紫光FPGA设计：基于DDR3的音频存储控制器探索

紫光FPGA设计基于DDR3的音频存储控制器。 本demo基于紫光同创PGL50H开发板设计基于DDR3实现对输入音频信号的暂存通过按键控制存储系统录音开始键、录音结束键、录音内容播放键。 功能简介按下录音开始键后按下之后输入的音频数据将会被储存进板载DDR3中按下录音结束键后录音结束之后的音频数据将不会被存入DDR3按下录音内容播放键后被录入的音频数据将会从DDR3中读出可用于后续降噪等音频算法处理或者直接通过DAC模块播放出来具体接口、功能描述如图所示。 可做国产FPGA学习、集创赛紫光同创杯备赛、DDR3 AXI协议、FFT快速傅里叶变换音频算法处理方面等使用。最近在研究紫光同创的FPGA相关项目今天就来跟大家分享一下基于DDR3的音频存储控制器设计这个demo是基于紫光同创PGL50H开发板完成的非常有意思。项目功能速览这个设计主要实现了对输入音频信号在DDR3中的暂存并且通过几个按键来灵活控制存储系统。有录音开始键、录音结束键以及录音内容播放键。紫光FPGA设计基于DDR3的音频存储控制器。 本demo基于紫光同创PGL50H开发板设计基于DDR3实现对输入音频信号的暂存通过按键控制存储系统录音开始键、录音结束键、录音内容播放键。 功能简介按下录音开始键后按下之后输入的音频数据将会被储存进板载DDR3中按下录音结束键后录音结束之后的音频数据将不会被存入DDR3按下录音内容播放键后被录入的音频数据将会从DDR3中读出可用于后续降噪等音频算法处理或者直接通过DAC模块播放出来具体接口、功能描述如图所示。 可做国产FPGA学习、集创赛紫光同创杯备赛、DDR3 AXI协议、FFT快速傅里叶变换音频算法处理方面等使用。当我们按下录音开始键从按下那一刻起输入的音频数据就会被乖乖地储存进板载DDR3 。按下录音结束键录音过程停止后续音频数据不会再存入DDR3。而当按下录音内容播放键时之前录入的音频数据会从DDR3中读出。这些读出的数据用途可不少既可以用于后续降噪等音频算法处理也能直接通过DAC模块播放出来是不是很实用代码与实现思路在实现过程中关于DDR3的控制我们以AXI协议为例毕竟这在DDR3控制中很常用。假设我们使用Verilog语言来编写代码。module ddr3_control ( input wire clk, input wire rst, input wire start_record, input wire stop_record, input wire play_record, input wire [15:0] audio_data_in, output reg [15:0] audio_data_out, // 其他DDR3相关接口信号 output wire [14:0] ddr3_addr, output wire [2:0] ddr3_ba, output wire ddr3_ras_n, output wire ddr3_cas_n, output wire ddr3_we_n, output wire [3:0] ddr3_dm, inout wire [31:0] ddr3_dq, inout wire [3:0] ddr3_dqs_n, inout wire [3:0] ddr3_dqs_p ); // 状态机定义 typedef enum reg [2:0] { IDLE 3b000, RECORDING 3b001, WAITING 3b010, PLAYING 3b011 } state_t; state_t current_state, next_state; // 录音数据存储地址相关 reg [31:0] record_addr; // 状态机转移逻辑 always (posedge clk or posedge rst) begin if (rst) current_state IDLE; else current_state next_state; end always (*) begin next_state current_state; case (current_state) IDLE: begin if (start_record) next_state RECORDING; end RECORDING: begin if (stop_record) next_state WAITING; end WAITING: begin if (play_record) next_state PLAYING; end PLAYING: begin // 这里可以添加播放结束相关逻辑 if (/* 播放结束条件 */) next_state WAITING; end endcase end // 数据存储逻辑 always (posedge clk or posedge rst) begin if (rst) record_addr 32b0; else if (current_state RECORDING) begin // 将音频数据存入DDR3 // 这里简化处理实际要按照AXI协议设置DDR3地址、控制信号等 ddr3_addr record_addr[14:0]; // 设置其他DDR3控制信号 ddr3_ba 3b000; ddr3_ras_n 1b0; ddr3_cas_n 1b1; ddr3_we_n 1b0; ddr3_dm 4b0000; ddr3_dq audio_data_in; record_addr record_addr 1; end end // 数据读出逻辑 always (posedge clk or posedge rst) begin if (rst) audio_data_out 16b0; else if (current_state PLAYING) begin // 从DDR3读出音频数据 // 这里简化处理实际要按照AXI协议读取DDR3数据 audio_data_out ddr3_dq; // 更新读出地址假设简单递增 record_addr record_addr 1; end end endmodule代码分析模块定义与端口模块ddr3control定义了各种输入输出端口。clk和rst分别是时钟和复位信号startrecord、stoprecord和playrecord是控制按键信号audiodatain是输入音频数据audiodataout是输出音频数据。同时还有DDR3相关的众多接口信号。状态机使用typedef定义了一个状态机包含IDLE空闲、RECORDING录音、WAITING等待和PLAYING播放状态。状态机的转移逻辑根据按键信号进行切换。数据存储逻辑在RECORDING状态下将输入的音频数据按照简化的方式存入DDR3 实际项目中要严格按照AXI协议设置DDR3的地址、控制信号等。这里简单地递增地址来模拟存储过程。数据读出逻辑在PLAYING状态下从DDR3中读出数据同样这里也是简化处理实际要遵循AXI协议读取DDR3数据并递增地址模拟播放过程。应用场景这个设计应用场景挺广泛的。对于想学习国产FPGA的朋友来说是个很不错的实践项目可以深入了解FPGA的硬件编程以及与外部存储设备的交互。对于参加集创赛紫光同创杯的选手这无疑是很好的备赛素材能帮助熟悉紫光同创FPGA开发流程和相关应用。而且在DDR3 AXI协议学习以及FFT快速傅里叶变换音频算法处理方面这个音频存储控制器作为前端数据获取与存储部分能为后续算法实现提供基础数据支持。希望今天分享的这个基于DDR3的音频存储控制器设计能给大家带来一些启发一起探索FPGA在音频处理领域更多的可能性