音频基础知识-下｜盖世大学堂智能座舱系列知识讲解

一、音频系统框架

系统连接架构

智能座舱音频系统中，车机通过A2B总线与外部的DSP及MP5功放相连。车机将IIOS音频信号转换为A2B信号，再经2428芯片转为TDM信号，输入到DSP的输入输出接口。输入为8声道，输出为4声道。处理后的信号，其中8声道中的4声道给到一个AB类功放，另外4声道给到另一个AB类功放，最终驱动扬声器发声。

控制与存储功能

车机通过I2C总线实现对DSP、AB类功放以及EEPROM等器件的初始化控制。Flash memory用于固件升级，还可存储开机迎宾音频文件、AVAS音效文件等。此外，车机具备喇叭故障诊断功能，当喇叭出现短接到地、短接到电池、两条线短接或开路等异常情况时，通过CAN总线交互将异常信号反馈给车机。

二、智能座舱音频产品设计

音频焦点与交互矩阵

系统工程师会提供与音频焦点相关的框图。智能座舱交互矩阵规定了车辆信息音、X - Call、BT - Call响铃、BT通话、语音VR、导航播报、音乐、按键提示音等音频事件的优先级和冲突处理方式，如X - Call接通时通话音保持并抢占其他音频，BT通话时会中断语音交互、导航播报并暂停音乐播放等。

声道划分

音频声道划分涉及安卓域和QNX域。例如，AVAS通过TDM0的slot 0和1输出至DSP，再经TDM0输出到单独的扬声器；音乐和开机音因时间上的互斥关系，分别通过TDM0的不同slot传输；音乐与radio也互斥，最终经DSP内部处理，通过TDM1经A2B功放传输到喇叭。仪表音、雷达音、导航混音等通过TDM2经channel 4输出 ，X Call和MIC也有相应的传输路径。

三、音频系统硬件构成

音响系统基础组件

音响系统由主机、功率放大器、扬声器、重低音、线材等构成。主机作为音源，如CD、DVD、MD、MP3等，安装在汽车大梁。功率放大器分为内置功放和外置功放(独立功放，通过总线连接在车机外部)，用于放大音频信号驱动喇叭。扬声器负责音频还原，包括高音、中音、低音喇叭；重低音用于补偿低频部分；线材质量影响音质，分为电源线、喇叭线和信号线，材质多样。

硬件架构与功能模块

不同产品的音频设计存在差异。常见的音频硬件架构包含SOC、外部DSP、MCU和外置功放。DSP具备数据处理和收音机功能，T - BOX可将音频信号传输给DSP，SOC直接连接麦克风。REF信号用于回声消除，在蓝牙通话或语音交互时，避免喇叭声音被麦克风录入产生回声。TDM用于播放，I2C用于控制，Reset可对DSP进行复位操作。此外，蓝牙模块用于通话和音乐传输，USB可播放音乐，car play可传输iphone音频视频。不同音频场景，如TTS、系统提示音、多媒体等，经DSP处理后从不同TDM通道输出。

四、音频软件系统概述

音频数据传输通路

音频单板硬件系统中，声卡通过I2S接口与CPU进行音频数据传输，通过I2C接口进行控制通讯。播放数据时，上层创建buffer，数据从用户空间到内核空间，再到DMA buffer，DMA在获得CPU授权后将数据搬运到音频控制器接口，最终传输到声卡驱动扬声器发声；录音时，麦克风采集数据经I2S传输到音频控制器，再由DMA搬运到内存供上层应用使用。

Android音频架构演进

Android音频架构旨在降低上层与硬件的耦合。早期简单框架中，Audio Driver作为上层与硬件的“隔离板”，但不利于上层应用使用音频功能。演进后的架构增加了硬件适配层和统一资源管理器。核心音频架构分为应用层、framework层、库层、HAL层和Tinyalsa层。

Android音频系统框架详解

应用层包含各种音频相关APP，如Music、Game、Call、Recorder等，使用media player、audio track等进行音频操作。framework层分为音频应用框架层和音频本地框架层，提供多种API类，如AudioTrack负责回放数据输出，AudioRecord负责录音数据采集，AudioSystem负责音频事务综合管理，AudioPolicyService制定音频策略，AudioFlinger执行音频策略并管理音频流数据。库层包含多个.so库，实现具体音频功能。HAL层作为音频硬件抽象层，负责与音频硬件设备交互，由AudioFlinger调用，使上层无需直接与底层驱动交互。Tinyalsa层在Linux 3.x及Android 4.0往后替代复杂的ALSA，降低编译和使用难度，提供如tiny cap、tiny play等常见命令。

ASoC音频驱动

ASoC音频驱动由Machine、Platform和Codec三大部分组成。Machine驱动负责Platform和Codec之间的耦合及设备特定代码；Platform驱动管理音频数据，通过CPU的数字音频接口将数据传输给Codec，数据传输常使用DMA方式；Codec驱动描述音频编解码芯片，负责注册声卡相关控件和读写硬件寄存器。ASoC通过Dai Link连接各部分，其注册流程包括注册pcm dma、cpu dai、codec和codec dai，最终注册声卡 。此外，还涉及DMA buffer创建及CMA内存管理技术，DMA buffer在打开音频设备节点、设置PCM参数时创建或关联，CMA可提前申请内存空间，用于多媒体内存分配，提高内存使用效率。