背景
為了了解I2S總線所對應的硬件設計，下文轉載了《STM32：I2S驅動WM8978》。
以加深對I2S總線的了解。
正文
最近項目中使用STM32F4驅動音頻IC：WM8978。
由於STM32的I2S接口只有一個數據引腳，因此在設計引腳的時候，就需要確定是錄音還是放音。
WM8978為DAC+ADC芯片，本身並不具備編解碼的功能。
1）WM8978可通過I2S接口接收PCM數據，轉為模擬信號輸出，此為DAC過程，即放音；
2）WM8978可接收模擬信號轉為數字信號，通過I2S接口傳輸給MCU，此為ADC過程，即錄音。
3）WM8978還使用I2C接口配置其工作參數，比如音量，EQ，3D環繞等。WM8978本身可直連1W/8歐的小喇叭。（在下文中沒有使用）
1.GPIO配置
我使用的是I2S3，對着硬件工程師給的原理圖，再使用STM32CubeMX對照各個管腳看看是否有此映射。不得不說，新版的STM32CubeMX使用起來有些不順。我只喜歡使用STM32CubeMX查看資源，卻不喜歡這個軟件的代碼，架構有些不合我意。
我使用的還是傳統的庫，版本為V1.4.0。
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA |
RCC_AHB1Periph_GPIOB |
RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE); //使能外設GPIOB,GPIOC時鍾
//PB3/4/5 復用功能輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4| GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//復用功能
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化
//PC7復用功能輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);//初始化
//PA15復用功能輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化
//這些AF...等等，注意看stm32f4xx_gpio.h的相關定義，特別是ext,否則會有問題
GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource3, GPIO_AF_SPI3); // _CK
GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource4, GPIO_AF_I2S3ext); // _EXT_SD GPIO_AF_I2S3ext
GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_SPI3); // _SD
GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_SPI3); //_MCK
GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource15, GPIO_AF_SPI3); //_WS
關鍵在於AF的配置，有GPIO_AF_SPI3，GPIO_AF5_SPI3，GPIO_AF7_SPI3等等，令人模糊，還好庫文件有說明。不同型號的MCU有不同的用法，要注意。
2.I2S寄存器配置
由於STM32的I2S與SPI是混在一起，有些資源共用，有些不共用，所以使用起來要注意。
void I2S3_Init(u16 I2S_Standard, u16 I2S_Mode, u16 I2S_Clock_Polarity, u16 I2S_DataFormat)
{
I2S_InitTypeDef I2S_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI3, ENABLE); //使能SPI2時鍾
RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_SPI3, ENABLE); //復位SPI2
RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_SPI3, DISABLE); //結束復位
I2S_InitStructure.I2S_Mode = I2S_Mode; //IIS模式
I2S_InitStructure.I2S_Standard = I2S_Standard; //IIS標准
I2S_InitStructure.I2S_DataFormat = I2S_DataFormat; //IIS數據長度
I2S_InitStructure.I2S_MCLKOutput = I2S_MCLKOutput_Disable; //主時鍾輸出禁止
I2S_InitStructure.I2S_AudioFreq = I2S_AudioFreq_Default; //IIS頻率設置
I2S_InitStructure.I2S_CPOL = I2S_Clock_Polarity; //空閑狀態時鍾電平
I2S_Init(SPI3, &I2S_InitStructure);
SPI_I2S_DMACmd(SPI3, SPI_I2S_DMAReq_Tx, ENABLE); //SPI3 TX DMA請求使能.
I2S_Cmd(SPI3, ENABLE); //SPI3 /I2S EN使能.
}
3.DMA配置
首先得查看手冊上的DMA通道
你會看到I2S3_EXT_TX，不過其實並不是使用這個，而是SPI3_TX。有兩個Stream可選擇，我使用Stream 5.
void I2S3_TX_DMA_Init(u8 *buf0, u8 *buf1, u16 num)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA1, ENABLE); //DMA1時鍾使能
DMA_DeInit(DMA1_Stream5);
while (DMA_GetCmdStatus(DMA1_Stream5) != DISABLE) {} //等待DMA1_Stream1可配置
/* 配置 DMA Stream */
DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_0; //通道0 SPI3_TX通道
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&SPI3->DR; //外設地址為:(u32)&SPI3->DR
DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = (u32)buf0; //DMA 存儲器0地址
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_MemoryToPeripheral; //存儲器到外設模式
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = num; //數據傳輸量
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;//外設非增量模式
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //存儲器增量模式
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;//外設數據格式
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;//存儲器數據長度：16位
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; // 使用循環模式
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; //高優先級
DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable; //不使用FIFO模式
DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_1QuarterFull;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single; //外設突發單次傳輸
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single; //存儲器突發單次傳輸
DMA_Init(DMA1_Stream5, &DMA_InitStructure);
DMA_DoubleBufferModeConfig(DMA1_Stream5, (u32)buf1, DMA_Memory_0); //雙緩沖模式配置
DMA_DoubleBufferModeCmd(DMA1_Stream5, ENABLE); //雙緩沖模式開啟
DMA_ITConfig(DMA1_Stream5, DMA_IT_TC, ENABLE); //開啟傳輸完成中斷
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Stream5_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x00;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x01;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能中斷
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
//DMA1_Stream5中斷服務函數
void DMA1_Stream5_IRQHandler(void)
{
if(DMA_GetITStatus(DMA1_Stream5, DMA_IT_TCIF5) == SET) ////DMA1_Stream5,傳輸完成標志
{
DMA_ClearITPendingBit(DMA1_Stream5, DMA_IT_TCIF5);
/*
此處加入傳輸完成處理
*/
}
}
5.播放音樂
當MCU與WM8978配置好后，播放音樂的過程為：
1）首先需要獲取PCM數據。可以直接從WAV文件獲取，也可以從MP3等文件解碼得到，並根據文件信息，設置I2S的采樣率。
2）將數據填充至之前所設置的DMA內存。
3）使用DMA_Cmd(DMA1_Stream5, ENABLE); 開啟DMA傳輸，即可播放。
4）DMA傳輸完成，觸發中斷，可繼續按（2）進行數據填充。
5）如果想暫停音樂，只需要暫時不主動進行數據填充。
6）使用DMA_Cmd(DMA1_Stream5, DISABLE);即可停止音樂播放。
如果最后發現無法發出聲音，可使用邏輯分析儀檢測相應IO口，正常會有很明顯的波形。如圖
如果I2S的管腳已經有完整的波形，還是沒有輸出聲音，注意是不是買了假貨！因為我就遇到過。
6.硬件
如果不想加功放，可提高SPKVDD電壓（最高7V，以數據手冊為准）。
數字信號與模擬信號不要混在一起，稍微隔離一下。這是電路基本常識，但是總是發現有人亂來。
在編寫軟件前，一定要把硬件工程師的電路圖詳細看一遍，很有可能會發現很多BUG，這樣會最大限度避免很多無用功。