碼上歡樂
相關內容    簡體    繁體

USB Audio設計與實現

本文轉載自   查看原文   2018-03-28 13:29   1533    stm32/ C語言/ 物聯網開發/ 物聯網/ 嵌入式開發/ 嵌入式/ 單片機

1 前言

本文將基於STM32F4 Discovery板,從零開始設計並實現一個USB Audio的例子。

2 設計構思

所謂的USB AUDIO就是制作一個盒子，這個盒子可以通過USB連接到PC，PC端將其識別為Audio設備，然后在PC端播放音樂的時候，聲音可以通過盒子播放出來。

2.1 從原理框圖開始

圖1

如上圖所示,我們大概構思一下，為了實現USB AUDIO功能，我們使用一個MCU的USB外設連接PC端，整個流程是這樣: PC端播放音樂時，代表音樂的數據流從PC端通過USB傳輸到MCU端，MCU端然后將其轉發給一個外部Codec，最后通過Codec上連接的揚聲器或耳機播放音樂。

2.2 硬件支撐

這里選擇ST官方的STM32F4-DISCOVERY板來實現，之所以選擇這塊板子，就是因為其上有USB接口和Codec，正好符合我們設計的要求。

2.2.1 USB接口

 

如下圖為USB接口部分的電路：

圖2

這個一個將USB作為OTG的電路設計，在本設計中，我們只是將USB作為device來使用，因此，上圖我們關注下面部分就可以了。在本設計中，我們使用到全速USB，從上圖可以看出D+與D-引腳分別為PA12，PA11。

 

2.2.2 Codec部分

 

 

如下圖所示:

圖3

 

如上圖所示，這里的Codec為具體型號為CS43L22，MCU通過I2C接口(PB9,PB6)連接Codec，作為其控制接口，使用I2S(PC7,PC10,PC12,PA4)作為數據通道，此外，MCU使用PD4這個IO管腳控制Codec的reset。CS43L22的14,15腳連接到外面的耳機插孔，也就是說，我們可以通過插入耳機線的方式來收聽PC端播放的聲音。

2.3 軟件設計

為了簡化開發流程，這里使用CubeMx自動生成代碼工具來生成初始化代碼，首先基於Cube庫架構以及USB協議棧的特點，我們得先設計一個合理的軟件框架。

圖4

 

如上圖，藍色表示的模塊為標准模塊，不需要我們去修改它，將由CubeMx自動生成，而綠色部分則可能涉及到需要修改，其中BSP部分是需要自己添加的代碼，其他的都是由CubeMx生成。

 

各個模塊的工作流程如下設計:

 

  •  初始化流程: 由main開始，它首先對將使用到的外設I2C，I2S初始化，這最終將調到HAL MSP底層部分實現對具體IO管腳和外設的初始化。同時main使用usb description的數據通過調用USB棧初始化接口來完成對USB接口的初始化，這一步還涉及到USB的枚舉過程。
  • USB數據傳輸過程：PC端軟件在播放音樂后，通過USB通道向MCU傳輸音頻數據，音頻數據到達MCU時，首先觸發USB中斷，然后進入到HAL driver層，在回調到 usb conf模塊，接着進入到usb core，usb core再轉給usb audio class，最后音頻數據到達usb audio interface模塊，到達這里，就只剩下對音頻數據進行處理了。Usb audio interface模塊是一個數據接收到數據處理的一個中間對接模塊。
  • USB音頻數據處理過程: usb audio interface 模塊將從USB stack底層傳上來的音頻數據轉發給Codec組件，最終通過Codec組件連接的耳機播放出來。

 

從以上的音頻數據流程來看，最主要的就是usbaudio interface模塊，它實現了從USB audio stack到codec驅動的對接。

接下來，我們來看看軟件層面上的實現。

 

3 軟件實現

 

 

還是老辦法，采用CubeMx這個工具來生成初始化代碼，這樣可以節省我們花費在基本外設上的調試初始參數時間。

3.1 創建CubeMx工程

由於我們使用到的硬件平台是STM32F4Discovery板，上面搭載的MCU型號是STM32F407VGT6，我們就以此型號創建一個名為Audio_Test的工程。

pinout:

