I²S

I²S (рус. ай-сквэ́ард-эс/и-два-эс) — стандарт интерфейса электрической последовательной шины, использующийся для соединения цифровых аудиоустройств. Применяется для передачи ИКМ-аудиоданных между интегральными схемами в электронном устройстве. Шина I²S передает по разным линиям сигналы синхронизации и сигналы данных, что приводит к снижению фазового дрожания, типичного для систем связи, восстанавливающих сигналы синхронизации из целого потока. Название представляет собой аббревиатуру слов Integrated Inter-chip Sound.

Этот стандарт был введен в 1986 году и последний раз был пересмотрен в 1996 году.

Интерфейс I²S электрически представляет собой 4 проводника, которые идут от активного устройства к пассивному, а также 4 сигнала, им соответствующие:

1. Тактовый сигнал битовой синхронизации
2. Тактовый сигнал фреймовой синхронизации
3. Сигнал принимаемых данных
4. Сигнал передаваемых данных

Каналы для приема и передачи данных разделены, то есть есть канал для приема данных и канал для передачи данных. Контроллер принимает данные, передаваемые звуковым кодеком, но возможна и обратная ситуация.

Форматы

Существуют два формата передачи данных по звуковому интерфейсу — I²S и DSP (Digital Signal Processing, цифровая обработка сигналов), в которых идет двухсторонний обмен данными, регулируемый активным устройством (контроллером). В формате I²S фреймовая синхронизация задает смену канала. Низкий уровень кадровой синхронизации задает левый канал, высокий — правый. Тактовые сигналы не изменяются (не прерываются) в отличие от приборного интерфейса. Тактовый сигнал подается непрерывно, что упрощает алгоритм.

С приходом сигнала кадровой синхронизации с задержкой на один или два такта начинают передаваться или приниматься данные, причем идет передача начиная со старшего, более значащего разряда. Изменяя длительность кадровой синхронизации, можно изменять число передаваемых разрядов, отсчетов сигналов. Поэтому в общем случае будет число N передаваемых бит — число тактовых интервалов, которые будут использоваться для передачи данных. Но после того как данные требуемой длины переданы, наступает пауза до прихода следующего перехода сигнала кадровой синхронизации. По этому переходу передают или принимают данные по другому каналу. Смещение относительно перехода сигнала кадровой синхронизации до начала приема данных настраивается конфигурированием контроллера, который управляет передачей данных. Далее передаются разряды, которые равны по числу разрядов левого канала и правого канала, это повторяется, то есть попеременно передаются отсчеты левого и правого сигнала.

Согласно заявленной спецификации, стандарт I²S обладает следующими параметрами

• Программно конфигурируемое разрешение 16/32 бит;
• Стабильность тактирования: не менее 0,5 %
• Возможность работать в режимах ведущего и ведомого;
• Поддержка частот семплирования от 8 до 192 кГц;
• Два независимых приемопередатчика.

Формат DSP ведет себя иначе — он требует синхронизацию в виде импульса с большой скважностью, каналы передает как удвоенное число разрядов, чтобы упростить прием и передачу. И в этом случае имеется последовательная передача разряда от левого канала, а потом без пропусков разрядов правого канала. Далее следующий импульс приходит и цикл повторяется.

Организация контроллера

Контроллер имеет две части, а также блок внешних выводов. Они отвечают за данные, передаваемые и принимаемые по одному проводнику, а также за сигналы тактовой и кадровой синхронизации. Контроллер передает их, управляя процессом обмена. Чтобы устройство работало корректно, нельзя менять вход с выходом, ибо обратное может привести к цифровой петле.

Первая часть — сам контроллер со входами. Для работы ему нужен генератор тактовой частоты, который выдает события канала прямого доступа. Прием-передача звука может осуществляться не микропроцессором, а каналом прямого доступа, специальным процессором для ввода-вывода данных. Этот канал прямого доступа нуждается в событиях начала считывания данных регистров приема или передачи данных в регистры передаточные.

