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i2s（Inter-IC Sound）是一種數(shù)字音頻接口，其在數(shù)字音頻方面的應(yīng)用非常廣泛。i2s接口被廣泛采用于音頻芯片、DSP芯片、電子樂器以及其他數(shù)字音頻設(shè)備中。作為一種開放的標(biāo)準(zhǔn)，i2s接口讓不同的數(shù)字音頻設(shè)備能夠高效地進(jìn)行互聯(lián)。
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在Linux系統(tǒng)中，i2s接口被廣泛應(yīng)用于音頻設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序中。在本文中，我們將探討i2s接口的原理和在Linux系統(tǒng)中的應(yīng)用。
i2s接口的原理
i2s接口是以幀為單位傳輸音頻數(shù)據(jù)的數(shù)字音頻接口。它是包含左、右聲道信息的同步串行數(shù)據(jù)幀。i2s接口的原理比較簡(jiǎn)單：以時(shí)鐘信號(hào)為參考，通過(guò)同步時(shí)序傳輸音頻數(shù)據(jù)。
i2s接口包含三個(gè)信號(hào)線：
1. 時(shí)鐘信號(hào)線（SCLK）：用于同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)鐘信號(hào)。
2. 傳輸線（SD）：傳輸音頻數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)信號(hào)線。
3. 幀同步信號(hào)線（FSYNC）：代表音頻數(shù)據(jù)幀的開始和結(jié)束。在左右聲道之間可以插入校驗(yàn)（CRC）碼。
音頻數(shù)據(jù)通過(guò)i2s接口傳輸時(shí)，首先需要通過(guò)FSYNC信號(hào)線傳輸音頻數(shù)據(jù)幀的狀態(tài)位，以告訴接收設(shè)備開始讀取音頻數(shù)據(jù)。然后，將音頻數(shù)據(jù)通過(guò)SD信號(hào)線按位傳輸，由于SD信號(hào)是從左到右傳輸，因此在傳輸時(shí)需要注意左右聲道的順序。通過(guò)SCLK信號(hào)線實(shí)現(xiàn)同步傳輸。
使用i2s接口傳輸音頻數(shù)據(jù)的好處在于，它支持多種不同的數(shù)據(jù)格式，包括I2S、左對(duì)齊、右對(duì)齊等。
i2s在Linux系統(tǒng)中的應(yīng)用
i2s接口在Linux系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用于音頻設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序中。在Linux系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)程序是向內(nèi)核發(fā)送指令以控制外部硬件設(shè)備的一個(gè)軟件組件。驅(qū)動(dòng)程序通常是由廠商或硬件制造商編寫并為特定的硬件設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化。
Linux內(nèi)核支持i2s接口的多種音頻設(shè)備，其中包括Soc系統(tǒng)和基于Soc的板子。使用i2s接口進(jìn)行音頻數(shù)據(jù)的輸入和輸出非常方便，如果你的音頻設(shè)備也支持i2s協(xié)議，那么就可以很容易地將它與Linux系統(tǒng)中的應(yīng)用程序進(jìn)行集成。
在Linux系統(tǒng)中使用i2s協(xié)議進(jìn)行音頻數(shù)據(jù)的輸入和輸出的基本步驟如下：
1. 在硬件平臺(tái)上啟動(dòng)i2s接口；
2. 在Linux系統(tǒng)中加載音頻驅(qū)動(dòng)程序；
3. 設(shè)置音頻設(shè)備的采樣率和通道數(shù)；
4. 打開音頻設(shè)備進(jìn)行輸入或輸出。
最重要的一點(diǎn)是，在Linux系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)程序需要按照特定的音頻硬件架構(gòu)進(jìn)行編寫。因此，開發(fā)者需要了解硬件架構(gòu)和特定微處理器的技術(shù)細(xì)節(jié)。
結(jié)論
i2s接口作為一種數(shù)字音頻接口，在數(shù)字音頻設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。作為一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)，i2s接口讓不同的數(shù)字音頻設(shè)備能夠高效地進(jìn)行互聯(lián)。在Linux系統(tǒng)中，i2s接口被廣泛應(yīng)用于音頻設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序中。使用i2s接口進(jìn)行音頻數(shù)據(jù)的輸入和輸出非常方便，但需要開發(fā)者了解硬件架構(gòu)和特定微處理器的技術(shù)細(xì)節(jié)。通過(guò)深入學(xué)習(xí)i2s接口技術(shù)，可以更好地掌握音頻設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)技術(shù)。
相關(guān)問題拓展閱讀：
