麥克風陣列（2）驅動開發及調試

本文記錄麥克風陣列開發涉及的驅動及音頻領域的知識點。

一、框架

1.系統框架如圖

 

2.各部分介紹

• MIC：采集外界音頻，送入ADC芯片（如ES7210）進行處理。MIC有數字MIC和模擬MIC。
• ADC芯片：對MIC送來的數據進行模->數轉換，並將數字化的音頻數據通過I2S接口送往應用處理器（AP，SoC）。
• SoC：一方面，ADC芯片有諸多配置，如采樣率、采樣位數、ADC增益，這部分功能通過I2C接口讀寫ADC芯片的寄存器完成。另一方面，SoC通過I2S接口（或其他音頻接口，如PCM等）接收音頻數據。最終目的，對音頻數據進行處理、分析，完成產品所需功能，如錄音、語音識別等。

 

二、開發內容

1.ADC芯片的I2C驅動

1.1 SoC側的I2C控制器驅動。這部分完成和ADC芯片的數據通路開發，在此基礎上才有后續的ADC配置等功能。關鍵點：I2C協議，設備地址。
1.2 ADC芯片的配置。需要找芯片廠商要datasheet和參考代碼。

 

2.I2S驅動

SoC側的I2S控制器驅動。

 

3.測試代碼及聯調

編寫測試代碼，讀取錄音數據。
硬件+軟件聯調。

 

4.錄音數據分析

分析利器：Cool Edit Pro

 

三、調試方法

完成上述開發，說明整個軟硬件通路已經基本沒問題。那么如何調試，進一步確定有沒有感官無法察覺的問題呢？

調試准備：
變頻音頻源：0～48KHz（正弦波）
定頻音頻源：1KHz

發現音頻源：https://onlinetonegenerator.com/frequency-sweep-generator.html

 

四、問題分析及解決

1.錄音音量小

調節ADC芯片的增益

 

2.丟幀

2.1 如何看是否丟幀？

Cool Edit-> 查看-> 光譜顯示窗，如下圖：

綠色標注的地方表明有丟幀。放大來看：

2.2 丟幀解決思路

a）從I2S控制器讀取數據有沒有問題？比如接收fifo是否溢出。
b）應用讀取數據有沒有問題？比如緩沖區設計不合理。
c）優先從a、b入手，確認沒問題再測量采樣時鍾、I2S時鍾等。

 

3.頻偏

采樣頻偏對系統性能影響的分析

3.1 如何看是否有頻偏？

使用固定頻率音頻源（如500Hz，1KHz等）進行錄音，用Matlab對錄音文件進行分析。如下圖：

1kHz的頻率應該x坐標是1000，現在是1004，相當於偏了4Hz。相應的500Hz偏了1.8Hz，2000Hz偏了7Hz。

 

3.2 頻偏解決思路

I2S接口有兩根時鍾線：

SCLK：Serial data bit clock
LRCLK：Serial data left and right channel frame clock

LRCLK作為聲道選擇信號，也稱幀時鍾。LRCLK的頻率等於聲音的采樣率。

 

發生頻偏，可能是LRCLK的頻率有誤差。

 

經過測量，16K采樣率下LRCLK的頻率為15.94，偏差0.375%，這樣：
500Hz就偏了：500Hz X 0.375% = 1.875Hz
1KHz就偏了：3.75Hz

 

數據和Matlab分析的偏差基本一致。

 

時鍾的偏差由何而來？

硬件上，作為時鍾源的MCLK是由SoC提供的，根據常識判斷，誤差肯定存在且消除不了。

 

所以，解決方案就只能更改時鍾源。

 

什么時鍾源精確度高？

 

有源晶振。