I2S_TX 音频发送通用设计

I2S简介

I2S_RX.png

如上图所示：

• SCLK ：位时钟，数据单bit反转。 频率=2 * 采样频率 * 采样位宽
• LRCK ：帧时钟，左右声道标志位。 频率=采样频率
• SDATA ：串行音频数据BIT位。图中表示音频数据为8bit，即采样位宽=8
• sdata在sclk的下降沿变化，上升沿采集。且在lrck发生反转后的第二个上升沿采集音频数据的最高位。音频数据的最低位是lrck再次反转的第一个上升沿。

I2S详介

I2S音频总线协议

功能简介

将音频数据经过存储后，进行并传串处理，按照I2S协议输出。

模块端口

i2s_tx.png

接口描述

signal_name	direction	width	description
i_clk	input	1	FPGA内部系统时钟
i_rst_n	input	1	异步复位，低电平有效
i_dsp_clk	input	1	由DSP给出，用于分频出 sclk 和 lrck
i_aud_left_data	input	SAMP_BITS	左声道的音频数据
i_aud_right_data	input	SAMP_BITS	右声道的音频数据
i_aud_en	input	1	音频样本有效标志
o_aud_sclk	output	1	I2S位时钟
o_aud_lrck	output	1	I2S帧时钟
o_aud_sdata	output	1	I2S串行音频数据
o_rd_req	output	1	向上级模块发出音频数据请求，若上级模块无存储则忽略该信号

参数定义

Paramter	description
DIV_SCLK_DEPTH	sclk 是 i_dsp_clk 的 2^N 分频，取值 N
DIV_LRCK_DEPTH	lrck 是 sclk 的 2^M 分频，取值 M
SAMP_BITS	左 （右）音频的采样位宽
FIFO_DEPTH	FIFO数据深度的位宽。如深度为256，则取值8

实现方案

i2s_tx方案简略图.png

• i_dsp_clk经过分频模块divdreq_clk分频出lrck和sclk。
• 将左右声道位拼接后写入FIFO中。
• 利用lrck上升沿读取FIFO数据，配合I2S时序移位输出。

电路图描述

i2s_tx电路图.png

注：绿色为wire型，蓝色为reg型，紫色是逻辑计算

资源占用估计

资源	类型	个数	用途
寄存器	1bit	3	信号延拍
寄存器	2*SAMP_BITS bit	2	数据流
FIFO	深度：FIFO_DEPTH；位宽：2*SAMP_BITS	1	跨时钟域变化

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子模块（div_freq）

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功能简介

• i_clk根据parameter进行2^N分频得到o_clk。（N为parameter）
• 根据i_rst_n进行异步复位同步释放处理得到与o_clk相匹配的o_rst_n。

接口描述

signal_name	direction	width	description
i_clk	input	1	FPGA内部系统时钟
i_rst_n	input	1	异步复位，低电平有效
o_clk	output	1	分频得到的时钟
o_rst_n	output	1	分频得到的复位信号

参数定义

Paramter	description
DIV_CNT_DEPTH	o_clk 是 i_clk 的2^X分频，取值为X

代码实现

module  div_freq
  #(
        parameter    DIV_CNT_DEPTH  =  2
  )
  (
        input              i_clk    ,
        input              i_rst_n  ,

        output  reg        o_clk    ,
        output  reg        o_rst_n  
  )
//-----------------------------  reg && wire   -------------------------------

        reg        rst_n_temp_0  ;
        reg        rst_n_temp_1  ;

//--------------------------------  o_clk   -----------------------------------

        always  @(posedge i_clk or negedge i_rst_n)
        begin
          if(!i_rst_n)
              div_cnt <= { {DIV_CNT_DEPTH}{1'b0} }  ;
          else
              div_cnt <= div_cnt + 1'b1;
        end

        always  @(posedge i_clk)
              o_clk <= div_cnt[DIV_CNT_DEPTH-1];

//--------------------------------  o_rst_n   -----------------------------------

        always  @(posedge o_clk or negedge i_rst_n)
        begin
            if(!i_rst_n)
            begin
                    rst_n_temp_0 <= 1'b0;
                    rst_n_temp_1 <= 1'b0;
                    o_rst_n      <= 1'b0;
            end
            else
            begin
                    rst_n_temp_0 <= 1'b1;
                    rst_n_temp_1 <= rst_n_temp_0;
                    o_rst_n      <= rst_n_temp_1;            
            end
        end

endmodule

资源占用估计

资源	类型	个数	用途
寄存器	1bit	4	信号延拍
计数器	DIV_CNT_DEPTH bit	1	分频计数器

来源：马哥 - Marin
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