- linux驅(qū)動(dòng)是用什么語(yǔ)法編寫的呢？
linux驅(qū)動(dòng)是用什么語(yǔ)法編寫的呢？
大部分的硬件驅(qū)動(dòng)都是內(nèi)核kernel里帶的，kernel由C語(yǔ)言編寫。
17 Linux字符慎御脊設(shè)備驅(qū)動(dòng)寬滲概述拆閉
面對(duì)不斷升級(jí)的linux內(nèi)核、GNU開發(fā)工具、linux環(huán)境下的各種圖形庫(kù)，很多l(xiāng)inux應(yīng)用程序開發(fā)人員和linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)人員即興奮，又煩躁。興奮的是新的軟件軟件、工具給我提供了更強(qiáng)大的功能，煩躁的是適應(yīng)新軟件的特性、搭建新環(huán)境是一項(xiàng)非常繁瑣的事情。本文想從以下3個(gè)方面探討一下“面對(duì)不斷升級(jí)的內(nèi)核，如何學(xué)習(xí)linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)”。
內(nèi)核發(fā)展的現(xiàn)狀及其對(duì)技術(shù)人員的影響
由于高版本內(nèi)核并不完全兼容低版本內(nèi)核，所以內(nèi)核升級(jí)對(duì)從事linux開發(fā)的技術(shù)人員造成了一定的影響，特別對(duì)于linux入門人員。
內(nèi)核的升級(jí)對(duì)應(yīng)從事linux應(yīng)用程序開發(fā)的人員來(lái)說(shuō)影響較小，因?yàn)橄到y(tǒng)調(diào)用基本保持兼容。而影響比較大的是驅(qū)動(dòng)開發(fā)人員。每次內(nèi)核的更友態(tài)做新都可以導(dǎo)致很多內(nèi)核函數(shù)使用上的變化。其中有內(nèi)核本身提供的函數(shù)，也有硬件平臺(tái)代碼提供的函數(shù)，后者變化的更加頻繁。這一點(diǎn)讓初學(xué)內(nèi)核驅(qū)動(dòng)的人很迷茫，因?yàn)楫?dāng)他們按照手里的經(jīng)典著作，如：Alessandro的《linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序》，編寫驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)并不能夠成功的在你的linux平臺(tái)上編譯通過(guò)、或不能正常執(zhí)行。你的朋友會(huì)告訴你，你用的內(nèi)核和書里的不一致。那該怎么辦呢？
我想從兩個(gè)方面去解釋這個(gè)問題，一方面是如何寫好linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)，另一方面是如何應(yīng)對(duì)不斷升級(jí)的內(nèi)核。
如何寫好Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)
Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)是linux內(nèi)核的一部分，是用來(lái)封裝硬件細(xì)節(jié)，為上層提供標(biāo)準(zhǔn)接口的一種方法閉陪。為了能夠編寫出質(zhì)量比較高的驅(qū)動(dòng)，要求工程師必須具備以下幾個(gè)方面的知識(shí)：
熟悉處理器的性能
如：處理器的體系結(jié)構(gòu)、匯編語(yǔ)言、工作模式、異常處理等此項(xiàng)對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，重要程度：***。也就是說(shuō)還不熟悉驅(qū)動(dòng)編寫方法的情況下，可以先不把重心放在這一項(xiàng)上，因?yàn)榭赡芤驗(yàn)樗目菰?、抽象而影響到你?duì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的興趣。 隨著你不斷的熟悉驅(qū)動(dòng)的編寫，你會(huì)很自然的意識(shí)到此項(xiàng)的重要性。
掌握驅(qū)動(dòng)目標(biāo)的硬件工作原理及通訊協(xié)議
如：串口控制器、顯卡控制器、硬件編解碼、存儲(chǔ)卡控制器、I2C通訊、SPI通訊、u 通訊、SDIO通訊、I2S通訊、PCI通訊等
此項(xiàng)的重要程度應(yīng)該不用多說(shuō)了，編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)的前提就是知道設(shè)備的操作方法。但不是說(shuō)要把所有設(shè)備的操作方法都熟悉了以后才可以驅(qū)動(dòng)，你只需要了解你要驅(qū)動(dòng)的硬件就可以了。所有這一項(xiàng)對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)重要程度都是：*****。
掌握硬件的控制方法
如：中斷、輪詢、DMA 通常一個(gè)硬件控制器會(huì)有多種控制方法，你需要根據(jù)系統(tǒng)性能的需要合理的選擇操作方法。
此項(xiàng)對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)：重要程度：****。初學(xué)階段以實(shí)現(xiàn)功能為好衡目的。掌握的順序應(yīng)該是，輪詢->中斷->DMA。隨著學(xué)習(xí)的深入，需要綜合考慮系統(tǒng)的性能需求，采取合適的方法。