外設有用到USB_OTG_FS(PA11,PA12device模式)，I2C1(PB6,PB9)，I2S3(PC12,PA4,PC10,PC7，半雙工主模式),此外Codec的reset使用PD4管腳控制，使用外部8M HSE。其pinout如下圖所示：

圖5

 

Clock configuration:

 

 

圖6

 

時鍾樹如上設置，主頻使用168M，I2S時鍾輸出初始化為96M。

Configuration:

 

  • HAL層：

Usb_FS：使用默認參數。

I2C：100K速率，7位地址寬度，使用默認參數。

I2S：主發模式，標准16位寬，默認音頻為48K，如下圖：

 

圖7

 

並為I2S發送添加DMA，半字位寬：

圖8

 

 

  • MiddleWares:

 

USB選擇Audiodevice class,其配置參數如下：

圖9

 

這里都是默認參數。

圖10

 

在描述符參數內得為usb audio class修改兩個參數：

 

  • PID得修改為0x5730(否則windows驅動會加載出錯)
  •  序列號：序列號字符串內不能包含字母，只能是數據(否則windowsaudio驅動在枚舉后也不會將音頻數據傳輸下來)。

 

最后修改工程設置，將堆大小設為4K，棧大小設為1K，如下圖：

圖11

 

如此就可以生成工程了，我們生成IAR工程。

3.2 生成的IAR工程介紹

圖12

 

如上圖所示，生成的IAR工程，主要有User,Drivers,Middleware3個目錄。

 

  • User目錄下為用戶源碼文件，用戶的主要修改也將集中在此目錄下，在這里，我們的主要工作是集中在usbd_audio_if.c文件，它對應着之前軟件框圖中的usbaudio interface模塊，主要是實現USB audio協議棧與Codec的對接。其他源文件都保持不變就可以了。
  • Middlewares目錄對應着usb audio stack模塊，它由CubeMx自動生成，保持原樣就可以，不需要任何修改。
  • Drivers目錄對應着HAL層，它包含CMSIS，HAL驅動。

 

3.3 開發

3.3.1 初次編譯測試

首先我們不做任何修改，先編譯一下工程，發現能順利編譯通過，並燒錄進STM32F4DISCOVERY板，運行后通過USB連接上電腦，發現在設備管理器中能正常識別到這個USB AUDIO設備，如下圖所示：

圖13

 

這說明，USB與PC端的連接是OK的，但不知道具體有沒有數據。我們使用USB分析儀TOTAL PHASE USB480這個設備對USB總線進行數據監控，能夠正常采集USB枚舉過程和播放音樂的通信數據，如下圖所示：

圖14

 

這表明，到目前為止，從PC端到USB端都是能正常工作的，從PC端發送過來的音頻數據已經到達usb audio interface模塊，目前只不過還沒有對這些數據進行處理，顯然，接下來的工作，我們就需要將這些音頻數據通過codec驅動發送出去，最終到達外部組件CS32L22.

3.3.2 添加codec驅動和audio bsp模塊

我們已經知道，我們需要為audio添加BSP模塊，在這里，我們將BSP歸屬於drivers類，因此，在drivers目錄下添加BSP目錄，通過之前的軟件架構圖我們可以知道，BSP包含Codec驅動（CS43L22）和Audio bsp模塊，因此，我們在BSP目錄下有添加了Codec的驅動源碼cs43l22.c與bsp_audio.c,如下圖所示：

圖15

 

其中cs43l22.c為codec cs32l22的驅動，我們可以從ST的組件驅動中找到它，並copy過來直接使用，不需要修改任何代碼。而bsp_audio.c是我們自己寫的，它的任務是為usbd_audio_if.c與cs43l22.c提供服務，讓這兩個模塊勝利對接。

3.3.2.1 Codec與HAL的對接

首先我們來看Codec驅動文件cs43l22.c源文件，這個文件需要使用這個外部需要提供的接口：

[cpp]  view plain  copy
 
  1. AUDIO_IO_Init()  
  2. AUDIO_IO_DeInit()  
  3. AUDIO_IO_Write()  
  4. AUDIO_IO_Read()  

這個都是Codec的基本控制接口，是通過I2C來控制的。都是需要用戶在驅動外部來提供這些接口給到驅動，於是，我們在bsp_audio.c文件中來提供這個接口的實現：

