【LPC54114双核任务三】双核之初识音频--1#DMIC&HWVAD之中断触发#

小马哥-1650185

本周任务主要是音频相关的，这一贴，我们就先了解认识下音频的相关的知识,研究探索下DMIC&HWVAD，先来看下我们的开发板，与音频相关的模块有：

1.一个 PDM 数字麦克风(SPH0641LM4H)------对应板子上的U7
2.一个支持 I2S 音频输入/输出接口(WM8904)-------对应板子上的CN7(Ao：音频输出)和CN8(Ai：音频输入)


本帖主要来说说数字麦克风吧，在这之前，你应该知道下我们能够听到的声音频率在20HZ~20kHz之间，低于这个范围的是次声波，高于的是超声波。


下面就切入正题吧。。。
（本帖前半部分主要说下demo历程，后半部分是重难点，分析DMIC和HWVADX工作机制）

为了搞明白原理，小马哥也是咬文嚼字的把文档一字一字的嚼了一遍，童鞋们，多支持下，投个票吧，投1号小马哥哦！！！



首先我们来看下板子上用到的数字麦克(SPH0641LM4H)

sph0641lu4h 是一个微型、高性能、低功耗的数字麦克风，有一个比特PDM输出。包括一个声传感器、一个低噪声输入缓冲器和一个sigma- delta调制器，支持双复用通道，到达64db的信噪比，有多种性能模式（睡眠、低功耗、标准和超声模式。）

其工作状态图如下，可以看出，工作模式是根据时钟频率划分的。

时序图

引脚定义

以上就是数字麦克风 中 我们需要知道的东西。下面来看下54114的DMIC子系统吧

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54114的DMIC子系统包括双通道数字PDM麦克风接口 (DMIC)和硬件声音活动检测器(HWVAD)。

DMIC接口  主要是讲接收到来自 数字麦克风的PDM数据，转换成24位 可以 被CPU或DMA读取，或者发送到I2S接口输出的PCM数据。

PDM有2个通道（左、右），可以无需唤醒CPU ，使用DMA 从深度睡眠模式发送数据，然后自动返回深度睡眠模式，数据可直接到通讯接口7 的I2S总线.HWVAD用 16 kHz 采样率优化PCM信号.

PDM引脚定义

知道了上面的基础知识，现在研究下板子上面的麦克吧。

看原理图，发现dmic接口复用的FUNC1即：

PIO1_15

：

PDM0_CLK

PIO1_16

：

PDM0_DATA

然后就需要把这两个接口配置下喽

1. /* PDM interface */
   
2.         IOCON_PinMuxSet(IOCON, 1, 15, IOCON_FUNC1 | IOCON_DIGITAL_EN);  /* PDM CLK  0 */
   
3.         IOCON_PinMuxSet(IOCON, 1, 16, IOCON_FUNC1 | IOCON_DIGITAL_EN);  /* PDM DATA 0 */

复制代码

初始化DMIC时钟为12MHZ，PDM 15分频后为800Khz

这里出于能耗的原因，在DMIC接口块之外完成所需的DMIC时钟配置，这里就是在SYSCON块中使用DMICCLKDIV。

1. CLOCK_AttachClk(kFRO12M_to_DMIC);
   
2.         CLOCK_SetClkDiv(kCLOCK_DivDmicClk, 14, false);//(14+1)·分频

复制代码

接下来就是配置dmic结构体，初始化dmic，hwvad

复制代码

ps：HWVAD设置启动流程，后文有详解。。。

（注：DMIC_Use2fs(DMIC0, true);//pcm数据从2fs输出，可以将需要的DMIC时钟减少2倍，降低功耗。）

配置完成后，当硬件声音活动检测器 检测到信号时，触发HWVAD0中断，进入相应的中断服务函数，LED9 翻转，并打印信息。

分析：

一旦HWVAD触发了中断，必须给寄存器  ST10  写 1 ,   手动清除中断标志位，然后写 0 进入正常模式，等下下一次中断的触发。

ps:这里加延时 是为了产生一个高电平脉冲  来复位中断标志位，下面有详解。。。。

1. void DMIC0_HWVAD_Callback(void)
   
2. {
   
3.     volatile int i;
   
4.         PRINTF("HWVAD触发中断---LED9 BLIND-------\r\n\r\n");
   
5. 
   
6.     led_toggle(3);
   
7.     /* reset hwvad internal interrupt */
   
8.     DMIC_CtrlClrIntrHwvad(DMIC0, true);
   
9.     /* wait for HWVAD to settle */
   
10.     for (i = 0; i <= 500U; i++)
    
11.     {
    
12.                         
    
