A²B汽车音频总线介绍

A²B使远程I²S/TDM成为可能

        I²S是飞利浦公司为数字音频设备之间的音频数据传输而制定的一种总线标准，该总线专责于设备之间的数据传输，广泛应用于各种多媒体系统。I²C是两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。简单来说就是I²C传输数据，I²S传输音频。

        在音频的数据传输中，我们的目的不是将音频数据直接传送到连接外设，如相同电路板上的音频编解码器，而是将数据通过总线与控制信息一起传送到包含外围设备的远程节点，从而扩展主机设备的I²S和I²C功能。通常分为两个节点，需要两端都有协议栈、内存和处理器开销，以便处理数据，但A²B没有这种要求，收发器直接通过A²B总线接收并提供I²S或TDM音频数据，无需对数据传输进行管理。配置位从A²B总线读取数据的收发器接收数据并将其输出到串行数据引脚上，配置位写入数据的收发器，除非在I²S或TDM流或PDM麦克风输入中，则将数据输出至串行数据引脚上，并将其直接置于A²B总线上，同时主设备以与数据交换相同的方式工作，并且主机处理器完全不会产生数据交换，管理开销，A²B总线在所有节点上都是双向和同步的。因此，系统中的所有收发器均被编程为利用A²B总线上的特定时隙，不会发生冲突和争用。

A²B来自哪里？

        A²B实际上是汽车音频总线的缩写，是为解决汽车音频系统设计中的特定问题而开发的，主要是为了减轻重量，减小尺寸，降低所需电缆成本，同时也是为了简化越来越多的数字麦克风在此系统中的运用方式，支持车载信息娱乐以及有源和路噪降噪算法的需求，改善乘客整体音频体验，提高车载音频系统的欣赏价值，营造安静的座舱环境，使驾乘人员可以放心免提接听电话。A²B技术已进入第三代，与30多家OEM制造商签订合作协议，可以说这种技术已经发展成熟。

汽车音频系统（传统模式）

        用图片来说明，传统方法是将音响主机连接到放大器和低音炮上，红线是屏蔽模拟电缆，蓝线是数字控制线，然后将麦克风添加到座舱中，这些麦克风也要用屏蔽电缆连接到音响主机，随着座舱内噪声消除技术的出现，甚至需要更多的麦克风，这就需要将更多的模拟电缆连接到噪声消除放大器上，其结果是连接太多，所有这些电缆形成的物理线束不但笨重，而且成本高昂。

A²B=汽车音频总线（新型模式） 

        同时，麦克风也在不断发展，采用脉冲、密度调制或PDM技术的数字麦克风不仅更便宜更容易获得，而且允许通过增加麦克风以支持数字波束成形，识别声源位置。使用A²B技术，单根UTP电缆就可以代替以前需要的全部笨重线束，随着电缆重量和成本的大幅降低，A²B还可为整个同步分布式音频系统提供低延迟保证，并能通过同一根UTP电缆为从属节点远程供电。

A²B与音频线/连接器选项

        由于A²B是音频总线，因此我们自然地会考虑与线有关的选项，例如模拟和数字音频或Dante和AES67以太网相关的电缆和连接器问题，A²B没有标准电缆或连接器，对于UTP电缆唯一的要求是100欧姆的特性阻抗，例如ADI公司使用Cat5e电缆开发该技术，业界讲这种电缆广泛用于以太网，不同之处在于A²B仅需要一根UTP电缆，而以太网通常需要2-4根电缆。

A²B+以太网

        相对以太网，A²B有何优势，对于距离较短的系统，A²B可以取代以太网，但A²B也可以用于扩展以太网，并与边缘音频设备，如麦克风和扬声器以及与非关键传感器如加速度计进行通信，只要有支持以太网的处理器如ADI的音频处理器，可以将以太网网络桥接到A²B系统。

A²B+以太网相结合，兼具二者优势

        如图所示介绍A²B与以太网的区别
        二者相结合，整个系统就可以兼具二者的优势，一方面获得以太网更长的距离和更高的带宽，另一方面A²B成本更低，在2-5美元之间，且无需支付专利权使用费，同时还能为边缘设备提供有效的端点解决方案。

A²B术语/系统概述

        接下来，我想稍微介绍下A²B技术本身，但在这之前，我们需要了解一些术语，A²B系统由一个主机设备和至少一个从属设备组成，节点是A²B收发器中的电路板和任何接入设备，此处绿色显示的主节点必须包括一个外部A²B主处理器，该处理器可以是搭载I²S和I²C接口的任何处理器，主机使用简单的I²C写入指令对主收发器进行编程，并通过I²S接口为其提供时序，当主收发器PLL锁定时序时，主机可以使用对主收发器的另一个I²C写入指令来启动A²B总线发现操作，结果将导致主机通过总线向所有接入的从节点传播时序。从属节点在图中显示为橙色，因此，所有从收发器都会被发现并同步到主时钟，一旦发现从机，主机即可使用I²C写入指令对所有从机收发器和系统进行远程编程。

        通常整个A²B系统是在知道系统中所有节点的情况下构建的，因此主机可以自行设置所有内容，但是如果任何从属节点都有I²C主机与其连接，比如此处从属节点0所示，则该I²C主机可以在本地对从收发器0进行编程。每个收发器的A端和B端通过总线链路连接，从主机到最后一个在线从机的流量称为下行流量，而从最后一个在线从机到主机的回路，则被视为上行流量。

