基于Ethernet物理层芯片数字音频实时传输系统设计

需要通过扩展或采用光纤转接方式实现， 在工程应用
上有许 多不便 。因此笔者 结合工程 实际应用 ， 采用基
于 以太 网物理 层 芯 片与 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ相 结 合 实现 多路 数 字
音频 的实 时传输 ， 结合 了 “ 它 星型 ” 网络 的优 势 ， 同时
拓展 了“ 菊花链 ” 网络 ， 中“ 其 菊花链 ” 单级级联 时延小
数据 的方法更 加简单 而无需从 Ｃ Ｓ Ｄ Ｒ — Ｖ从分离 出 Ｒ — ｘ
Ｄ Ｖ信 号 。笔 者 正 是 利用 Ｄ ８８８ Ｒ Ｉ模 式 优 点 Ｐ ３４ 的 Ｍ Ｉ
结合 Ｆ Ｇ 进行高速数据传输Ｈ 低成本的系统设计 。 ＰＡ
２２ Ｃ ｃ ｎ ＩＦ Ｇ ． ｙ ｌ ｅＩ Ｐ Ａ介绍 ｏ Ａ ｅ ￣Ｃ ｃ ｎ￣Ｉ 采 用 全 铜层 、 ｈ ｒ ｙｌ ｅ Ｉ ａ ｏ 低 值 （ 电介 低 常数 ， ＝ ．） １ Ｒ Ｍ工 艺设计 ， 片尺寸被尽 可 Ｋ ２９ 、 ．Ｖ Ｓ Ａ ２ 裸
的 问题 ； 远距 离传 输 时更令 各项 指标严 重 恶化 ， 耗 消
于 １ｒ。对于远距 离数据 传输 ，菊花链 ” ｓ ｔ “ 网络之 间可
以通过 以太 网光 纤连接 。
大量的传输线材Ⅲ 系统越大 ， ； 施工和使用越复杂， 可 靠性越差 。采用数字音频矩阵可以很好解决上述问
题 ， 获取高质量 的音质 需要较高 的采样率 和量化数 但
可 以采 用专用 的 复位芯 片 ， 笔者采 用 由 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ直接 提
富 ， 价 比高 。其 中 Ｒ Ｍ块 双端 口读 写操 作 ， 性 Ａ 这对多
时钟 系统的设计 非常方便 ， 实用性很 强 。
供复位信 号。图 ３ 是两片 以太 网芯片 Ｄ ８８８ 与 Ｐ ３４ Ｃ
ＦＧ Ｐ Ａ的连接图 。
主 。当矩 阵 规 模增 大 后 ， 拟 音频 矩 阵的信 噪 比下 模 降 、 真加大 ； 失 并突显 出施 工效率 低 ， 管理 和维护麻 烦
片 构造 的系统 价格 较高 ， 采用 “ 星型 ” 网络 连接方 式 ， 节 点 间的传 输 距离 限 制在 １０ｍ之 内 ， ０ 每超 过 １０ｍ ０
Ｃ０Ｋ ＬＣ
Ｒ Ｓ１ ＥＩ Ｔ
ＴＸ ＥＮ
频数 据 ～ 制
型” 网络 、星 型” “ 网络与 “ 花链 ” 菊 网络相结 合 的多种 网络 并存 的综合 网络 方式 。如 图 １ 示 ， 所 集控 中心及
与集 控 中心 直接 相连 的数 据传 输单 元组 成 “ 型” 树 网
络 ； 据传输 模块 Ｂ ，Ｂ 、 数 ａ 巩 数据传 输模块 Ｅ ａ Ｅ ａ ～ Ｂ 。 Ｂｊ 及 数据 传 输模块 Ｅ ｍ。Ｅ 各 自组 成 “ 花链 ” Ｂ Ｂ 菊 网络 ； Ｅ
太 网物理 层 芯片 Ｄ ８ ８ ８ Ｐ ３４ Ｃ为核 心 给 出 了硬件 与 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ软 件设 计思 路 ， 实现 了多通道 数 字音频 实 时性双 向数据
传输 。