13.     }
    
14.     /*HWVAD Normal operation */
    
15.     DMIC_CtrlClrIntrHwvad(DMIC0, false);
    
16.                 led_toggle(3);
    
17.                 PRINTF("\r\n-------------\r\n");
    
18. }
    

复制代码

从下图 可以看到 检测到声响，震动等 时候，程序进入hwvad中断，并向串口打印信息

/////////////////////////////////思路分析篇章////////////////////

HWVAD：

          硬件语音活动检测器(HWVAD)通过一个过滤器块来分析DMIC通道0的PCM数据。通过分析噪声层和信号波，产生了不同的滤波器输出。当信号和噪声结果被检测到时，就会触发HWVAD中断。




其中：
1.信号滤波器输出的增益（HWVADTHGS）和噪声滤波器输出的增益（HWVADTHGN）可以根据不同的声音，独立设置。
2.16位PCM输入信号可以在寄存器hwvad增益的增益设置中向左或向右移动。这增加或减少了HWVAD处理的输入信号的容量。请注意，重置值0x05等于1的增益系数，信号没有向任何方向移动。
3.增益因子（ [z8 * (THGS+1)] > [z7 * (THGN+1)] ）决定了信号与噪声的比例。



分析：
        ST10寄存器：
                        中断到来时，中断标志位拉高，这时候进入中断后必须清除这个中断标志位，通过ST10寄存器的一个短的上升沿脉冲，也就是ST10=1，需要持续一会，在拉低，进入正常模式，等待下一次触发。。。这里就解释了，前面中断服务函数里面那个for循环延时的原因了。。。

     RSTT寄存器：可以复位所有的探测滤波器，复位后，滤波器需要收敛，所以在这个过程中，采集的数据不不稳定的，所以，中断向量表中的HWVAD中断应该被屏蔽掉，也就是需要把ST10寄存器拉高一段时间，demo中的PDM时钟微微800khz，延时2.5ms就可以了，这就解释了初始化识货的那个for循环延时了。。。


HWVAD完整的启动设置顺序如下：



1.通过RSTT 位复位探测器，并且延时一会，等到滤波器收敛到信号探测条件
2.通过ST10位拉高来清除在过滤器不稳定的时候 产生的虚假中断 。（虚线所示）
3.使能HWVAD中断核中断向量等级
4.通过ST10拉高产生 的脉冲 ，清除中断标志位，并等待处理下一次中断。


通过流程分析，就可以明白初始化中最后面的代码了。。。
再看下代码对号入座吧。。。。

1. DisableDeepSleepIRQ(HWVAD0_IRQn);
   
2.         DMIC_HwvadEnableIntCallback(DMIC0, DMIC0_HWVAD_Callback);
   
3.         DMIC_EnableChannnel(DMIC0, (DMIC_CHANEN_EN_CH0(1) | DMIC_CHANEN_EN_CH1(1)));
   
4.         /* reset hwvad internal interrupt */
   
5.         DMIC_CtrlClrIntrHwvad(DMIC0, true);
   
6.         /* To clear first spurious interrupt */
   
7.         for (i = 0; i < 0xFFFFU; i++)
   
8.         {
   
9.         }
   
10.         /*HWVAD Normal operation */
    
11.         DMIC_CtrlClrIntrHwvad(DMIC0, false);
    
12.         NVIC_ClearPendingIRQ(HWVAD0_IRQn);
    
13.         EnableDeepSleepIRQ(HWVAD0_IRQn);

复制代码

     DMCI：
       DMIC接口  主要是讲接收到来自 数字麦克风的PDM数据，转换成24位 可以 被CPU或DMA读取，或者发送到I2S接口输出的PCM数据。


处理机制如下图





PDC-------->PCM:




PDM到PCM转换块的设计是为PCM输出信号提供最好的结果，以16khz的采样率，覆盖在通信系统中广泛使用的增强的8 kHz语音波段。


DMIC时钟频率与PCM音频采样率之间的关系是:




FIFO  &   DMA:



DMIC接口的16位宽的FIFO由两个通道,每个通道由的16个条目组成。如果不使用DMA的操作，可以启用DMIC FIFO中断，通知ARM核心FIFO的状态。




为了搞明白原理，小马哥也是咬文嚼字的把文档一字一字的嚼了一遍，童鞋们，多支持下，投个票吧，投1号小马哥哦！！！

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队长shiwo

厉害厉害，这么快就发任务三了

NXP+LPC+FSL

学习了

小马哥-1650185

队长shiwo 发表于 2017-7-4 09:01
厉害厉害，这么快就发任务三了

先理解下E文档，熟悉下工作机制，昨晚上搞得

okwh

辛苦了！！ NXP的手册大多英文，确实有些不方便。
这DMIC不会只能检测声音振动触发报警吧？       怎么DMIC录音??

小马哥-1650185

okwh 发表于 2017-7-4 09:57
辛苦了！！ NXP的手册大多英文，确实有些不方便。
这DMIC不会只能检测声音振动触发报警吧？       怎么DMIC ...

hwvad可以这样，硬件触发hwvad EVENT

dmic是 将 数字麦克的PDM数据转换成PCM，送给cpu，或者dma，或者i2s总线。


文档在dmic 低功耗模式这样讲的

  In combination with the HWVAD this provides lowest power consumption in listening
mode. Except for the short periods with DMA activity, the MCU can remain in deep-sleep
mode until the wave envelope detector of the HWVAD identifies an energy change event
and issues an interrupt. With the DMA set to larger transfer sizes (maximum is 1024
transfers), there is quite some history data available for any type of software-based
analysis of the data causing the HWVAD event.

This also enables the system to realize different strategies for dealing with a HWVAD
event. A concrete analysis of the data could for example just be started when the HWVAD
detected events over a longer time frame. This would avoid that the ARM core gets active
on spurious noise. In case the decision has been taken to take the next step in data
analysis, the history buffer still contains the complete PCM data sampled since the first
event, nothing got lost. In average the system can stay longer in power save mode if
spurious events can be filtered out.

上车就翻船

学习了        

小马哥-1650185

加油。。。。