良好的GNU C語(yǔ)言編程基礎(chǔ)
如:C語(yǔ)言的指針、結(jié)構(gòu)體、內(nèi)存操作、鏈表、隊(duì)列、棧、C和匯編混合編程等。
這些編程語(yǔ)法是編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)。 此項(xiàng)無(wú)論對(duì)于初學(xué)者還是熟手重要程度：*****。
良好的linux操作系統(tǒng)概念
如：多進(jìn)程、多線程、進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程搶占、進(jìn)程上下文、虛擬內(nèi)存、原子操作、阻塞、睡眠、同步等概念及它們之間的關(guān)系。
這些概念及方法在設(shè)備驅(qū)動(dòng)的使用是linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)區(qū)別單片機(jī)編程的更大特點(diǎn)。只有理解了它們才會(huì)編寫出高質(zhì)量的驅(qū)動(dòng)。
此項(xiàng)對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)：重要程度：***。開始可以以實(shí)現(xiàn)功能為目的，逐步完善自己的驅(qū)動(dòng)。
掌握l(shuí)inux內(nèi)核中設(shè)備驅(qū)動(dòng)的編寫接口
如：字符設(shè)備的cdev、塊設(shè)備的gendisk、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的net_device，以及基于這些基本接口的framebuffer設(shè)備的fb_info、mtd設(shè)備的mtd_info、tty設(shè)備的tty_driver、u設(shè)備的u_driver、mmc設(shè)備的mmc_host等
Linux內(nèi)核為設(shè)備驅(qū)動(dòng)編寫者留下了標(biāo)準(zhǔn)的接口。驅(qū)動(dòng)編寫者無(wú)需精通內(nèi)核的各個(gè)部分，只需要明確內(nèi)核留給我們的接口，并實(shí)現(xiàn)此接口就可以了。內(nèi)核流出的接口采用的是面向?qū)ο蟮乃悸?，即把目?biāo)設(shè)備看成一個(gè)對(duì)象，通常利用一個(gè)結(jié)構(gòu)體來(lái)描述這個(gè)對(duì)象。驅(qū)動(dòng)工程師的任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)這個(gè)對(duì)象。這個(gè)結(jié)構(gòu)體中會(huì)包含設(shè)備的屬性（用變量表示）和操作方法（用函數(shù)指針表示）。如：字符設(shè)備的cdev
struct cdev {
struct kobject kobj;
struct module *owner;
const struct file_operations *ops; //操作方法結(jié)合，其它項(xiàng)都是屬性
struct list_head list;
dev_t dev;
unsigned int count;
};
此項(xiàng)對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)：重要程度：****。開始階段可以以模仿為主，即套用一些固定的模板。
如何應(yīng)對(duì)不斷升級(jí)的內(nèi)核
內(nèi)核升級(jí)對(duì)驅(qū)動(dòng)的影響主要體現(xiàn)在，（1）驅(qū)動(dòng)接口定義的變化（2）內(nèi)核的一些功能函數(shù)的名稱、參數(shù)、頭文件、宏定義的變化（3）平臺(tái)代碼關(guān)于硬件操作方面封裝的一些函數(shù)的變化（4）設(shè)備模型的影響。下面探討一下，如何應(yīng)對(duì)這幾個(gè)方面的問題：
驅(qū)動(dòng)接口定義的變化
如：2.4內(nèi)核中字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)的注冊(cè)接口是
int register_chrdev(unsigned int major, const char * name, struct file_operations *fops)
而2.6內(nèi)核中已經(jīng)不建議使用這種方法了，改為：
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
又如：2.6.27內(nèi)核中網(wǎng)卡接口的net_device結(jié)構(gòu)成員和低版本的net_device結(jié)構(gòu)成員也發(fā)生了一些變化。
這種接口定義及注冊(cè)方法帶來(lái)的變化，發(fā)生的并不頻繁。解決方案是：參考內(nèi)核中的代碼。這種接口定義及注冊(cè)方法在內(nèi)核中非常容易找到，如：字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)的注冊(cè)方法及接口定義可以參照內(nèi)核driver/char/目錄下的很多實(shí)例。
內(nèi)核的一些功能函數(shù)的名稱、參數(shù)、頭文件、宏定義的變化
如：中斷注冊(cè)函數(shù)的格式及參數(shù)在2.4內(nèi)核、2.6內(nèi)核低版本和高版本之間都存在差別
