I2S 总线学习：1-有关概念

背景

I2S总线是一种常见的总线，也是需要掌握的。

概念

I2S(Inter—IC Sound)总线, 又称集成电路内置音频总线，是飞利浦公司为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，该总线专责于音频设备之间的数据传输，广泛应用于各种多媒体系统。它采用了沿独立的导线传输时钟与数据信号的设计，通过将数据和时钟信号分离，避免了因时差诱发的失真，为用户节省了购买抵抗音频抖动的专业设备的费用。

I2S的总线规范

I2S有4根线，包括：IISDI(串行数据输入)，IISDO(串行数据输出)，IISLRCK(左右通道选择)，和SCLK(串行位时钟)。

产生IISLRCK和IISCLK的设备是主设备。

I2S有3个主要信号：

1.串行时钟SCLK，也叫位时钟（BCLK），即对应数字音频的每一位数据，SCLK都有1个脉冲。SCLK的频率=2×采样频率×采样位数。

帧时钟LRCK，(也称WS)，用于切换左右声道的数据。LRCK为“1”表示正在传输的是右声道的数据，为“0”则表示正在传输的是左声道的数据。LRCK的频率等于采样频率。

3.串行数据SDATA，即用二进制补码表示的音频数据。（MSB ---> LSB：数据由高位到低位依次传输）

4、一般还有MCLK，主时钟，也叫系统时钟（Sys Clock），是采样频率的256倍或384倍。

有时为了使系统间能够更好地同步，还需要另外传输一个信号MCLK，称为主时钟。

I2S格式的信号无论有多少位有效数据，数据的最高位总是出现在LRCK变化（也就是一帧开始）后的第2个SCLK脉冲处。

这就使得接收端与发送端的有效位数可以不同(因为有固定格式，所以知道如何保留或扩充)。

如果接收端能处理的有效位数少于发送端，可以放弃数据帧中多余的低位数据；

如果接收端能处理的有效位数多于发送端，可以自行补足剩余的位。

这种同步机制使得数字音频设备的互连更加方便，而且不会造成数据错位。

I2S格式的信号无论有多少位有效数据，数据位的最高位（MSB）总是被最先传输，1次能够发送的数据决定于I2S格式的有效位数。

I2S特点

1、支持全双工/半双工

2、支持主/从模式

3、和PCM相比，I2S更适合立体声系统。当然，I2S的变体也支持多通道的时分复用，因此可以支持多声道。

I2S 各种标准

随着技术的发展，在统一的I2S硬件接口下，出现了多种不同的数据格式，可分为左对齐(MSB)标准、右对齐(LSB)标准、I2S Philips标准。STM32支持的I2S是一种3引脚的同步串行接口通讯协议。它支持四种音频标准，包括飞利浦I2S标准， MSB和LSB对齐标准，以及PCM标准。它在半双工通讯中，可以工作在主和从2种模式下。当它作为主设备时，通过接口向外部的从设备提供时钟信号。

1）I2S Philips标准

使用WS信号来指示当前正在发送的数据所属的通道，为0时表示左通道数据。该信号从当前通道数据的第一个位(MSB)之前的一个时钟开始有效。发送方在时钟信号(CK)的下降沿改变数据，接收方在上升沿读取数据。WS信号也在SCK的下降沿变化。参考图 383，为24bit数据封装在32bit帧传输波形。正如之前所说，WS线频率对于采样频率FS，一个WS线周期包括发送左声道和右声道数据，在图中实际需要64个CK周期来完成一次传输。

2）左对齐标准

在WS发生翻转同时开始传输数据，参考图 384，为24bit数据封装在32bit帧传输波形。该标准较少使用。注意此时WS为1时，传输的是左声道数据，这刚好与I2S Philips标准相反。

3）右对齐标准

与左对齐标准类似，参考图 385，为24bit数据封装在32bit帧传输波形。

4）PCM标准

PCM即脉冲编码调制，模拟语音信号经过采样量化以及一定数据排列就是PCM了。WS不再作为声道数据选择。它有两种模式，短帧模式和长帧模式，以WS信号高电平保持时间为判别依据，长帧模式保持13个CK周期，短帧模式只保持1个CK周期，可以通过相关寄存器位选择。如果有多通道数据是在一个WS周期内传输完成的，传完左声道数据就紧跟发送右声道数据。图 386为单声道数据16bit扩展到32bit数据帧发送波形。