CKS32F4xx系列I2S功能介绍

Inter-IC Sount Bus(I2S)是针对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。I2S标准中，既规定了硬件接口规范，也规定了数字音频数据的格式。

I2S总线接口介绍

 

I2S总线接口有3个主要信号，但只能实现数据半双工传输，后来为实现全双工传输有些设备增加了扩展数据引脚。CKS32F4xx系列控制器支持扩展的I2S总线接口。

SD(Serial Data)

串行数据线，用于发送或接收两个时分复用的数据通道上的数据(仅半双工模式)，如果是全双工模式，该信号仅用于发送数据。

WS(Word Select)

字段选择线，也称帧时钟(LRC)线，表明当前传输数据的声道，不同标准有不同的定义。WS线的频率等于采样频率(FS)。

CK(Serial Clock)

串行时钟线，也称位时钟(BCLK)，数字音频的每一位数据都对应有一个CK脉冲，它的频率为：2*采样频率*量化位数，2代表左右两个通道数据。

ext_SD(extend Serial Data)

扩展串行数据线，用于全双工传输的数据接收。另外，有时为使系统间更好地同步，还要传输一个主时钟(MCK)，CKS32F4xx系列控制器固定输出为256*FS。

CKS32F4xx系列控制器有两个I2S，I2S2和I2S3，两个的资源是相互独立的，但分别与SPI2和SPI3共用大部分资源。这样I2S2和SPI2只能选择一个功能使用，I2S3和SPI3相同道理。资源共用包括引脚共用和部分寄存器共用，当然也有部分是专用的。控制器的I2S支持两种工作模式，主模式和从模式；主模式下使用自身时钟发生器生成通信时钟。I2S功能框图如下图所示：

   

功能引脚

I2S的SD映射到SPI的MOSI引脚，ext_SD映射到SPI的MISO引脚，WS映射到SPI的NSS引脚，CK映射到SPI的SCK引脚。MCK是I2S专用引脚，用于主模式下输出时钟或在从模式下输入时钟。I2S时钟发生器可以由控制器内部时钟源分频产生，亦可采用CKIN引脚输入时钟分频得到，一般使用内部时钟源即可。

参考下表CKS32F4xx系列控制器I2S引脚分布：

   

数据寄存器

I2S有一个与SPI共用的SPI数据寄存器(SPI_DR)，有效长度为16bit，用于I2S数据发送和接收，它实际由三个部分组成，一个移位寄存器、一个发送缓冲区和一个接收缓冲区，当处于发送模式时，向SPI_DR写入数据先保存在发送缓冲区，总线自动把发送缓冲区内容转入到移位寄存器中进行传输；在接收模式下，实际接收到的数据先填充移位寄存器，然后自动转入接收缓冲区，软件读取SPI_DR时自动从接收缓冲区内读取。I2S是挂载在APB1总线上的。

逻辑控制

I2S的逻辑控制通过设置相关寄存器位实现，比如通过配置SPI_I2S配置寄存器(SPI_I2SCFGR)的相关位可以实现选择I2S和SPI模式切换、选择I2S工作在主模式还是从模式并且选择是发送还是接收、选择I2S标准、传输数据长度等等。SPI控制寄存器2(SPI_CR2)可用于设置相关中断和DMA请求使能，I2S有5个中断事件，分别为发送缓冲区为空、接收缓冲区非空、上溢错误、下溢错误和帧错误。SPI状态寄存器(SPI_SR)用于指示当前I2S状态。

时钟发生器

I2S比特率用来确定I2S数据线上的数据流和I2S时钟信号频率。I2S比特率=每个通道的位数×通道数×音频采样频率。图为I2S时钟发生器内部结构。I2SxCLK(x可选2或3)可以通过RCC_CFGR寄存器的I2SSRC位选择使用PLLI2S时钟作为I2S时钟源或I2S_CKIN引脚输入时钟作为I2S时钟源。一般选择内部PLLI2S(通过R分频系数)作为时钟源。例程程序设置PLLI2S时钟为258MHz，R分频系数为3，此时I2SxCLK时钟为86MHz。

SPI_I2S预分频器寄存器(SPI_I2SPR)的MCKOE位用于设置MCK引脚时钟输出使能；ODD位设置预分频器的奇数因子，实际分频值=I2SDIV*2+ODD；I2SDIV为8位线性分频器，不可设置为0或1。当使能MCK时钟输出，即MCKOE=1时，采样频率计算如下：

FS=I2SxCLK/[(16*2)*((2*I2SDIV)+ODD)*8)]（通道帧宽度为16bit时）

FS=I2SxCLK/[(32*2)*((2*I2SDIV)+ODD)*4)]（通道帧宽度为32bit时）当禁止MCK时钟输出，即MCKOE=0时，采样频率计算如下：

FS=I2SxCLK/[(16*2)*((2*I2SDIV)+ODD))]（通道帧宽度为16bit时）

FS=I2SxCLK/[(32*2)*((2*I2SDIV)+ODD))]（通道帧宽度为32bit时）

 

I2S初始化结构体介绍

标准库函数对I2S外设建立了一个初始化结构体I2S_InitTypeDef。初始化结构体成员用于设置I2S工作环境参数，并由I2S相应初始化配置函数I2S_Init调用，这些设定参数将会设置I2S相应的寄存器，达到配置I2S工作环境的目的。

代码清单:I2S_InitTypeDef结构体

 

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模式选择，可选主机发送、主机接收、从机发送以及从机接收模式，它设定SPI_I2SCFGR寄存器I2SCFG位的值。一般设置CKS32控制器为主机模式，当播放声音时选择发送模式；当录制声音时选择接收模式。

(2)I2S_Standard：通信标准格式选择，可选I2S Philips标准、左对齐标准、右对齐标准、PCM短帧标准或PCM长帧标准，它设定SPI_I2SCFGR寄存器I2SSTD位和PCMSYNC位的值。一般设置为I2S Philips标准即可。

(3)I2S_DataFormat：数据格式选择，设定有效数据长度和帧长度，可选标准16bit格式、扩展16bit(32bit帧长度)格式、24bit格式和32bit格式，它设定SPI_I2SCFGR寄存器DATLEN位和CHLEN位的值。对应16bit数据长度可选16bit或32bit帧长度，其他都是32bit帧长度。

(4)I2S_MCLKOutput：主时钟输出使能控制，可选使能输出或禁止输出，它设定SPI_I2SPR寄存器MCKOE位的值。为提高系统性能一般使能主时钟输出。

(5)I2S_AudioFreq：采样频率设置，标准库提供采样采样频率选择，分别为8kHz、11kHz、16kHz、22kHz、32kHz、44kHz、48kHz、96kHz、192kHz以及默认2Hz，它设定SPI_I2SPR寄存器的值。

(6)I2S_CPOL：空闲状态的CK线电平，可选高电平或低电平，它设定SPI_I2SCFGR寄存器CKPOL位的值。

 

审核编辑：刘清