Systementwurf und Entwicklung eines DSP basierten Audiokonverters

Diplomarbeit von Mathias Jost

Einleitung:

Die Diplomarbeit Systementwurf und Entwicklung eines DSP basierten Audiokonverters wurde im Flensburg ansässigen Unternehmen 2wcom GmbH erstellt. Das Unternehmen hat sich auf die Entwicklung von Produkten, welche die RDS-Datenübertragung nutzen, spezialisiert. Dazu zählen unter anderem RDS-Encoder und Decoder sowie Ballreceiver und der Early-Warning-Receiver.

In der Entwicklungsphase dieser Produkte sind umfangreiche Messungen erforderlich, wobei die eingesetzten Messgeräte nur beschränkt nutzbar sind, da sie entweder ein analoges Audiosignal bis zu 20kHz oder ein digitales mit einer festen Samplingrate ausgeben.

Im Unternehmen wurde nach einer Lösung gesucht, mit welcher eine Vereinfachung der Messungen erreicht werden sollte.

Die Aufgabe der Diplomarbeit bestand darin, ein Gerät zu entwickeln, das analoge und digitale Audiosignale verarbeitet und Frequenzen über 20kHz sowie Samplingraten bis 192kHz umsetzt. Zur Integration in automatisierte Messungen, muss das Gerät über eine Software steuerbar sein und Schnittstellen zum Anschluss mehrere Messgeräte bereitstellen. Um das Messverfahren nicht zu beeinflussen, darf die Signalqualität nicht verfälscht werden.

In den folgenden Kapiteln wird die Funktionsweise des Audiokonverters anhand der eingesetzten Bauteile beschrieben. Die Audiosignale werden in einem Microprocessor verarbeitet, dessen Firmware ebenfalls vorgestellt wird. Zur Sicherstellung der Signalqualität wurde der Audiokonverter einer Prüfung unterzogen. Diese Ergebnisse werden am Ende dieser Diplomarbeit präsentiert.

Die Entwicklung des Audiokonverters geschah in Absprache mit der Firma 2wcom GmbH.

Inhaltsverzeichnis:

Textprobe:

Kapitel 5.5.4, EDMA: Der Enhanced Direct Memory Access (EDMA) unterscheidet sich gegenüber dem normalen DMA darin, dass ihm 16 programmierbare Multiplexkanäle und die Möglichkeit, zwischen den Parametern zu wechseln, zur Verfügung steht.

Wie in Abbildung 12 auf der Seite 22 zu sehen ist, wird der EDMA in den Transfer- und den Channel-Controller unterteilt. Der Datentransfer zwischen dem Level2 Cache und den Peripherien des DSP wird von dem Transferkontroller verwaltet.

Der Kanalkontroller besitzt 16 Kanäle, von denen 12 unterschiedliche Ereignisse zugewiesen bekommen können. Die anderen vier Kanäle sind für den EDMA reserviert. Der Audiokonverter verwendet zwei Kanäle für die Ereignisse Empfangen und Senden.

Jedem Kanal werden individuelle Parameter zugewiesen, wodurch jedes Ereignis unterschiedlich viele Elemente empfangen bzw. senden kann.

Die Parameter werden nicht wie in den anderen Funktionsblöcken in Registern gespeichert, sondern im RAM abgelegt. Dies erhöht die Flexibilität und Unabhängigkeit untereinander.

In der Parametertabelle wird unter anderem die Priorität des Ereignisses, die Quelle und das Ziel der Daten ausgewählt. Ein Ereignis kann beliebig wiederholt oder den Aufruf eines weiteren Ereignisses veranlassen. Mit Hilfe der Zähler (CNT) und Indizes (IDX) wird jeder Slot eines TDM-Frames ausgelesen oder mit Daten gefüllt. Die Abbildung 20 der Seite 30 basiert auf den dargestellten Parametern und verdeutlicht den Vorgang.

Im folgenden Beispiel wird die Funktionsweise des EDMA geschildert. Es werden analoge Audiosignale vom DSP empfangen und sollen nach dessen Verstärkung auf dem analogen und digitalen Ausgang versendet werden.

In der Interruptserviceroutine (ISR) werden die Audiodaten über den Datenbus an den McASP übergeben. Dazu werden zunächst die Elemente der beiden linken Kanäle und anschließend die der rechten Kanäle übergeben. Der Elementcounter gibt dabei an, wie viel Elemente und der Framecounter, wie viele Frames pro Interrupt gesendet werden. Der McASP rotiert und shiftet die Daten und schreibt sie anschließend in den Puffer der Serializer.

Mit dieser Methode wird sichergestellt, dass die analogen und digitalen Daten für den linken und rechten Kanal synchron und im richtigen Format gesendet werden. Diese Vorgehensweise wird ebenfalls beim Empfang von Daten angewendet.

Diese Schritte werden innerhalb eines Synchronisationstaktes (LRCLK) durchgeführt, der die Bearbeitungszeit in der ISR festlegt.

Kapitel 5.8, EMV: Alle elektrischen Geräte, die mit Taktgeneratoren arbeiten, erzeugen elektromagnetische Störungen. Diese können die Funktionsweise anderer Geräte beeinflussen. Daher wurden einige Richtlinien zur Einhaltung der Elektro Magnetischen Verträglichkeit (EMV) veröffentlicht. In der Eurpäischen EMV-Richtlinie wird im Artikel 1 die EMV wie folgt definiert:

Die Fähigkeit eines Apparates, einer Anlage oder eines Systems, in der elektromagnetischen Umwelt zufriedenstellend zu arbeiten, ohne dabei selbst elektromagnetische Störungen zu verursachen, die für alle in dieser Umwelt vorhandenen Apparate, Anlagen oder Systeme unannehmbar wären.

Es wird zwischen leitungsgebundenen und nicht leitungsgebundenen Störungen unterschieden. Erstere können auftreten, wenn zum Beispiel das Netzteil nicht entstört ist und die Störungen auf das Audiosignal übertragen werden. Nicht leitungsgebundene Störungen werden in Form von elektromagnetischer Strahlung übertragen. Um die elektromagnetischen Interferenzen durch den Audiokonverter zu minimieren, wurden auf der Platine entsprechende EMV-Designregeln umgesetzt. Im Weiteren werden einige Maßnahmen erläutert.