在2.6.8中，中斷注冊(cè)函數(shù)的定義為：
int request_irq(unsigned int irq, irqreturn_t (*handler)(int, void *, struct pt_regs *),unsigned long irq_flags, const char * devname, void *dev_id)
irq_flags的取值主要為下面的某一種或組合：
SA_INTERRUPT、SA_SAMPLE_RANDOM、SA_SHIRQ
在2.6.26中，中斷注冊(cè)函數(shù)的定義為：
int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,unsigned long irqflags, const char *devname, void *dev_id)
typedef irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *);
irq_flags的取值主要為下面的某一種或組合：（功能和2.6.8的對(duì)應(yīng)）
IRQF_DISAB LED、IRQF_SAMPLE_RANDOM、IRQF_SHARED
當(dāng)出現(xiàn)這些問題時(shí)，編譯過(guò)程中，編譯器會(huì)給我們比較明確的錯(cuò)誤提示，根據(jù)這些提示你可以判斷出是否是缺少頭問題、是否是函數(shù)參數(shù)定義有誤等。解決問題的更好辦法還是到你的目標(biāo)內(nèi)核中找信息。此時(shí)找問題的方法可以借助于搜索，如：你可以在新的內(nèi)核中搜索request_irq，看新內(nèi)核中的驅(qū)動(dòng)是如何使用它的。這種方法非常有效。
平臺(tái)代碼關(guān)于硬件操作方面封裝的一些函數(shù)的變化
內(nèi)核中，硬件平臺(tái)相關(guān)的代碼在內(nèi)核更新過(guò)程中變化比較頻繁。和我們的設(shè)備驅(qū)動(dòng)也是息息相關(guān)。所以在針對(duì)一個(gè)新內(nèi)核編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)前，一定要熟悉你的平臺(tái)代碼的結(jié)構(gòu)。有時(shí)平臺(tái)雖然提供了內(nèi)核要求的接口函數(shù)，但使用起來(lái)功能卻并不完善。下面還是先舉個(gè)例子說(shuō)明平臺(tái)代碼更新對(duì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的影響。
如：在linux-2.6.8內(nèi)核中，調(diào)用set_irq_type(IRQ_EINT0,IRQT_FALLING);去設(shè)置S3C2410的IRQ_EINT0的中斷觸發(fā)信號(hào)類型，你會(huì)發(fā)現(xiàn)不會(huì)有什么效果。跟蹤代碼發(fā)現(xiàn)內(nèi)核的set_irq_type函數(shù)需要平臺(tái)提供一個(gè)針對(duì)硬件平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)函數(shù)
static struct irqchip s3c_irqext_chip = {
.mask= s3c_irqext_mask,
.unmask = s3c_irqext_unmask,
.ack= s3c_irqext_ack,
.type = s3c_irqext_type
};
s3c_irqext_type就是linux內(nèi)核需要的實(shí)現(xiàn)函數(shù)，而s3c_irqext_type在2.6.8中的實(shí)現(xiàn)為：
static int s3c_irqext_type(unsigned int irq, unsigned int type)
{
irqdbf(“s3c_irqext_type: called for irq %d, type %d\n”, irq, type);
return 0;
}
原來(lái)并沒有實(shí)現(xiàn)。而在較高版本的內(nèi)核，如2.6.26內(nèi)核中，這個(gè)函數(shù)是實(shí)現(xiàn)了的。所以你一定要小心。當(dāng)平臺(tái)函數(shù)不好用時(shí)，一定要查查原因，或者直接操作硬件寄存器來(lái)達(dá)到目的。
2.6內(nèi)核設(shè)備模型對(duì)驅(qū)動(dòng)的影響
在2.6內(nèi)核中寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)和在2.4內(nèi)核中有著很大的不同，就是在設(shè)備驅(qū)動(dòng)中融入了比設(shè)備驅(qū)動(dòng)本身結(jié)構(gòu)還復(fù)雜，難以理解的設(shè)備模型。初學(xué)驅(qū)動(dòng)時(shí)你可以不理會(huì)設(shè)備模型，但你會(huì)發(fā)現(xiàn)內(nèi)核里的驅(qū)動(dòng)代碼基本上都是融入了設(shè)備模型的了。所以很多時(shí)候你不得不面對(duì)現(xiàn)實(shí)，還是要弄懂它，并且它也的注冊(cè)方法也會(huì)隨著內(nèi)核的升級(jí)而發(fā)生變化。解決此類問題的更好方法還是參考目標(biāo)內(nèi)核驅(qū)動(dòng)代碼。
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