XMOS USB Audio Class 2.0 Referenzdesign
XMOS bietet Lösung für Multi-Channel USB Audiogeräte
Mit der Erweiterung auf 24 bit Auflösung, Abtastraten bis 192 kHz und der Möglichkeit, auch eine größere Anzahl von In/Out-Channels zu bedienen, bietet USB Audio Class 2.0 gegenüber Class 1 erhebliche technische Verbesserungen. Für diesen neuen Standard hat XMOS ein Software-Framework entwickelt, das auf seinen XS1-Lx ereignisgesteuerten Prozessoren läuft und damit einen perfekten Building-Block für alle Arten einschlägiger Audio-Devices bildet mit viel Platz für anwenderspezifische Erweiterungen.
USB Audio 2.0
Zur Demonstration und Entwicklung bietet XMOS nun ein USB Audio Class 2.0 Referenzdesign mit insgesamt 18 Kanälen an, geeignet für Computer-Audioschnittstellen sowie für DJ- und Live-Sound-Mischer, Musikinstrumente und digitale Effektgeräte. Nachdem USB Audio 2.0 zunehmend IEEE 1394 (Firewire) in Audio-Anwendungen ersetzt, und zwar gleichermaßen in Profi- als auch Consumergeräten, hat XMOS dieses größere Referenzdesign vorgestellt und damit das bestehende L1 USB Audio 2.0 System ergänzt. Die XMOS USB Audio 2.0 Lösungen helfen den Entwicklern von Audiogeräten, neue Produkte mit der aktuellsten digitalen Audiotechnologie und höchster Qualität sehr rasch auf den Markt zu bringen.
Der neue USB Audio-Standard wird vom Apple MAC Betriebssystemen ab V10.6.3 nativ unterstützt, in der Windows-Welt (XP, Vista und Windows 7) sind zusätzliche Treiber notwendig, derzeit stehen dafür 2 XMOS-Partnerlösungen zur Verfügung.
Implementierung mit dem XS1-L2 Prozessor
- XMOS-Bausteine sind gekennzeichnet durch harte Echtzeitfähigkeit und flexible I/O-Technologien
Bei vollständiger Implementierung in Software auf Basis des Dual-Core XS1-L2 XMOS Event-Driven Prozessors unterstützt das neue Referenzdesign High-Speed USB Audio 2.0 (480 Mbit/s) und bis zu 18 Audio Ein- und Ausgänge bei einer Auflösung von 24 bit und einer Abtastrate von 192 kHz. Schlüsselfaktoren des Designs bei der Realisierung von qualitativ hochwertigem Audio sind zum einen die Verwendung des Asynchron-Modus und zum anderen der Generierung eines sehr genauen lokalen Taktsignals mit geringem Jitter. Zudem erzielt das Referenzdesign eine industrieweit führende Roundtrip-Latenzzeit von lediglich 3 Millisekunden und bildet daher eine ideale Lösung für Live-Musik Aufzeichnungssysteme.
Der XS1-L2 kommuniziert mit dem USB-Host über einen ULPI USB-Transceiver bei einer Geschwindigkeit von 480 Mbit/s (High-Speed). Der Prozessor steuert das Streaming der Audiodaten über die USB-Verbindung sowie I2S-Schnittstelle zum Audio-Codec, steuert die digitalen Streams und die MIDI-Kommunikation.
Der durch die Software des Referenzdesigns definierte Ablauf ermöglicht einen schnelle Anpassung der Lösung an spezifische Anforderungen, z.B. um besondere Schnittstellenspezifikationen zu erfüllen, DSP-Algorithmen zur Audio-Verbesserung zu implementieren oder kundenspezifische Peripheriegeräte einzubinden. Um die Entwicklungszeit dafür zu verkürzen, ist eine einsatzbereite Bibliothek von Softwarekomponenten verfügbar, z.B. für I2S, S/PDIF und andere Protokolle.
Die programmierbaren Chips von XMOS vereinfachen und beschleunigen dabei die Entwicklung, da sie Eigenschaften von Prozessoren, DSPs, ASICs und FPGAs vereinen, aber mit einem bekannten Design-Flow in C, XC und C++ programmiert werden können.