[cpp]  view plain  copy
 
  1. //---------------------for c43l22 port--------------------------//  
  2. static void I2Cx_Error(uint8_t Addr)  
  3. {  
  4.   /* De-initialize the IOE comunication BUS */  
  5.   HAL_I2C_DeInit(&hi2c1);  
  6.   
  7.   /* Re-Initiaize the IOE comunication BUS */  
  8.   //I2Cx_Init();  
  9.   //MX_I2C1_Init();  
  10. }  
  11. static void CODEC_Reset(void)  
  12. {  
  13.     HAL_GPIO_WritePin(AUDIO_RESET_GPIO_Port, AUDIO_RESET_Pin, GPIO_PIN_RESET);  
  14.     HAL_Delay(5);  
  15.     HAL_GPIO_WritePin(AUDIO_RESET_GPIO_Port, AUDIO_RESET_Pin, GPIO_PIN_SET);  
  16.     HAL_Delay(5);  
  17. }  
  18. void AUDIO_IO_Init(void)  
  19. {  
  20.   //I2Cx_Init();  
  21. }  
  22. void AUDIO_IO_DeInit(void)  
  23. {  
  24.   
  25. }  
  26. /** 
  27.   * @brief  Writes a single data. 
  28.   * @param  Addr: I2C address 
  29.   * @param  Reg: Reg address 
  30.   * @param  Value: Data to be written 
  31.   */  
  32. static void I2Cx_Write(uint8_t Addr, uint8_t Reg, uint8_t Value)  
  33. {  
  34.   HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;  
  35.   
  36.   status = HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, Addr, (uint16_t)Reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &Value, 1, I2C_TIMEOUT);  
  37.   
  38.   /* Check the communication status */  
  39.   if(status != HAL_OK)  
  40.   {  
  41.     /* I2C error occured */  
  42.     I2Cx_Error(Addr);  
  43.   }  
  44. }  
  45. void AUDIO_IO_Write(uint8_t Addr, uint8_t Reg, uint8_t Value)  
  46. {  
  47.   I2Cx_Write(Addr, Reg, Value);  
  48. }  
  49.   
  50. /** 
  51.   * @brief  Reads a single data. 
  52.   * @param  Addr: I2C address 
  53.   * @param  Reg: Reg address 
  54.   * @retval Data to be read 
  55.   */  
  56. static uint8_t I2Cx_Read(uint8_t Addr, uint8_t Reg)  
  57. {  
  58.   HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;  
  59.   uint8_t Value = 0;  
  60.   
  61.   status = HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, Addr, Reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &Value, 1, I2C_TIMEOUT);  
  62.   
  63.   /* Check the communication status */  
  64.   if(status != HAL_OK)  
  65.   {  
  66.     /* Execute user timeout callback */  
  67.     I2Cx_Error(Addr);  
  68.   }  
  69.   
  70.   return Value;  
  71. }  
  72. uint8_t AUDIO_IO_Read(uint8_t Addr, uint8_t Reg)  
  73. {  
  74.   return I2Cx_Read(Addr, Reg);  
  75. }  

由於在main函數中已經對I2C初始化過了，因此，在AUDIO_IO_Init函數中不需要再次初始化。

就這樣，就完成了Codec驅動與與HAL的對接。

 

3.3.2.2 usb audiointerface與codec的對接

 

我們打開usb audio interface源碼文件usbd_audio.if.c文件，此文件由CubeMx自動生成，已經自動給出了一些關於usb audio class的函數，且這些函數體內容都是空白的，毫無疑問，接下來的工作，我們就是要完成這個空白的內容，就好比做填空題一樣，當然，在做這些”填空題”的過程中，我們將使用到Codec驅動提供的接口，這一過程，就是usb audiointerface與codec的對接過程。

 

按照這一清晰思路，我們首先找到usbd_audio_if.c的一個接口：

 

[cpp]  view plain  copy
 
  1. static int8_t AUDIO_Init_FS(uint32_t  AudioFreq, uint32_t Volume, uint32_t options)  
  2. {   
  3.   /* USER CODE BEGIN 0 */  
  4.   return (USBD_OK);  
  5.   /* USER CODE END 0 */  
  6. }  

 

這是個空白函數，它是在USB枚舉結束並收到set_configuration消息時會被調用到，我們利用他來實現對codec的初始化。在bsp_audio.c文件中，我們添加一個函數，如下：

