一種數(shù)字錄音與回放系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

    閃速存儲(chǔ)器（FLASH）是可快速擦寫(xiě)的非易失性存儲(chǔ)器，自Intel公司于1988年推出Flash Memory技術(shù)以來(lái)就得到了非常迅速的發(fā)展。FLASH 最大的特點(diǎn)是在不加電的情況下能長(zhǎng)期保持存儲(chǔ)的信息。此外，它還具有不需要存儲(chǔ)電容器、集成度更高、制造成本低于DRAM、使用方便、讀寫(xiě)靈活、訪問(wèn)速度快、功耗低等特點(diǎn)。我們結(jié)合實(shí)現(xiàn)課題，在一個(gè)以DSP為核心的語(yǔ)音處理系統(tǒng)中，從存儲(chǔ)容量、存儲(chǔ)時(shí)間、回放音質(zhì)等衡量語(yǔ)音處理系統(tǒng)優(yōu)越性的這些重要指標(biāo)出發(fā)，選用FLASH作片外存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音數(shù)據(jù)的數(shù)字錄音和回放，既保證了系統(tǒng)的高性能，又減少了系統(tǒng)成本。

1 系統(tǒng)組成

    實(shí)際系統(tǒng)是一個(gè)以DSP為信心的總線型網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)單元以TMS320F206數(shù)字處理芯片作微處理器，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的傳送、錄音、存儲(chǔ)和播放。框圖組成如圖1所示。

    在系統(tǒng)中， 聲卡采集的語(yǔ)音數(shù)據(jù)和從網(wǎng)卡傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)都可以存入FLASH。由于存儲(chǔ)的是數(shù)字信息，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失和失真，因此也不會(huì)引進(jìn)任何噪聲。本系統(tǒng)使用的存儲(chǔ)器是兩片4M位的FLASH，錄音時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2分多鐘。

2 DSP與FLASH的接口電路設(shè)計(jì)

2.1 芯片簡(jiǎn)介

    系統(tǒng)使用的DSP為T(mén)MS320C2XX系列，是美國(guó)TI公司推出的16位定點(diǎn)運(yùn)算數(shù)字信號(hào)處理器。它的性價(jià)比極高，目前已成為高檔單片機(jī)的理想替代品，在通信、語(yǔ)音處理、軍事、儀器儀表、圖像處理等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)使用的存儲(chǔ)器是AMD公司生產(chǎn)的FLASH芯片，型號(hào)為Am29F040B。其容量為512K×8bit，提供的存儲(chǔ)時(shí)間有55、70、90、120及150ns幾種，因此高速微處理器（如DSP）對(duì)其進(jìn)行操作時(shí)基本上不需要等待時(shí)間。為避免總線競(jìng)爭(zhēng)，該器件有獨(dú)立的片選、寫(xiě)使能與輸出使能控制，器件命令集符合JEDEC單電源供電的Flash標(biāo)準(zhǔn)，用標(biāo)準(zhǔn)微處理器寫(xiě)時(shí)序?qū)?Flash命令寄存器就可以控制其基本操作。Am29F040B具有省電方式，在FLASH沒(méi)有被使用時(shí)進(jìn)入此方式可以大大降低功耗。Am29F040B 還可以分扇區(qū)進(jìn)行操作，默認(rèn)劃分為8個(gè)扇區(qū)，每扇區(qū)容量64K字節(jié)。

2.2 接口電路設(shè)計(jì)

    接口電路設(shè)計(jì)主要考慮的是存儲(chǔ)器地址空間的分配以及寫(xiě)入和讀出的時(shí)序要求。在系統(tǒng)中，共需要1M地址空間。我們使用了兩片F(xiàn)LASH，而DSP的地址線只有 16根，最大只能提供64K的尋址空間，所以必須分頁(yè)使用，才能合理分配地址空間。為此，我們將每一片存儲(chǔ)空間分成32頁(yè)，每頁(yè)16K字節(jié)，片A每頁(yè)地址從#8000h～#0bfffh，片B每頁(yè)地址從#000～#0ffffh?；谏鲜龇治?，DSP與FLASH的接口電路如圖2所示。

     圖中只現(xiàn)出了DSP與一片F(xiàn)LASH的接口電路，因?yàn)榱硪黄笸‘?，只是通過(guò)不同的譯碼得到不同的片選而已。DSP用D0～D4選擇分頁(yè)，A12～A15通過(guò)適當(dāng)?shù)淖g碼來(lái)分配兩片F(xiàn)LASH的尋址空間。