Design-Eigenschaften
- Blockdiagramm des XMOS USB Audio Class 2 Multichannel Referenz designs XS1-L2
Das Bild links zeigt das Blockdiagramm des Boards. Die Hauptaufgabe des XS1-L2-Prozessors besteht im Routing von Audio-Datenströmen zwischen dem ULPI-Transceiver und und dem Audio-Codec, der MIDI-Schnittstelle und dem S/PDIF-Interface. Das XMOS-Device steuert zudem einen Oszillator als Quelle für eine PLL mit fraktionalem Teiler, um damit den Referenztakt für Audio zu generieren.
Die gesamte Box kann über dieses interne Signal recht präzise getaktet werden, lässt sich aber auch durch ein externes S/PDIF-Signal synchronisieren. Dies ist vor allem für professionelle Systeme von Bedeutung, bei denen die Notwendigkeit übergreifender Taktverrastung besteht.
Schlüsseleigenschaften
- XMOS Event-Driven, Multi-Threaded Prozessor mit Audio DSP-Qualitäten, flexible I/O-Schnittstellen sowie Echtzeit-Datenverarbeitung.
- USB 2.0 High-Speed Schnittstelle mit Unterstützung einer hohen Anzahl von Audiokanälen, 24 bit Auflösung bei einer Abtastrate von 192 kHz und extrem niedriger Latenzzeit (3 ms Roundtrip-Verzögerung).
- MIDI und S/PDIF-In/Out.
- Audio Class 2.0 konform für Plug & Play-Betrieb mit Audio Class 2 - Computern
- XMOS USB Audio 2.0 (XS1-L2) S/W Design Guide
- Apple Mac OSX 10.6.4 und höher verfügt über nativen USB Audio 2 Support. Für Windows XP, 7 und Vista ist eine Version des XS1-L2 mit entsprechenden Treibern verfügbar.
- Audio Class 1.0 konform und damit rückwärtskompatibel im Sinne einer nativen Mac OS X und Windows-Unterstützung.
- Asynchrone Takterzeugung für vollständige Steuerung des Audio Master-Clocks mit dem Ergebnis von minimiertem Jitter und höchster digitaler Audioqualität.
- Standard-konformer Device-Firmware-Update (DFU) Loader für Software-Updates im Feld.
- Weitere Features werden im Laufe des Jahres ohne zusätzliche Hardware verfügbar sein, z.B. Audio-Mischer sowie ADAT.
XMOS XS1-L Hardware Design Checklist
XMOS USB Audio 2.0 (XS1-L2) S/W Design Guide
USB Audio 2.0 Reference Design, XS1-L2 Edition Hardware Manual
Referenzdesigns im Vergleich
- Das Audio 2.0 Kit XS1-L1
- 500 MIPS, 8 Threads, XS1-L1 Prozessor
- 2-Kanal Analog-Eingang
- 2 Channel Analog-Ausgang
- Asynchroner Master-Clock für niedrigen Jitter
- S/PDIF (TOSLINK) Ausgang
- Flexible Abtastraten: 44.1kHz, 48kHz, 88.2kHz, 96kHz, 176.4kHz, 192kH
- Debug über JTAG (Adapter im Kit)
- Das neue Audio 2.0 Kit XS1-L2
- 1000 MIPS, 16 Threads, XS1-L2 Prozessor
- 6-Kanal Analog-Eingang
- 8-Kanal Analog-Ausgang
- Asynchroner Master-Clock für niedrigen Jitter
- S/PDIF-Ausgang und Eingang via RCA oder TOSLINK mit qualitativ hochwertigem lokalem Oszillator (PLL) zur Clock Recovery
- Flexible Abtastraten: 44.1kHz, 48kHz, 88.2kHz, 96kHz, 176.4kHz, 192kHz
- MIDI I/O
- Instrumenten- / Mikrophon-kompatibler Eingang
- House-Clock Eingang (zur Fremdsynchronisierung)
- I/O-Erweiterung
- Debug über JTAG (Adapter im Kit)