[cpp]  view plain  copy
 
  1. static void I2Sx_Init(uint32_t AudioFreq)  
  2. {  
  3.   /* Initialize the haudio_i2s Instance parameter */  
  4.   hi2s3.Instance = SPI3;  
  5.   
  6.  /* Disable I2S block */  
  7.   __HAL_I2S_DISABLE(&hi2s3);  
  8.   
  9.   hi2s3.Init.Mode = I2S_MODE_MASTER_TX;  
  10.   hi2s3.Init.Standard = I2S_STANDARD;  
  11.   hi2s3.Init.DataFormat = I2S_DATAFORMAT_16B;  
  12.   hi2s3.Init.AudioFreq = AudioFreq;  
  13.   hi2s3.Init.CPOL = I2S_CPOL_LOW;  
  14.   hi2s3.Init.MCLKOutput = I2S_MCLKOUTPUT_ENABLE;  
  15.   
  16.   if(HAL_I2S_GetState(&hi2s3) == HAL_I2S_STATE_RESET)  
  17.   {  
  18.     HAL_I2S_MspInit(&hi2s3);  
  19.   }  
  20.   /* Init the I2S */  
  21.   HAL_I2S_Init(&hi2s3);  
  22. }  
  23. const uint32_t I2SFreq[8] = {8000, 11025, 16000, 22050, 32000, 44100, 48000, 96000};  
  24. const uint32_t I2SPLLN[8] = {256, 429, 213, 429, 426, 271, 258, 344};  
  25. const uint32_t I2SPLLR[8] = {5, 4, 4, 4, 4, 6, 3, 1};  
  26. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_Init(uint16_t OutputDevice, uint8_t Volume, uint32_t AudioFreq)  
  27. {  
  28.     uint32_t deviceid = 0x00;  
  29.     uint8_t ret = AUDIO_ERROR;  
  30.     uint8_t index = 0, freqindex = 0xFF;  
  31.     RCC_PeriphCLKInitTypeDef RCC_ExCLKInitStruct;  
  32.   
  33.     //get the according P,N value and set into config,this is for audio clock provide  
  34.     for(index = 0; index < 8; index++)  
  35.     {  
  36.         if(I2SFreq[index] == AudioFreq)  
  37.         {  
  38.             freqindex = index;  
  39.         }  
  40.     }  
  41.     HAL_RCCEx_GetPeriphCLKConfig(&RCC_ExCLKInitStruct);  
  42.     if(freqindex != 0xFF)  
  43.     {  
  44.         RCC_ExCLKInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_I2S;  
  45.             RCC_ExCLKInitStruct.PLLI2S.PLLI2SN = I2SPLLN[freqindex];  
  46.             RCC_ExCLKInitStruct.PLLI2S.PLLI2SR = I2SPLLR[freqindex];  
  47.             HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_ExCLKInitStruct);  
  48.     }  
  49.     else  
  50.     {  
  51.         RCC_ExCLKInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_I2S;  
  52.             RCC_ExCLKInitStruct.PLLI2S.PLLI2SN = 258;  
  53.             RCC_ExCLKInitStruct.PLLI2S.PLLI2SR = 3;  
  54.             HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_ExCLKInitStruct);  
  55.     }  
  56.   
  57.     //reset the Codec register  
  58.     CODEC_Reset();  
  59.     deviceid = cs43l22_drv.ReadID(AUDIO_I2C_ADDRESS);  
  60.     if((deviceid & CS43L22_ID_MASK) == CS43L22_ID)  
  61.       {  
  62.         /* Initialize the audio driver structure */  
  63.         audio_drv = &cs43l22_drv;  
  64.         ret = AUDIO_OK;  
  65.       }  
  66.       else  
  67.       {  
  68.         ret = AUDIO_ERROR;  
  69.       }  
  70.   
  71.      if(ret == AUDIO_OK)  
  72.       {  
  73.         audio_drv->Init(AUDIO_I2C_ADDRESS, OutputDevice, Volume, AudioFreq);  
  74.         /* I2S data transfer preparation: 
  75.         Prepare the Media to be used for the audio transfer from memory to I2S peripheral */  
  76.         /* Configure the I2S peripheral */  
  77.         I2Sx_Init(AudioFreq);  
  78.       }  
  79.     return AUDIO_OK;  
  80. }  