【 关键词】多通道数字音频信号；数字音频矩阵；Ｆ Ｇ Ｐ Ａ；以太网物理层芯片；实时性传输；“ 菊花链” 链接
【 中图分类号】Ｔ ９ ９ Ｎ １． ８
块 Ｅ ａ， Ｂ 。 Ｂ ，Ｅ ｍ 等组 成 “ 星型 ” 网络 。 可 以根据 实 际 的 需要 选择合理 的 网络架 构 。
图３ 双 以太 网芯片 Ｄ ８８８ Ｐ３４Ｃ与Ｆ Ｇ 连接 图 ＰＡ
３３ Ｐ ． Ｆ ＧＡ软件设计
ＦＧ Ｐ Ａ连 接 两 片 以太 网物 理 层 芯 片 Ｄ ８８８ Ｐ３４Ｃ，
网络 与 多媒体 ， ： 、
＠ ⑥ 囿响 呦 凹０６ ６ 口 讽＠
基 于 Ｅ ｈ ｒ ｅ物 理层 芯 片 数 字音 频 ｔｅｎ ｔ
・
系统设 计 ・
实时传输系统设计
王 辉， 王齐祥
（ 广州迪 士普 音响科技 有限公 司 ， 东 广州 ５０５ ） 广 １４０
【 摘 要】介绍 了基 于以太 网物理层芯 片的数字音频实 时传输 系统设计 和实现 ； 以现场 可编程 门阵列 （Ｐ Ａ） Ｆ Ｇ 与以
大 的传输 带宽 ， 对数 据传 输提 出更 高 的要求 ， 助普 借
Ｄ ８８８ Ｐ ３４ 是美 国 国家半 导 体 的 １／０ ｂｓ 端 ０１０Ｍ ／单
通的 １０ Ａ Ｅ Ｔ ０Ｂ Ｓ — Ｘ以太 网传输大量非压缩 的数字音 频会造成网络阻塞 ， 无法保证音频的实时性。 目前 ，
国外 的 Ｃｂａ ｅ利用 成熟 的 快速 以太 网技术 来传 输 ｏｒＮ ｔ
（ ｕｎ ｚｏ Ｓ Ｐ ｕ ｉ Ｔ ｃ ｎｌ ｙ Ｃ ． ｔ． ｕｎ ｚｏ １４ ０ ｈ ａ Ｇ ａｇｈ ｕ Ｄ Ｐ Ａ Ａ ｄｏ ｅｈ ｏｏ ｏ，Ｌｄ，Ｇ ａｇｈ ｕ ５ ０ ５ ，Ｃ ｉ ） ｇ ｎ
【 ｂｔ ｃ ｅｉ ｎ ｍ ｌ ｅｔｉ ｆｄ ｉｌａｄ ｅ —ｉｅｔ ｎ ｉ ｉ ｙｔ ａｅ ｆＥｈｒ ｔｐｙｉ ｌ Ａ ｓ ａｔ ｓｎ ａｄｉｐ ｍ ｎ ｔｎｏ ｉｔ ｕｉ ｒ ｌｔ ｒ ｓ ｓｏ ｓ ｅ ｂｓ Ｏ ｔ ｎ ｈｓ ａ ｒ 】Ｄ ｇ ｅ ａｏ ｇａ ｏ ａ ｍ ａ ｍ ｓｎ ｓｍ ｄ ｅｅ ｃ
能小 地优化 。采 用 ３０ｍｍ晶圆 ， Ｓ ０ ｍ工 艺 ０ 以Ｔ ＭＣ９ ｎ
技 术 为基础 ，ｙｌｎ 器 件提供 了 ４６８６ １个 逻 Ｃｃ ｅＩ ｏ Ｉ ０～ ８ ６ ４ 辑 单 元 （Ｅ ， Ｌ ）并具 有一 整套 最佳 的功 能 ， 括嵌 入式 包 １ ｉ ｌ ｉ乘法 器 、 ８ｂ ｘ ８ ｔ ｔ ｂ 专用 外部 存储 器接 口电路 、 ｂ ４ｋ
ＴＤ ： 舌 Ｘ 【ｏ 】
Ｒ Ｖ ＸＤ 上行控
线
同 圈 Ｒ１ 制 僵 卜 ＣＴ 上 一 Ｘ： 频 Ｌ 数 Ｅ０ 行 Ｏ】 据 Ｓ 音 Ｄ Ｅ Ｃ ［ Ｋ
一
ＴＸ ＥＮ
Ｔ Ｄ１ｏ Ｘ ［ ：］
＼／
单元 （ 类似 以太 网交 换机 ） 与集控 中心及数 据传 输模
据 ， ８ Ｈｚ 样频 率 ，６ ｉ量化 为例 ， 一路 数字 以４ 采 ｋ １ ｂｔ 每 音频 数据 量 为 ７ ８ｋ ／， 于 几十 路数 字音 频需 要更 ６ ｂｓ对
２ 系统特 点及技术性 能描述
２１ 以太 网物 理 层 芯 片 Ｄ ８ ８ ８ 绍 嗍 ． Ｐ ３４ 介
ｔａ ｓ ｓ ｉｎ； ｄ ｉｙ ｃ ａ ｎ ｌ ｋ Biblioteka ｍｉｓｏ ｎ ａｓ ｈ ｉ ｉ ｎ
１ 引 言
扩声系统中， 音频矩阵的规模在不断扩大 ， 传统