Вторая часть — регистры интерфейса, предусмотрены следующие их типы:

1. Регистры флагов прерывания;
2. Регистр разрешения прерываний от того или иного источника (по числу флагов прерывания или по числу разрядов регистра разрешения прерываний)
3. Регистр управления, в котором задаются режимы работы контроллера;
4. Регистр генератора частоты выборки, в котором можно задавать тактовый сигнал и его частоту для битовой синхронизации — если данные принимаются, то регистр записывает эти данные и те могут быть подсчитаны программно;
5. Два регистра приема данных;
6. Регистры передачи данных по каналам, в которых могут быть два 32-х битовых регистра, передаваемых последовательно.

Сигналы прерывания говорят о том, какие события возникли внутри контроллера и нуждаются в обработке. Существуют две группы прерываний: первая есть прерывания, связанные с приемом и передачей данных и событий, вторая — связанные с обработкой и генерацией тактовых сигналов. Она вырабатывает сигналы для канала прямого доступа и контроллера прерываний.

Если устройство пассивное (играет роль ведомого), то сигналы поступают извне в синхронизатор. В одном случае он принимает и усиливает, переформировывает тактовые сигналы, делая из плавных по контуру в четкие и резкие. В другом случае он выдает сигнал синхронизации во внешнее устройство. Сигналы блока, отвечающего за разрешение или запрещение работы, формируются по состоянию бита в регистре управления.

Обработчик прерываний сперва производит чтение регистра флагов прерываний для их последующего сброса. Далее читает или записывает данных в регистры данных I²S, если не используется канал прямого доступа. После этого происходит возврат из прерывания.

Конфигурационные опции задают для синхронизатора полярность битовой и кадровой синхронизации. Эти данные помогают синхронизатору выбрать режим работы звукового интерфейса.

Прием данных

Последовательный приемник четко фиксирует уровни сигналов, которые тактируются синхронизатором. Далее эти данные побитно поступают по линии принимаемых данных в регистр сдвига, который синхронизирует данные от синхронизатора. После того, как регистр сдвига запомнится, он переписывается в буфер регистра приема. Размер разрядности регистра сдвига задается длинной слова. После того, как буфер регистра регистрирует принятые данные, может произойти расширение знака. Так как заведомо используется формат с фиксированной запятой, надо расширить знак до 32-х разрядов, получив 12 разрядов данных. Старший разряд полученных данных распространяется во все старшие разряды регистра, чтобы было правильное число, представленное в дробном формате.

Передача данных

Данные из регистра считываются в схему сужения знака, которая отбрасывает лишние разряды, сужает знак, выделяет передаваемые данные и записывает их в буфер передачи. Она сужает знак с разных частей и число записывается в соответствующие разряды передатчика. Как только регистр сдвига освободится, одновременно записываются биты сдвига и начинают выдвигать по одному разряду, начиная со старшего, передавая данные в передатчик, которые передает данные в выходную цепь.

Тактовое питание

Существует схема, которая отвечает за подачу тактового питания на устройство. Для этого в ней предусмотрен читальный регистр, то есть регистр конфигурации затворов тактового питания. Если подать ноль, то его значение станет единицей и сигнал пойдет. Если будет единица, то произойдет затвор, другими словами тактовое питание при единице на устройство подаваться не будет. Имеются две формулы — тактовая и кадровая синхронизация. В каждой из них берется частота, которая поступает в первый тактовый сигнал и делится на то число раз, которое задано в регистре делителя тактовой частоты или в регистре делителя кадровой частоты.

Завершение ввода-вывода

Для завершения процесса ввода-вывода необходимо последовательно запретить прерывание, очистить флаги, остановить канал прямого доступа и снять тактовое питание.

См. также

• I²C
• SPI
• S/PDIF

Ссылки

• [sparkfun.com/datasheets/BreakoutBoards/I2SBUS.pdf Спецификация I²S]
• [www.edn.com/design/consumer/4390981/Common-inter-IC-digital-interfaces-for-audio-data-transfer- Цифровые интерфейсы для передачи аудиоданных]