在BSP_AUDIO_OUT_Init()這個函數內，根據所傳入的采樣率，程序在預定義的數組內選擇出MCU內部時鍾樹對I2S時鍾的一個合理的分頻值，並設置進時鍾樹配置內，然后再對codec進行初始化，最后對I2S外設初始化。

 

這個選擇I2S時鍾合理分頻值的過程是根據STM32F407的參考手冊中的建議來做的，如下參考手冊中的28.4.4中表126：

圖16

在48K采樣率下，假設時鍾樹下的PLLM VCO=1MHz情況下，且MCK使能，為了盡可能輸出靠近期望的時鍾，此時應該將時鍾樹內的PLL2SN設為258，且PLL2SR設為3，I2S內部的預分頻因子I2SDIV設為3，以及零散因子I2SODD設為1。這個計算公式為:


圖17

也就是(1M*258/3)/[(16*2)*((2*3)+1)]=47991.07142857143,差不多48K。

PLL2SN，與PLL2SR的設置在上述代碼中都有所體現，但是，預分頻因子I2SDIV和零散因子I2SODD又是在哪里設置的呢？答案是在代碼調用HAL_I2S_Init()時，在這個HAL接口內部會根據I2S的Audio Frequency(CubeMx中的I2S的Configuration中配置的參數)，以及I2S的輸入時鍾頻率和MCK是否使能這些前提條件來自動計算出預分頻因子I2SDIV和零散因子I2SODD的值，以此來盡可能匹配輸出想要的位時鍾，也對應着采樣率48K。

 

搞懂了這些之后，我們馬上將其代碼進行對接：
[cpp]  view plain  copy
 
  1. static int8_t AUDIO_Init_FS(uint32_t  AudioFreq, uint32_t Volume, uint32_t options)  
  2. {   
  3.   /* USER CODE BEGIN 0 */  
  4.   BSP_AUDIO_OUT_Init(OUTPUT_DEVICE_AUTO, Volume, AudioFreq);  
  5.   return (USBD_OK);  
  6.   /* USER CODE END 0 */  
  7. }  

接下來下一個需要對接的接口：

[cpp]  view plain  copy
 
  1. static int8_t AUDIO_DeInit_FS(uint32_t options)  
  2. {  
  3.   /* USER CODE BEGIN 1 */   
  4.   BSP_AUDIO_OUT_Stop(CODEC_PDWN_SW);  
  5.   return (USBD_OK);  
  6.   /* USER CODE END 1 */  
  7. }  

很明顯，這個個反初始化的接口，它的具體實現如下：

[cpp]  view plain  copy
 
  1. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_Stop(uint32_t Option)  
  2. {  
  3.   /* Call the Media layer stop function */  
  4.   HAL_I2S_DMAStop(&hi2s3);  
  5.   
  6.   /* Call Audio Codec Stop function */  
  7.   if(audio_drv->Stop(AUDIO_I2C_ADDRESS, Option) != 0)  
  8.   {  
  9.     return AUDIO_ERROR;  
  10.   }  
  11.   else  
  12.   {  
  13.     if(Option == CODEC_PDWN_HW)  
  14.     {  
  15.       /* Wait at least 1ms */  
  16.       HAL_Delay(1);  
  17.   
  18.       /* Reset the pin */  
  19.       //BSP_IO_WritePin(AUDIO_RESET_PIN, RESET);  
  20.       HAL_GPIO_WritePin(AUDIO_RESET_GPIO_Port, AUDIO_RESET_Pin, GPIO_PIN_RESET);  
  21.     }  
  22.   
  23.     /* Return AUDIO_OK when all operations are correctly done */  
  24.     return AUDIO_OK;  
  25.   }  
  26. }  

先關閉I2S的DMA，在調用Codec的停止接口。

OK，下一個：
[cpp]  view plain  copy
 
  1. static int8_t AUDIO_AudioCmd_FS (uint8_t* pbuf, uint32_t size, uint8_t cmd)  
  2. {  
  3.   /* USER CODE BEGIN 2 */  
  4.   switch(cmd)  
  5.   {  
  6.     case AUDIO_CMD_START:  
  7.         BSP_AUDIO_OUT_Play((uint16_t *)pbuf, size);  
  8.     break;  
  9.   
  10.     case AUDIO_CMD_PLAY:  
  11.         BSP_AUDIO_OUT_ChangeBuffer((uint16_t *)pbuf, size);  
  12.     break;  
  13.   }  
  14.   return (USBD_OK);  
  15.   /* USER CODE END 2 */  
  16.     
  17. }  

