Inter-IC Sount Bus(I2S)是針對(duì)數(shù)字音頻設(shè)備之間的音頻數(shù)據(jù)傳輸而制定的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。I2S標(biāo)準(zhǔn)中，既規(guī)定了硬件接口規(guī)范，也規(guī)定了數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的格式。

I2S總線接口介紹

I2S總線接口有3個(gè)主要信號(hào)，但只能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)半雙工傳輸，后來(lái)為實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸有些設(shè)備增加了擴(kuò)展數(shù)據(jù)引腳。CKS32F4xx系列控制器支持?jǐn)U展的I2S總線接口。

SD(Serial Data)

串行數(shù)據(jù)線，用于發(fā)送或接收兩個(gè)時(shí)分復(fù)用的數(shù)據(jù)通道上的數(shù)據(jù)(僅半雙工模式)，如果是全雙工模式，該信號(hào)僅用于發(fā)送數(shù)據(jù)。

WS(Word Select)

字段選擇線，也稱(chēng)幀時(shí)鐘(LRC)線，表明當(dāng)前傳輸數(shù)據(jù)的聲道，不同標(biāo)準(zhǔn)有不同的定義。WS線的頻率等于采樣頻率(FS)。

CK(Serial Clock)

串行時(shí)鐘線，也稱(chēng)位時(shí)鐘(BCLK)，數(shù)字音頻的每一位數(shù)據(jù)都對(duì)應(yīng)有一個(gè)CK脈沖，它的頻率為：2*采樣頻率*量化位數(shù)，2代表左右兩個(gè)通道數(shù)據(jù)。

ext_SD(extend Serial Data)

擴(kuò)展串行數(shù)據(jù)線，用于全雙工傳輸?shù)臄?shù)據(jù)接收。另外，有時(shí)為使系統(tǒng)間更好地同步，還要傳輸一個(gè)主時(shí)鐘(MCK)，CKS32F4xx系列控制器固定輸出為256*FS。

CKS32F4xx系列控制器有兩個(gè)I2S，I2S2和I2S3，兩個(gè)的資源是相互獨(dú)立的，但分別與SPI2和SPI3共用大部分資源。這樣I2S2和SPI2只能選擇一個(gè)功能使用，I2S3和SPI3相同道理。資源共用包括引腳共用和部分寄存器共用，當(dāng)然也有部分是專(zhuān)用的。控制器的I2S支持兩種工作模式，主模式和從模式；主模式下使用自身時(shí)鐘發(fā)生器生成通信時(shí)鐘。I2S功能框圖如下圖所示：

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功能引腳

I2S的SD映射到SPI的MOSI引腳，ext_SD映射到SPI的MISO引腳，WS映射到SPI的NSS引腳，CK映射到SPI的SCK引腳。MCK是I2S專(zhuān)用引腳，用于主模式下輸出時(shí)鐘或在從模式下輸入時(shí)鐘。I2S時(shí)鐘發(fā)生器可以由控制器內(nèi)部時(shí)鐘源分頻產(chǎn)生，亦可采用CKIN引腳輸入時(shí)鐘分頻得到，一般使用內(nèi)部時(shí)鐘源即可。

參考下表CKS32F4xx系列控制器I2S引腳分布：

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數(shù)據(jù)寄存器

I2S有一個(gè)與SPI共用的SPI數(shù)據(jù)寄存器(SPI_DR)，有效長(zhǎng)度為16bit，用于I2S數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，它實(shí)際由三個(gè)部分組成，一個(gè)移位寄存器、一個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)和一個(gè)接收緩沖區(qū)，當(dāng)處于發(fā)送模式時(shí)，向SPI_DR寫(xiě)入數(shù)據(jù)先保存在發(fā)送緩沖區(qū)，總線自動(dòng)把發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)容轉(zhuǎn)入到移位寄存器中進(jìn)行傳輸；在接收模式下，實(shí)際接收到的數(shù)據(jù)先填充移位寄存器，然后自動(dòng)轉(zhuǎn)入接收緩沖區(qū)，軟件讀取SPI_DR時(shí)自動(dòng)從接收緩沖區(qū)內(nèi)讀取。I2S是掛載在APB1總線上的。

邏輯控制

I2S的邏輯控制通過(guò)設(shè)置相關(guān)寄存器位實(shí)現(xiàn)，比如通過(guò)配置SPI_I2S配置寄存器(SPI_I2SCFGR)的相關(guān)位可以實(shí)現(xiàn)選擇I2S和SPI模式切換、選擇I2S工作在主模式還是從模式并且選擇是發(fā)送還是接收、選擇I2S標(biāo)準(zhǔn)、傳輸數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等等。SPI控制寄存器2(SPI_CR2)可用于設(shè)置相關(guān)中斷和DMA請(qǐng)求使能，I2S有5個(gè)中斷事件，分別為發(fā)送緩沖區(qū)為空、接收緩沖區(qū)非空、上溢錯(cuò)誤、下溢錯(cuò)誤和幀錯(cuò)誤。SPI狀態(tài)寄存器(SPI_SR)用于指示當(dāng)前I2S狀態(tài)。