Отрывок, характеризующий I²S

– Маменька!.. голубчик!.. Я тут, друг мой. Маменька, – шептала она ей, не замолкая ни на секунду.
Она не выпускала матери, нежно боролась с ней, требовала подушки, воды, расстегивала и разрывала платье на матери.
– Друг мой, голубушка… маменька, душенька, – не переставая шептала она, целуя ее голову, руки, лицо и чувствуя, как неудержимо, ручьями, щекоча ей нос и щеки, текли ее слезы.
Графиня сжала руку дочери, закрыла глаза и затихла на мгновение. Вдруг она с непривычной быстротой поднялась, бессмысленно оглянулась и, увидав Наташу, стала из всех сил сжимать ее голову. Потом она повернула к себе ее морщившееся от боли лицо и долго вглядывалась в него.
– Наташа, ты меня любишь, – сказала она тихим, доверчивым шепотом. – Наташа, ты не обманешь меня? Ты мне скажешь всю правду?
Наташа смотрела на нее налитыми слезами глазами, и в лице ее была только мольба о прощении и любви.
– Друг мой, маменька, – повторяла она, напрягая все силы своей любви на то, чтобы как нибудь снять с нее на себя излишек давившего ее горя.
И опять в бессильной борьбе с действительностью мать, отказываясь верить в то, что она могла жить, когда был убит цветущий жизнью ее любимый мальчик, спасалась от действительности в мире безумия.
Наташа не помнила, как прошел этот день, ночь, следующий день, следующая ночь. Она не спала и не отходила от матери. Любовь Наташи, упорная, терпеливая, не как объяснение, не как утешение, а как призыв к жизни, всякую секунду как будто со всех сторон обнимала графиню. На третью ночь графиня затихла на несколько минут, и Наташа закрыла глаза, облокотив голову на ручку кресла. Кровать скрипнула. Наташа открыла глаза. Графиня сидела на кровати и тихо говорила.
– Как я рада, что ты приехал. Ты устал, хочешь чаю? – Наташа подошла к ней. – Ты похорошел и возмужал, – продолжала графиня, взяв дочь за руку.
– Маменька, что вы говорите!..
– Наташа, его нет, нет больше! – И, обняв дочь, в первый раз графиня начала плакать.