3 FLASH編程方法

     通過(guò)把特定的命令或命令序列寫(xiě)入到FLASH命令寄存器就可對(duì)FLASH實(shí)現(xiàn)各種操作。表1給出了有效命令的定義，如果寫(xiě)入的地址和數(shù)據(jù)值不正確或者寫(xiě)入的順序不對(duì)，則會(huì)使器件復(fù)位到讀陣列數(shù)據(jù)狀態(tài)。表中除xxx指任意值外，其它值皆為16進(jìn)制數(shù)，RA指要讀出的存儲(chǔ)器地址，RD指讀出的數(shù)據(jù)，PA指編程寫(xiě)入存儲(chǔ)器的地址，PD指編程寫(xiě)入存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)。編程時(shí)，地址在WE#或CE#的下降沿鎖定，而數(shù)據(jù)在WE#或CE#的上升沿鎖定，SA指扇區(qū)地址。

    表1給出了所有操作命令的定義。在本系統(tǒng)中，DSP對(duì)FLASH的控制主要用到的讀、刷新和編程操作，下面分別予以說(shuō)明。

表1 Am29F040B命令定義表

3.1 讀陣列數(shù)據(jù)

    讀操作很簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)總線周期，直接把FLASH相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)讀出即可。上電后，器件自動(dòng)處于讀陣列數(shù)據(jù)狀態(tài)；在完成刷新和編程操作后，器件也處于讀陣列數(shù)據(jù)狀態(tài)；給器件寫(xiě)復(fù)位命令也可以使器件復(fù)位到讀陣列數(shù)據(jù)狀態(tài)。讀操作主要用于回放錄音內(nèi)容。

3.2 字節(jié)編程命令序列

    編程命令要復(fù)雜一些，每一個(gè)單元的寫(xiě)入都需要四個(gè)總線周期。頭兩個(gè)解鎖命令，緊接著是編程建立命令，最后才是要寫(xiě)入單元的地址和數(shù)據(jù)。圖3是編程操作的基本流程。如何判斷是否已經(jīng)正確寫(xiě)入呢？器件內(nèi)部提供了一個(gè)嵌入式編程算法，通過(guò)查詢DQ7或DQ6位可以得知編程操作狀態(tài)。嵌入式編程算法完成后，器件自動(dòng)返回讀陣列數(shù)據(jù)狀態(tài)，地址不再鎖定。字節(jié)編程命令是進(jìn)行錄音的基礎(chǔ)。這里需要特別指出的是：編程時(shí)不能將存儲(chǔ)單元的任一位從“0”改成“1”，只有刷新操作才可以。因此，在FLASH的某一段存儲(chǔ)區(qū)已經(jīng)錄音后，如果不刷新，則這一段存儲(chǔ)區(qū)不能再進(jìn)行錄音操作。

3.3 芯片刷新命令

    芯片刷新操作需要6個(gè)總線周期。頭兩個(gè)依然是解鎖命令，然后是刷新建立命令，接著兩個(gè)附加解鎖寫(xiě)周期，最后是芯片刷新命令。刷新操作與編程操作不同之處在于：刷新操作對(duì)整個(gè)芯片是一次性完成而編程則需要一個(gè)單元一個(gè)單元地寫(xiě)入。當(dāng)然，如果不希望芯片全部刷新，可以采用扇區(qū)刷新命令。刷新完成與否也可以通過(guò)查詢DQ7、DQ6或DQ2位來(lái)判斷。圖4給出刷新操作流程。

    編程操作和刷新操作都需要進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，統(tǒng)稱為寫(xiě)操作狀態(tài)查詢，用以判斷寫(xiě)操作是否已經(jīng)正確完成。Am29F040B提供了DQ2、DQ3、DQ5、DQ6以及DQ7幾個(gè)位用于寫(xiě)操作狀態(tài)查詢，表2給出了這些位的功能。

表2 寫(xiě)操作狀態(tài)

     根據(jù)具體情況可以查詢不同的位。需要注意的是：使用DQ7和DQ2查詢狀態(tài)信息時(shí)需要一個(gè)有效地址，而如果DQ5位讀出為1則說(shuō)明編程或刷新操作已經(jīng)超出最大時(shí)序限制。在筆者的實(shí)際應(yīng)用中，編程操作查詢DQ7位。當(dāng)讀出DQ7位與寫(xiě)入的DQ7位一致時(shí)，則說(shuō)明寫(xiě)入成功，可以繼續(xù)寫(xiě)入下一單元；刷新操作時(shí)，則查詢?nèi)我粏卧ㄒ话闳∽詈笠粋€(gè)單元）是否已經(jīng)是0FFh，如果是則刷新正確完成。

     解決了DSP與FLASH的硬件接口電路和DSP對(duì)FLASH的軟件編程方法后，通過(guò)適當(dāng)?shù)某绦蚩刂?，就可以?shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字錄音與回放功能。既可以錄下 DSP網(wǎng)絡(luò)中接收到的語(yǔ)音數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)聲卡采樣錄下說(shuō)話人的話音。該系統(tǒng)應(yīng)用到語(yǔ)音教室，能順利地實(shí)現(xiàn)學(xué)生機(jī)的跟讀和復(fù)讀，而且錄音內(nèi)容只要不刷新，即使掉電也不會(huì)丟失。在其它電子產(chǎn)品中，這種方法也可以得到有效的應(yīng)用。