時(shí)鐘發(fā)生器

I2S比特率用來(lái)確定I2S數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)流和I2S時(shí)鐘信號(hào)頻率。I2S比特率=每個(gè)通道的位數(shù)×通道數(shù)×音頻采樣頻率。圖為I2S時(shí)鐘發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。I2SxCLK(x可選2或3)可以通過(guò)RCC_CFGR寄存器的I2SSRC位選擇使用PLLI2S時(shí)鐘作為I2S時(shí)鐘源或I2S_CKIN引腳輸入時(shí)鐘作為I2S時(shí)鐘源。一般選擇內(nèi)部PLLI2S(通過(guò)R分頻系數(shù))作為時(shí)鐘源。例程程序設(shè)置PLLI2S時(shí)鐘為258MHz，R分頻系數(shù)為3，此時(shí)I2SxCLK時(shí)鐘為86MHz。

SPI_I2S預(yù)分頻器寄存器(SPI_I2SPR)的MCKOE位用于設(shè)置MCK引腳時(shí)鐘輸出使能；ODD位設(shè)置預(yù)分頻器的奇數(shù)因子，實(shí)際分頻值=I2SDIV*2+ODD；I2SDIV為8位線性分頻器，不可設(shè)置為0或1。當(dāng)使能MCK時(shí)鐘輸出，即MCKOE=1時(shí)，采樣頻率計(jì)算如下：

FS=I2SxCLK/[(16*2)*((2*I2SDIV)+ODD)*8)]（通道幀寬度為16bit時(shí)）

FS=I2SxCLK/[(32*2)*((2*I2SDIV)+ODD)*4)]（通道幀寬度為32bit時(shí)）當(dāng)禁止MCK時(shí)鐘輸出，即MCKOE=0時(shí)，采樣頻率計(jì)算如下：

FS=I2SxCLK/[(16*2)*((2*I2SDIV)+ODD))]（通道幀寬度為16bit時(shí)）

FS=I2SxCLK/[(32*2)*((2*I2SDIV)+ODD))]（通道幀寬度為32bit時(shí)）

I2S初始化結(jié)構(gòu)體介紹

標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)對(duì)I2S外設(shè)建立了一個(gè)初始化結(jié)構(gòu)體I2S_InitTypeDef。初始化結(jié)構(gòu)體成員用于設(shè)置I2S工作環(huán)境參數(shù)，并由I2S相應(yīng)初始化配置函數(shù)I2S_Init調(diào)用，這些設(shè)定參數(shù)將會(huì)設(shè)置I2S相應(yīng)的寄存器，達(dá)到配置I2S工作環(huán)境的目的。

代碼清單:I2S_InitTypeDef結(jié)構(gòu)體

typedef struct
{
  uint16_t I2S_Mode;         
  uint16_t I2S_Standard;    
  uint16_t I2S_DataFormat;  
  uint16_t I2S_MCLKOutput;  
  uint32_t I2S_AudioFreq;   
  uint16_t I2S_CPOL;        
}I2S_InitTypeDef;

(1)I2S_Mode：I2S模式選擇，可選主機(jī)發(fā)送、主機(jī)接收、從機(jī)發(fā)送以及從機(jī)接收模式，它設(shè)定SPI_I2SCFGR寄存器I2SCFG位的值。一般設(shè)置CKS32控制器為主機(jī)模式，當(dāng)播放聲音時(shí)選擇發(fā)送模式；當(dāng)錄制聲音時(shí)選擇接收模式。

(2)I2S_Standard：通信標(biāo)準(zhǔn)格式選擇，可選I2S Philips標(biāo)準(zhǔn)、左對(duì)齊標(biāo)準(zhǔn)、右對(duì)齊標(biāo)準(zhǔn)、PCM短幀標(biāo)準(zhǔn)或PCM長(zhǎng)幀標(biāo)準(zhǔn)，它設(shè)定SPI_I2SCFGR寄存器I2SSTD位和PCMSYNC位的值。一般設(shè)置為I2S Philips標(biāo)準(zhǔn)即可。

(3)I2S_DataFormat：數(shù)據(jù)格式選擇，設(shè)定有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和幀長(zhǎng)度，可選標(biāo)準(zhǔn)16bit格式、擴(kuò)展16bit(32bit幀長(zhǎng)度)格式、24bit格式和32bit格式，它設(shè)定SPI_I2SCFGR寄存器DATLEN位和CHLEN位的值。對(duì)應(yīng)16bit數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可選16bit或32bit幀長(zhǎng)度，其他都是32bit幀長(zhǎng)度。

(4)I2S_MCLKOutput：主時(shí)鐘輸出使能控制，可選使能輸出或禁止輸出，它設(shè)定SPI_I2SPR寄存器MCKOE位的值。為提高系統(tǒng)性能一般使能主時(shí)鐘輸出。

(5)I2S_AudioFreq：采樣頻率設(shè)置，標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供采樣采樣頻率選擇，分別為8kHz、11kHz、16kHz、22kHz、32kHz、44kHz、48kHz、96kHz、192kHz以及默認(rèn)2Hz，它設(shè)定SPI_I2SPR寄存器的值。

(6)I2S_CPOL：空閑狀態(tài)的CK線電平，可選高電平或低電平，它設(shè)定SPI_I2SCFGR寄存器CKPOL位的值。

審核編輯：劉清