Княжна Марья отложила свой отъезд. Соня, граф старались заменить Наташу, но не могли. Они видели, что она одна могла удерживать мать от безумного отчаяния. Три недели Наташа безвыходно жила при матери, спала на кресле в ее комнате, поила, кормила ее и не переставая говорила с ней, – говорила, потому что один нежный, ласкающий голос ее успокоивал графиню.
Душевная рана матери не могла залечиться. Смерть Пети оторвала половину ее жизни. Через месяц после известия о смерти Пети, заставшего ее свежей и бодрой пятидесятилетней женщиной, она вышла из своей комнаты полумертвой и не принимающею участия в жизни – старухой. Но та же рана, которая наполовину убила графиню, эта новая рана вызвала Наташу к жизни.
Душевная рана, происходящая от разрыва духовного тела, точно так же, как и рана физическая, как ни странно это кажется, после того как глубокая рана зажила и кажется сошедшейся своими краями, рана душевная, как и физическая, заживает только изнутри выпирающею силой жизни.
Так же зажила рана Наташи. Она думала, что жизнь ее кончена. Но вдруг любовь к матери показала ей, что сущность ее жизни – любовь – еще жива в ней. Проснулась любовь, и проснулась жизнь.
Последние дни князя Андрея связали Наташу с княжной Марьей. Новое несчастье еще более сблизило их. Княжна Марья отложила свой отъезд и последние три недели, как за больным ребенком, ухаживала за Наташей. Последние недели, проведенные Наташей в комнате матери, надорвали ее физические силы.
Однажды княжна Марья, в середине дня, заметив, что Наташа дрожит в лихорадочном ознобе, увела ее к себе и уложила на своей постели. Наташа легла, но когда княжна Марья, опустив сторы, хотела выйти, Наташа подозвала ее к себе.
– Мне не хочется спать. Мари, посиди со мной.
– Ты устала – постарайся заснуть.
– Нет, нет. Зачем ты увела меня? Она спросит.
– Ей гораздо лучше. Она нынче так хорошо говорила, – сказала княжна Марья.
Наташа лежала в постели и в полутьме комнаты рассматривала лицо княжны Марьи.
«Похожа она на него? – думала Наташа. – Да, похожа и не похожа. Но она особенная, чужая, совсем новая, неизвестная. И она любит меня. Что у ней на душе? Все доброе. Но как? Как она думает? Как она на меня смотрит? Да, она прекрасная».
– Маша, – сказала она, робко притянув к себе ее руку. – Маша, ты не думай, что я дурная. Нет? Маша, голубушка. Как я тебя люблю. Будем совсем, совсем друзьями.
И Наташа, обнимая, стала целовать руки и лицо княжны Марьи. Княжна Марья стыдилась и радовалась этому выражению чувств Наташи.
С этого дня между княжной Марьей и Наташей установилась та страстная и нежная дружба, которая бывает только между женщинами. Они беспрестанно целовались, говорили друг другу нежные слова и большую часть времени проводили вместе. Если одна выходила, то другаябыла беспокойна и спешила присоединиться к ней. Они вдвоем чувствовали большее согласие между собой, чем порознь, каждая сама с собою. Между ними установилось чувство сильнейшее, чем дружба: это было исключительное чувство возможности жизни только в присутствии друг друга.
Иногда они молчали целые часы; иногда, уже лежа в постелях, они начинали говорить и говорили до утра. Они говорили большей частию о дальнем прошедшем. Княжна Марья рассказывала про свое детство, про свою мать, про своего отца, про свои мечтания; и Наташа, прежде с спокойным непониманием отворачивавшаяся от этой жизни, преданности, покорности, от поэзии христианского самоотвержения, теперь, чувствуя себя связанной любовью с княжной Марьей, полюбила и прошедшее княжны Марьи и поняла непонятную ей прежде сторону жизни. Она не думала прилагать к своей жизни покорность и самоотвержение, потому что она привыкла искать других радостей, но она поняла и полюбила в другой эту прежде непонятную ей добродетель. Для княжны Марьи, слушавшей рассказы о детстве и первой молодости Наташи, тоже открывалась прежде непонятная сторона жизни, вера в жизнь, в наслаждения жизни.
Они всё точно так же никогда не говорили про него с тем, чтобы не нарушать словами, как им казалось, той высоты чувства, которая была в них, а это умолчание о нем делало то, что понемногу, не веря этому, они забывали его.
Наташа похудела, побледнела и физически так стала слаба, что все постоянно говорили о ее здоровье, и ей это приятно было. Но иногда на нее неожиданно находил не только страх смерти, но страх болезни, слабости, потери красоты, и невольно она иногда внимательно разглядывала свою голую руку, удивляясь на ее худобу, или заглядывалась по утрам в зеркало на свое вытянувшееся, жалкое, как ей казалось, лицо. Ей казалось, что это так должно быть, и вместе с тем становилось страшно и грустно.
Один раз она скоро взошла наверх и тяжело запыхалась. Тотчас же невольно она придумала себе дело внизу и оттуда вбежала опять наверх, пробуя силы и наблюдая за собой.
Другой раз она позвала Дуняшу, и голос ее задребезжал. Она еще раз кликнула ее, несмотря на то, что она слышала ее шаги, – кликнула тем грудным голосом, которым она певала, и прислушалась к нему.
Она не знала этого, не поверила бы, но под казавшимся ей непроницаемым слоем ила, застлавшим ее душу, уже пробивались тонкие, нежные молодые иглы травы, которые должны были укорениться и так застлать своими жизненными побегами задавившее ее горе, что его скоро будет не видно и не заметно. Рана заживала изнутри. В конце января княжна Марья уехала в Москву, и граф настоял на том, чтобы Наташа ехала с нею, с тем чтобы посоветоваться с докторами.


После столкновения при Вязьме, где Кутузов не мог удержать свои войска от желания опрокинуть, отрезать и т. д., дальнейшее движение бежавших французов и за ними бежавших русских, до Красного, происходило без сражений. Бегство было так быстро, что бежавшая за французами русская армия не могла поспевать за ними, что лошади в кавалерии и артиллерии становились и что сведения о движении французов были всегда неверны.
Люди русского войска были так измучены этим непрерывным движением по сорок верст в сутки, что не могли двигаться быстрее.
Чтобы понять степень истощения русской армии, надо только ясно понять значение того факта, что, потеряв ранеными и убитыми во все время движения от Тарутина не более пяти тысяч человек, не потеряв сотни людей пленными, армия русская, вышедшая из Тарутина в числе ста тысяч, пришла к Красному в числе пятидесяти тысяч.