A²B概念简介

        从概念上讲，A²B可以以48或44.1kHz的流行音频总线速率支持多达32个上行和下行的音频通道，带宽接近50Mbps，延迟小于50us，可以通过编程将采样率设于1.5-192kHz之间，8至32位TDM数字通道被映射到A²B总线上多达32个时隙。还支持从到从和主机广播功能。

        时钟在分布式节点之间是同步的。

        A²B技术包含两个邮箱，用于支持通信，例如主节点上的A²B主机与任何从节点上本地连接的I²C主机之间的握手类似于CAN协议。

        所有收发器也都有GPI开路，GPIO信息通过A²B总线上的虚拟8位端口进行传输，该虚拟端口具有超强的可配置能力，允许将从任何从机发往主机的单独引脚信令以及众多逻辑组合表征为发往主机的单个逻辑输出，来自所有从机的可选中断请求，也通过A²B总线传送到主机，然后主机从主设备读取两次寄存器确定触发的是哪个中断，哪个从机触发了该中断，此时它可以采取任何必要措施，也可以选择通过A²B总线为从设备供电，主设备可以为菊花链下行总线供电的从设备提供2.7W的总预算，而该预算可以将系统中每个本地供电从设备重置为2.7W。

        A²B支持多种拓扑结构，单主，单从系统是点对点拓扑结构，其中两个节点之间的距离最大为15米，添加更多节点后则成为线路拓扑结构，支持多达10个菊花链从机，每个节点之间存在32个数据时隙。虽然节点到节点之间的电缆仍然线长15米，但同时还有一项要求，即系统电缆总长不得超过40米，每个从节点都有一个I²C接口，因而可以双向远程I²C接入主节点上的主机。

        A²B还具有强大的诊断功能，可检测到接地短路，电源短路，电线间开路和短路等事件，当任何从机检测到此类故障时，它会将事件报告主机，只有故障中的下行设备会受到影响，故障上行系统其余部分仍可正常运行，最终还支持树形拓扑结构，A²B系统的第二A²B主节点从任何从节点分接出来，这里有一个限制，从主要主节点到最后一个分支从节点的节点数不能超过11个，就像主系统里从主节点到最后一个在线从节点的情况一样，在此例中，我们有主系统的主节点，从节点0，从节点1和分支主节点，即是说从分支顶部起，已经有四个节点了，因此这意味着，如图所示，连接到从节点1的分支主节点最多只支持7个分支从节点。

A²B总线同步数据交换（延迟）

        数据以设定的44.1或48kHz总线速率以超帧交换，每个超帧都包括一个同步控制帧表头，图中为深蓝色SCF，其后是浅蓝色下行数据有效载荷，同步响应帧图中为深橙色SRF数据块，然后是浅橙色上行数据有效载荷，SCF和SRF帧表头包含所有I2C控制信息，GPIO和中断信息，数据有效载荷中的每个数据时隙都包含数据完整性，奇偶校验位，另外还有可选的ECC保护，图顶部蓝色方框中的蓝色阴影数据是在超帧操作期间输入到主收发器的数据，同时，从收发器在同一超帧操作期间接收数据，如图顶部的棕褐色阴影框所示。

        在下一超帧期间，数据从蓝色主节点作为下行流量，并从褐色从节点作为上行流量，流向A²B总线，分别附加于SCF和SRF同步分支，在随后的超帧中，数据输出至本地节点，其中上行数据在上引脚上，下行数据在从引脚上，因此总等待时间始终正好是两个超帧周期，请注意这50us的延迟也适用于从节点间数据交换，在系统中的所有节点间保持一致，无论存在多少节点，源节点对数据采样后，所有目标节点始终会在两个超帧后接收数据。

A²B软件产品

        以上对技术进行了介绍，接下来我们换个话题。ADI公司开发的行业公认算法与链路设计工具SigmaStudio®也支持A²B。SigmaStudio支持A²B设计导入流程的各个方面——通过拖放A²B节点和周边器件进行网络设计、节点配置、误码率分析、带宽计算和功率计算。SigmaStudio结合提供的数据生成通用C源代码和头文件，可以导入到主机处理器工具套件以便集成到客户应用软件中。提供了一些插件来简化数据管道诊断和邮箱通信，还提供了其他工具以支持误码率测试，带宽计算和A²B供电建模，总之提供了A²B系统开发需要的一切。

        除了为支持A²B基本操作而提供的软件外，还有可选软件包用来帮助客户操作各种特性，例如通过A²B进行数据传输。 A²B Communication Channel软件插件利用A²B邮箱在网络节点之间传输信息。 A²B Data Pipe软件插件利用A²B同步时隙在网络节点之间传输信息。 A²B Data Tunnel软件插件利用A²B SPI远距离数据在网络节点之间传输A²B信息。

总结

        总结一下，如图所示，A²B可以大幅减少电缆重量，降低车载应用的复杂性，传统技术使用的大型双绞线电缆对，A²B技术使用的是简单的UTP双绞线电缆，在此处列出的要点中，一个关键是降低了系统成本，因为UTP电缆价格便宜一些，同时还消除了从节点上的智能和可选电源电路，另一个关键是A²B可用于传输非关键数据和音频，其成本仅为等效以太网组件的一小部分。