基于SPI接口的NAND Flash与DIN音频系统的整合开发实践

构建高性能音频存储系统的开发路径

随着数字音频技术的发展，越来越多的嵌入式设备需要将高质量音频信号持久化存储。本篇文章探讨如何通过SPI接口将DIN音频输入与NAND Flash高效集成，打造一个稳定、可扩展的音频采集与存储平台。

1. 硬件选型与接口匹配

• 音频前端：选用带差分输入的高精度ADC芯片（如TI PCM1860），支持±2.5V动态范围，适配DIN接口标准。
• 主控芯片：推荐使用STM32F4系列或ESP32等支持SPI和多通道音频处理的MCU。
• NAND Flash器件：选择KIOXIA/WD 16GB TLC NAND Flash，支持SPI Mode 3通信。

2. SPI通信协议优化策略

为避免因频繁读写导致的系统延迟，需对SPI接口进行以下优化：

• 启用DMA传输模式，减轻CPU负担。
• 设置合理的缓冲区大小（如4KB），实现块级数据写入。
• 采用分页写入机制，降低磨损均衡压力。

3. 软件层面的数据管理方案

在软件层面，建议构建如下模块：

• 音频采集任务（Task-Audio）：以固定采样率（如48kHz）持续读取DIN信号并暂存至RAM。
• 存储调度任务（Task-Storage）：通过事件触发方式，将音频数据块写入NAND Flash。
• 文件系统支持：使用轻量级文件系统（如LittleFS或SPIFFS）管理存储空间，支持断电续写。

4. 故障容错与维护机制

为提高系统可用性，应部署以下机制：

• 定期执行NAND Flash健康状态检测（通过ONFI命令）。
• 启用坏块管理算法，自动跳过失效扇区。
• 添加日志记录功能，便于故障排查。

5. 实际应用场景举例

该架构已成功应用于：

• 便携式音乐录音笔
• 工业现场声音监测系统
• 智能会议记录设备