USB音频设备类的自遁应软件锁相环设计

摘要 USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)是近年来得到大力发展和应用的计算机接口技术，它简化了计算机外部接口连接过程，便于计算机扩展各种外部设备。USB在协议制定时，为了方便不同方向的设计者进行开发，定义了不同的USB设备类(USB Device Class)。本文针对使用USB_Audio_Class进行语音设备设计时需要解决的音频信号同步问题进行了介绍，并给出了相应的解决方法和部分源代码。
关键词 USB总线 USB音频设备类 软件锁相环

引 言
USB总线协议经历了从USB1．1到USB2．0再到目前的USB OTG(USB On-The-Go)的发展过程，在USB不断发展完善的同时，越来越多的USB产品大量上市。现在的PC机通过USB Hub设备和多个USB控制器，能同时支持扩展的USB设备已经达到数百个。
在USB总线传输中，任何一次USB的数据传输都必须由主机来发起和控制，所有的USB外设都只能和主机建立连接，任何两个外设之间或者两个主机之间无法直接通信。目前，扮演主机角色的大多是个人电脑(PC)。
USB协议制定时，为了方便不同设备的开发商基于USB进行设计，定义了不同的设备类来支持不同类型的设备。现在市场上的USB产品，通过调查会发现它们主要应用了以下设备类：
USB_DEVICE_CLASS_HUMANINTERFACE 键盘、鼠标等
USB_DEVICE_CLASS_STORAG U盘、活动硬盘、数码相机等
USB_DEVICE_CLASS_PHYSICAL_INTERFACE力回馈游戏杆、方向盘等
USB_DEVICE_CLASS_POWER 风扇、LED台灯、手机充电等
USB_DEVICE_CLASS_PRINTER 打印机
从市场上看，虽然在USB标准中定义了USB_DE-VICE_CLASS_AUDIO，但是很少有此类设备问世。目前称为USB音箱的设备，大都使用 USB_DEVICE_CLASS_POWER，仅仅将USB接口作为电源使用。信号仍然需要3．5 mm立体声音频线连接使用，连接相对复杂。这样没有体现USB设备连接简单，操作方便的优势，且采用模拟信号传送会产生一定的信号失真，影响音质。
本文为了设计实现一个完全基于USB协议的USB_DEVICE_CLASS_AUDIO设备，采用一根USB连接线，在设备中不同的端点 (endpoint)实现音频信号的输入，输出包括相关按键控制，并重点讨论如何解决由于USB特殊的总线拓扑结构造成的信号同步问题。

1 USB_DEVICE_CLASS_AUDIO介绍
为简化USB设备的开发过程，USB提出了设备类的概念。其中的音频设备类(USB_DEVICE_CLASS_AU-DIO)是目前为止使用比较少的类型。
USB_DEVICE_CLASS_AUDIO是专门针对USB音频设备定义的一种专用类别，它不仅定义了音频输入／输出端点的标准，还提供了音量控制、混音器配置、左右声道平衡，甚至包括对支持杜比音效解码设备的支持，功能相当强大。不同的开发者可以根据不同的需求对主机列举自己的设备结构，主机则根据列举的不同设备结构提供相应的服务。
USB_DEVICE_CLASS_AUDIO设备采用USB传输模式中的Isochronous transfers模式，Isochronous trans-fers传输模式是专门针对流媒体特点的传输方法。它依照设备在链接初始化时列举的参数，保证提供稳定的带宽给采用该模式的设备或端点。由于对实时性的要求，它不提供相应的接收／应答和握手协议。这很好地适应了音频数据流量稳定、对差错相对不敏感的特点。

2 平台介绍与系统架构
开发平台采用ColdFire MCF52223作为控制MCU。该芯片提供32 KB SRAM，256 KB Flash，具备USB-OTG模块，80 MHz主频下达到76Dhrystone 2．1 MIPS，同时板载ML2308作为音频播放模块。详细资料可以参阅其官方网站http：／／www．hhcn． com/chinese/coldfire／HHCF52223-R1．htm。