第一次USB audio stack接收到USB OUT數據時會回調這個接口並傳入AUDIO_CMD_START參數，這里的處理代碼是：

[cpp]  view plain  copy
 
  1. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_Play(uint16_t* pBuffer, uint32_t Size)  
  2. {  
  3.   /* Call the audio Codec Play function */  
  4.   if(audio_drv->Play(AUDIO_I2C_ADDRESS, pBuffer, Size) != 0)  
  5.   {  
  6.     return AUDIO_ERROR;  
  7.   }  
  8.   else  
  9.   {  
  10.     /* Update the Media layer and enable it for play */  
  11.     HAL_I2S_Transmit_DMA(&hi2s3, pBuffer, DMA_MAX(Size/AUDIODATA_SIZE));  
  12.     return AUDIO_OK;  
  13.   }  
  14. }  

很明顯，它是調用Codec驅動處理數據，也就是通過I2S的DMA方式發送給Codec。

然后I2S的DMA會產生傳輸完成中斷和半傳輸完成中斷，在這兩個中斷處理上，會回調到AUDIO_AudioCmd_FS()接口，並且此時傳入的參數變為AUDIO_CMD_PLAY,此時，音頻數據的處理函數為:
[cpp]  view plain  copy
 
  1. void BSP_AUDIO_OUT_ChangeBuffer(uint16_t *pData, uint16_t Size)  
  2. {  
  3.   HAL_I2S_Transmit_DMA(&hi2s3, pData, Size);  
  4. }  

也是通過I2S的DMA將數據傳輸給外部Codec。

上述過程涉及到另外兩個usbd_audio_if接口函數，即I2S的DMA半傳輸完成和傳輸完成中斷回調,如下所示:
[cpp]  view plain  copy
 
  1. void TransferComplete_CallBack_FS(void)  
  2. {  
  3.   /* USER CODE BEGIN 7 */   
  4.   USBD_AUDIO_Sync(&hUsbDeviceFS, AUDIO_OFFSET_FULL);  
  5.   /* USER CODE END 7 */  
  6. }  
  7. void HalfTransfer_CallBack_FS(void)  
  8. {   
  9.   /* USER CODE BEGIN 8 */   
  10.   USBD_AUDIO_Sync(&hUsbDeviceFS, AUDIO_OFFSET_HALF);  
  11.   /* USER CODE END 8 */  
  12. }  

此代碼為CubeMx自動生成，且在自動生成的代碼中就已經調用了usb audio class函數USBD_AUDIO_Sync()，在這里，對於這個，我們是不需要添加任何額外代碼的。之前我們說過，在USBD_AUDIO_Sync()函數內部，會實現對AUDIO_AudioCmd_FS()的回調，目的是，需要及時將數據緩沖中另一半准備好的數據也通過I2S的DMA傳輸給外部Codec，這個不間斷的傳輸，才能實現音頻播放的連貫性。

 

此外，在USB設備端，后續接收到的音頻數據會緊接着之前的數據進行存放，這里實現了一個數據環形緩沖區，來實現了USB接收端與I2S輸出端數據有效的緩存。

 

接下來看下一個usbd_audio_if接口函數對接：
[cpp]  view plain  copy
 
  1. static int8_t AUDIO_VolumeCtl_FS (uint8_t vol)  
  2. {  
  3.   /* USER CODE BEGIN 3 */   
  4.   BSP_AUDIO_OUT_SetVolume(vol);  
  5.   return (USBD_OK);  
  6.   /* USER CODE END 3 */  
  7. }  

很明顯，這個是音量控制接口，也對接下:

[cpp]  view plain  copy
 
  1. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_SetVolume(uint8_t Volume)  
  2. {  
  3.   /* Call the codec volume control function with converted volume value */  
  4.   if(audio_drv->SetVolume(AUDIO_I2C_ADDRESS, Volume) != 0)  
  5.   {  
  6.     return AUDIO_ERROR;  
  7.   }  
  8.   else  
  9.   {  
  10.     /* Return AUDIO_OK when all operations are correctly done */  
  11.     return AUDIO_OK;  
  12.   }  
  13. }  

