitionenum i2s_regs {I2S_DATA_RX_L_REG= 0x00 + AUDIO_BASE,I2S_DATA_RX_R_REG= 0x04 + AUDIO_BASE,I2S_DATA_TX_L_REG      = 0x08 + AUDIO_BASE,I2S_DATA_TX_R_REG         = 0x0c + AUDIO_BASE,I2S_STATUS_REG          = 0x10 + AUDIO_BASE,};

这里可以看到这些寄存器的地址，其中audio_base通过：#define AUDIO_BASEXPAR_ZED_AUDIO_CTRL_0_BASEADDR  定义为依赖于vivado设计的地址，通过由vivado自动生成的xparameters.h定义分配的地址值。

那么为什么寄存器定义为代码中的地址值呢？为此本文多方寻找，苦苦思索，猜想应该是使用的zed_audio_ctrl IP核的原因，其中应该包含寄存器分配表，但是如何读取IP呢？没有说明文件，如何获取IP信息呢？下一节再做说明。已经在zed_audio_ctrl文件中找到了其原始定义的user_logic.vhd，可以看到部分代码：

  --    Bus2IP_WrCE/Bus2IP_RdCE   Memory Mapped Register  --                     "1000"   C_BASEADDR + 0x0  --                     "0100"   C_BASEADDR + 0x4  --                     "0010"   C_BASEADDR + 0x8  --                     "0001"   C_BASEADDR + 0xC

    case slv_reg_read_sel is      when "10000" => slv_ip2bus_data <= DataRx_L;      when "01000" => slv_ip2bus_data <= DataRx_R;      when "00100" => slv_ip2bus_data <= DataTx_L;      when "00010" => slv_ip2bus_data <= DataTx_R;      when "00001" => slv_ip2bus_data <= "0000000000000000000000000000000" & data_rdy_bit;      when others => slv_ip2bus_data <= (others => '0');    end case;

通过这两段代码就可以看出audio.h的依据所在了。（ps：个人理解哈）

而对于audio.h的其他定义，如：

//Slave address for the ADAU audio controller#define IIC_SLAVE_ADDR0x76//see ADAU1761 datasheet//I2C Serial Clock frequency in Hertz#define IIC_SCLK_RATE400000//ADAU internal registersenum audio_regs {//see ADAU1761 datasheetR0_CLOCK_CONTROL= 0x00,R1_PLL_CONTROL = 0x02,R2_DIGITAL_MIC_JACK_DETECTION_CONTROL = 0x08,R3_RECORD_POWER_MANAGEMENT= 0x09,R4_RECORD_MIXER_LEFT_CONTROL_0 = 0x0A,R5_RECORD_MIXER_LEFT_CONTROL_1 = 0x0B,R6_RECORD_MIXER_RIGHT_CONTROL_0 = 0x0C,

则来自于ADAU1761芯片的datasheet，读者可以自行查找。

20）小结一下，关于对外设的驱动，本人的理解就是对寄存器的操作，包括地址和配置参数。本分析也就主要是分析寄存器是如何查找的、配置参数的依据是什么。
4. 获取IP核信息的方法

21）在本例中使用的IP，是通过vivado封装工具创建的IP，可重新编辑该IP，查看源文件，一般在“user_logic.v”文件可找到寄存器的定义以及端口说明。

22）对于官网IP，一般可查看相应的document

23）对于通过HLS创建的IP，一般会有“IP_hw.h'”文件，可以获取寄存器的定义信息。比如本例提供的FIR源文件，使用HLS生成IP后会生成\solution1\impl\ip\drivers\..\*_hw.h文件，可以查看以了解寄存器和端口分配。

5. 总结

本文创建了zedboard的audio驱动的软硬件平台并进行了测试，对驱动程序进行了分析，并整理了获取IP和信息的几种方法。本文参考官网实例，旨在分享经验和心得，不喜勿喷，欢迎讨论。转载请注明出处，发文不易啊。:)