说明：本文的fft算法部分采用软件实现的，没有体现出zedboard板中fpga的硬件处理优势；而且本文只能分别处理音频或者播放音频，无法同时处理。本文旨在说明软硬件协同设计的流程，并未对软件本身进行优化。

注意：本文中所有的源码、工程文件在“我的资源”中可以找到，如果没有请联系作者本人。转载请注明出处。

正文： 本文将分为以下步骤： 1. 使用Vivado 建一个工程，添加oled、audio_ctrl等IP，完成硬件设计。generate，最后导入到SDK中

2. 在SDK中新建工程，添加文件，编译。下载到ZedBoard上进行调试

3. 程序分析

4. 总结

1）新建目录audio_fre_sw，在其下新建vivado工程。选择zedboard开发板。

2）将ip_repo拷贝到audio_fre_sw/下。打开IP catalog目录，选择IP setting，添加/audio_fre_sw/ip_repo.

3）将system.tcl拷贝到audio_fre_sw/下。

4）打开vivado的TCL console，

   输入：cd (dir)/project/audio_fre_sw。

   输入：source system.tcl

   此时可以看到自动创建了一个system.bd。

5）generate output product

6) create HDL wrapper

7) 添加约束文件。oled.xdc和zed_audio_constraints.xdc

8）generate bitstream

9）open implementation design & block design

10) export for SDK

2. 在SDK中新建工程，添加文件，编译。下载到ZedBoard上进行调试

11) 在SDK中新建工程，audio_fre_sw，选择空模板

12）添加源文件，见/src/sdk

13) 检查自动编译的结果是否正确。如果报错，提示缺少sin、cos等，在project->property->build setting->linker library中添加参数m，以使用数学函数库

   添加完毕后，SDK会自动编译程序。出现“'Finished building: test_audio.elf.size'”说明成功。

14）使用音频线（音箱和电脑连接的那个线）连接pc的音频口和zedboard的LINE IN接口，将耳机的音频插头接入LINE OUT接口。使用miniUSB连接J14和J17接口用于串口通信和烧写程序。

15）打开SecureCRT并连接。选择Xilinx tools->Program FPGA，烧写程序，蓝灯DONE亮说明成功。

16）打开PC的音频播放器，随便播放一段音频。run->run as,选择GDB。

17）可通过开关选择可以进行控制。

SW0:0--播放原始音频；1--进行音频实时fft分析；

至此实例软硬件设计部分已经完成。

3. 程序分析

18）本例相对于audio的例子呢，主要是添加了oled模块和fft算法，算法还是先在cfree下验证过了的。中间的连接主要在fft_audio.h、fft_audio.c文件中，用于测试test、获取音频数据get_audio_fft、音频处理audio_process、oled显示oled_show、求最大频率show_max_fre等。简单的实现了频谱实时分析的功能。

感兴趣的的读者可以直接阅读程序源码。

19）几点说明。

关于fft。在网上找的几个算法，然后自己写测试函数进行测试，选择了其中一个和matlab计算结果相比比较吻合的函数。本打算通过HLS转为IP再进行硬件算法的，但是虽历经千辛万苦生成了IP，但是在vivado中使用时无法综合，8G内存跑满了还是死机，明显没有做好接口的数据处理工作。由于知识有限，暂时只好搁浅。对于本例来说，特别是test函数，选取128个点是理想的，低了就出问题了，而且默认是采样长度为1s，频率分辨率是1hz。

关于音频数据采集。没有设置采样频率，由系统决定，采集满FFT_SIZE个点之后就返回处理。因此最后显示的频率可能也是有问题的。但框架是没有问题的，改下参数就好了。由于时间原因暂时不深究采样的问题了。前面花了一点时间研究了下，但是没有仔细整理，以后有时间再整理好了。

关于处理和播放。本例的播放音频，仅仅是读取数据寄存器的数据然后直接送回。而在处理的时候也是读取寄存器的数据交由fft函数处理，因此两者无法同时进行，即显示频谱的时候就没办法播放音乐了，是单线程工作的。也考虑过多线程处理，但是实际操作的时候，在此编译环境下，无法使用pthread、fork等函数，不知道是编译器没有配置好参数还是window下根本不行，还是裸机开发没办法调用linux的api。也只好暂时搁置了。

4. 总结

本例对外设audio、oled进行操作，通过软件fft对音频进行实时处理并显示在oled中，是一个简单的音频分析仪。关于程序本身可以进行优化，设置采样频率等；可以采用硬件fft来做计算；可以优化为同步播放和处理音频；可以在获取音频的实时频率的基础上对其他外设，如LED灯进行控制，使其安装音频频率进行有规律的、不同效果的闪烁等等。这里提出了几个问题，有时间的话我会慢慢做，或者感兴趣的读者做出来和大家分享。