的矩 阵规模 小 ， 音频 输入较 多 的也 只有 十几路 ， 频 音
输 出也只有几 十路 到上 百路 ， 以模 拟音频 信号交换 为
嵌 人 式存 储器 块 、 相环 （ Ｌ ） 锁 Ｐ Ｌ 和高速 差分 Ｉ ／ Ｏ能力 。
笔 者 采 用 Ｃ ｃ ｎ 系 列 中 的 Ｅ ２ ８ Ｃ １４ 它 有 ８ ｙｌ ｅＩ ｏ Ｉ Ｐ Ｃ Ｔ 一４ ，
当简单 ， 数据输入有数据发送使能Ｔ ＿ Ｎ和两位发 ＸＥ
送 数 据线 Ｔ Ｄ １ Ｏ， 据输 出有 接 收数 据 有 效 信 号 Ｘ ［ ：１数
ｔ ｎｍ ｓｉ ｆｍｕｔ ｃａ ｎｌｄｇｔ ｕ ｉ ｓｒａ ｚｄ ｒ ｓ ｉ ｏ ｏ ｌ－ ｈｎ ｅ ｉ ａ ａ ｄｏｉ ｅｌｅ ． ａ ｓｎ ｉ ｉｌ ｉ
【 ｙｗ ｒｓ Ｋｅ ｏ ｄ 】ｍｕｔ ｃａｎ ｌｄｇ ａ ａｄｏ ｓ ｎ ；ｄｇｔ ｕ ｉ ｍ ｔｘ Ｐ Ａ；Ｅｈｍｅ ｐ ｙｉ ｈｐ ；ｒａ ｔ ｅ ｌ—ｈ ｎ ｅ ｉ ｔ ｕ ｉ ｉ ａ ｉ ａ ａｄｏ ａｒ ；Ｆ Ｇ ｉ ｉｌ ｇｌ ｉｌ ｉ ｔｅ ｔ ｈ ｓ ａ ｃｉｓ ｅｌ ｉ — ｃ ｌ ｍ
位数据和 ８ 位控制 ） Ｍ Ｉ 。Ｒ Ｉ 规范将数据接 口从４ 位数
据减 少为 ２ 位数 据 ， 此外 将控 制减 少到 ３ 控制 信号 个
（ 中之 一是 可选 项 ， 一个 是 时钟信 号 ） 因此 所有 其 另 ， 的连接 被减 少 到 ７ 引 脚 （ 个 如果 Ｍ Ｃ需要 Ｒ — Ｒ， Ａ Ｅ Ｅ 则
Ｄ ８ ８ ８ 部 工 作 在 １０ Ａ Ｅ Ｔ Ｐ ３ ４ Ｃ全 ０ Ｂ Ｓ — Ｘ全 双 工 模 式 ， 其
中一 片 连接 上一 级数 据传 输 模块 的下 行 （ Ｏ Ｄ ＷＮ） 接 口 ， 一 片 连 接 下一 级 传 输 模 块 的 上行 （ Ｐ 接 口。 另 Ｕ ）
数 据 传 输 模 块 的数 据 流 分 为 两 类 ， 类 是 下 行 数 一
ＲＸ
＿
Ｄ Ｖ和两 位 接 收数 据线 Ｒ Ｄ Ｉ０ ， 有 外部 有 源 Ｘ ［：１还
５ ｚ ０ＭＨ 时钟 及 复位 信号 ， 时钟 由 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ直接 提供 ， 这
２ ６ Ｌ ｓ 元 ，６ Ｍ４ Ａ ５个 Ｅ单 ３个 ＫＲ Ｍ块 ， 个 Ｐ Ｌ ， ２ Ｌ ｓ 资源丰
样可 以方便 时钟 同步 ， 复位信号 可 以采用 Ｒ 复位 ， Ｃ 也
Ｒ Ｖ ＸＤ 下 行 控 ／、 ， 下 行 音 控
３ 系统设计
３１ 系 统 架 构 设 计 ．
结 合大 型 扩声 系统 实 际应用 结 点多 ， 布广 ， 分 既
同
有集 中布局 又有 分散 布局 等特 点 ， 系统 设计 采用 “ 树
谴 Ｊ 卜 ｔ ￣ ０ ３
圈
ＲＤ ： Ｘ ［０ 制 １】 数据
采用“ 菊花链” 链接的传输模块有两个链接接 口，
一
据 ， 一类 是上行 数据 ， 另 均包 括数 字音频 数据 及控制 数据 。
个 ｕ 接 口， Ｐ 一个Ｄ ＷＮ Ｏ 接口。 传输模块之间的连接
采 用五类 线双 绞线 ， Ｐ 口连接 Ｄ ＷＮ接 口， Ｕ 接 Ｏ 传输 模
块 之 间互联 ， 图 ２ 如 所示 。每个 传输模 块通 过控 制及 数 字音 频总线 与其他具 体功能模 块交换 数据 ， 总线上