直接調用Codec啟動的相應接口。需要注意地是，實際上，在PC端進行音量的調節，並不會向USB端發送相應的音量調節指令，這里只是象征性的對接下，實際上在USB AUDIO中代碼並不會允許到這里，音量的放大和變小直接體現在音頻數據本身內。

下一個:
[cpp]  view plain  copy
 
  1. static int8_t AUDIO_MuteCtl_FS (uint8_t cmd)  
  2. {  
  3.   /* USER CODE BEGIN 4 */   
  4.   BSP_AUDIO_OUT_SetMute(cmd);  
  5.   return (USBD_OK);  
  6.   /* USER CODE END 4 */  
  7. }  

靜音控制，其實現為：

 

[cpp]  view plain  copy
 
  1. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_SetMute(uint32_t Cmd)  
  2. {  
  3.   /* Call the Codec Mute function */  
  4.   if(audio_drv->SetMute(AUDIO_I2C_ADDRESS, Cmd) != 0)  
  5.   {  
  6.     return AUDIO_ERROR;  
  7.   }  
  8.   else  
  9.   {  
  10.     /* Return AUDIO_OK when all operations are correctly done */  
  11.     return AUDIO_OK;  
  12.   }  
  13. }  

 

很簡單，直接調用codec驅動的靜音接口。靜音接口與音量控制不同，在PC端進行靜音操作會發送相應的mute指令，進而運行到這里。

OK，就這樣，usbd_audio_if模塊的接口基本上對接到這樣就可以了。

 

4    測試驗證

 

將代碼編譯后燒錄進STM32F4DISCVOERY板進行驗證。

圖18

最終驗證是OK的，可以從耳機上聽到PC端播放的音樂。

嵌入式學習交流群：561213221

5    結束語

在CubeMx上對中間件USB配置時，將USB audio class的音頻采樣率設置為48K,那個這個參數會再USB枚舉期間會傳遞給windows的audio驅動，在枚舉通過后，后續通過USB傳輸的音頻數據都將是固定以48K采樣率來的，也就是192bytes/ms，也就是說，不管PC端播放什么音樂，windows的audio驅動都會固定以48K采樣率向USB端口進行傳輸。這種特性是由windows的audio驅動決定的。

 

I2S外設向codec傳輸的時鍾是可以改變的，在本應用中是用不着改變，這個是因為USB端固定以48K采樣率接收數據，那么I2S也可以固定以48K采樣率所對應的速度向Codec傳輸速度，這個特點，正式因為USB audio的固定傳輸特性所決定的。若換成播放本地U盤音頻文件或連接iPhone並播放iPhone的音樂時，則I2S外設的時鍾是根據每次播放的具體音樂所對應的采樣率來配置I2S的時鍾的，這種機制稍微有所不同，這里只需注意下，理解了就可以了。

 

在本例中，從I2S傳輸數據的速率是48K的采樣率，但實際精度卻是47991.07142857143。這個與標准的48K還是有所偏差的，實際上，無論USB端和I2S端的傳輸速度在理論上有多匹配，在實際上，多少都會存在些偏差，這也就意味着，在USB與I2S這兩個”入口”與”出口”之間的緩存，在隨着時間流逝，如不進行任何處理，這個緩存理論上一定會爆掉或掏空。那么這里就需要針對這個緩存這種現象的一種處理，或者叫做算法，算法的好壞在一定程度上決定了音質的好壞。而本例中，我們使用的是CubeMx生成的默認的最簡單的算法，我們不做深入討論，只是讓大家有這么一個概念即可。


免責聲明！

本站轉載的文章為個人學習借鑒使用，本站對版權不負任何法律責任。如果侵犯了您的隱私權益，請聯系本站郵箱yoyou2525@163.com刪除。



猜您在找 USB audio -- 錄音實現 USB AUDIO Device CLASS Requests 為android系統添加USB AUDIO設備的放音和錄音功能 如何在Android平台上使用USB Audio設備 audio 基本功能實現（audio停止播放,audio如何靜音,audio音量控制等） linux usb驅動——USB OTG硬件設計 USB接口程序設計 usb gadge驅動設計之我是zero USB Video Class及其實現 使用Core Audio實現對聲卡輸出的捕捉
 
粵ICP備18138465號   © 2018-2025 CODEPRJ.COM