3.5. AUDIO - 声卡

本 demo 将演示 USB Device AUDIO 类实现的一个声卡设备。

通过 usb 外设将其枚举为 AUDIO 类录音播音复合设备，从而可以播放与录制声音,支持双通道录音与播音, 无需专用软件即可播放与录制，如微信电话、播放音乐等。

在 USB 官方手册中，我们可以找到 USB 设备枚举符与端口描述符的定义, 根据定义配置正确的枚举符。

采集声音与播放声音需要用到音频子板模块，这里使用的是 ESP8388 模块

3.5.1. 准备工具

BL706 AVB + ES8388音频模块 + windows 录音(任意用到音频的软件，如微信电话)

3.5.2. 硬件连接

本 demo 基于 BL706_AVB 开发板，连接方式如下

GPIO function

GPIO pin

CLK_OUT(MCLK)

GPIO6

I2S_BCLK

GPIO4

I2S_FS

GPIO29

I2S_DO

GPIO30

I2S_DI

GPIO3

I2C_SCL

GPIO16

I2C_SDA

GPIO11

USB_DP

GPIO7

USB_DM

GPIO8

3.5.3. 软件实现

  • USB 相关枚举符在 example/usb/usb_audio_mic_speaker/main.c 中定义

  • 音频 I2S 配置与使用也在 example/usb/usb_audio_mic_speaker/main.c 中实现

  • USB 协议栈 在 component/usb_stack/ 中实现, 其中 component/usb_stack/class/audio/ 中有对于 AUDIO 特定类设备的回调函数。

  • E38388 子板的相关驱动在 bsp/bsp_common/es8388/中。

  • 使用到的外设时钟源见 bsp/board/bl706_avb/clock_config.h，如有改动，请自行修改:

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#define BSP_AUDIO_PLL_CLOCK_SOURCE ROOT_CLOCK_SOURCE_AUPLL_12288000_HZ

#define BSP_I2S_CLOCK_SOURCE ROOT_CLOCK_SOURCE_XCLK
#define BSP_I2S_CLOCK_DIV    0

#define BSP_I2C_CLOCK_SOURCE ROOT_CLOCK_SOURCE_BCLK
#define BSP_I2C_CLOCK_DIV    9

  • 使用到的 GPIO 配置见 bsp/board/bl706_avb/pinmux_config.h,如有改动，请自行修改:

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#define CONFIG_GPIO6_FUNC GPIO_FUN_CLK_OUT
#define CONFIG_GPIO3_FUNC GPIO_FUN_I2S
#define CONFIG_GPIO4_FUNC GPIO_FUN_I2S
#define CONFIG_GPIO29_FUNC GPIO_FUN_I2S
#define CONFIG_GPIO30_FUNC GPIO_FUN_I2S
#define CONFIG_GPIO11_FUNC GPIO_FUN_I2C
#define CONFIG_GPIO16_FUNC GPIO_FUN_I2C
#define CONFIG_GPIO7_FUNC  GPIO_FUN_USB
#define CONFIG_GPIO8_FUNC  GPIO_FUN_USB

  • 使能外设宏定义，见 bsp/board/bl706_avb/peripheral_config.h ,外设配置可以保持默认，在程序中已经重新配置:

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#define BSP_USING_I2C0
#define BSP_USING_I2S0
#define BSP_USING_USB
#define BSP_USING_DMA0_CH2
#define BSP_USING_DMA0_CH3
#define BSP_USING_DMA0_CH4

在 example/usb/usb_audio_mic_speaker/main.c 中, 前部分都是 USB 相关宏定义与 USB 枚举符定义, 包括设备枚举符与端口枚举符， 这些枚举符都根据 usb 官方文档而定义, 包含了usb硬件信息、设备类型、audio 参数、端口信息等关键信息,让主机得以正确识别与使用设备，例如：

例1：官方文档规定的设备描述符：

程序中定义的设备描述符：

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* ------------------ AudioControl Interface ------------------ */
/* USB Microphone Standard AC Interface Descriptor */
0x09,                          /* bLength */
USB_DESCRIPTOR_TYPE_INTERFACE, /* bDescriptorType */
0x00,                          /* bInterfaceNumber */
0x00,                          /* bAlternateSetting */
0x00,                          /* bNumEndpoints */
USB_DEVICE_CLASS_AUDIO,        /* bInterfaceClass */
AUDIO_SUBCLASS_AUDIOCONTROL,   /* bInterfaceSubClass */
AUDIO_PROTOCOL_UNDEFINED,      /* bInterfaceProtocol */
0x00,                          /* iInterface */
/* 09 byte*/

例2：官方文档规定的麦克风端口描述符：

程序中定义的端口描述符, 其中一个描述符是控制端口, 一个是数据端口, 由其他描述符所定义的：

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/* --------------- AudioStreaming Interface --------------- */
/* USB Microphone Standard AS Interface Descriptor - Audio Streaming Zero Bandwith */
/* Interface 1, Alternate Setting 0                                             */
0x09,                          /* bLength */
USB_DESCRIPTOR_TYPE_INTERFACE, /* bDescriptorType */
0x01,                          /* bInterfaceNumber */
0x00,                          /* bAlternateSetting */
0x00,                          /* bNumEndpoints */
USB_DEVICE_CLASS_AUDIO,        /* bInterfaceClass */
AUDIO_SUBCLASS_AUDIOSTREAMING, /* bInterfaceSubClass */
AUDIO_PROTOCOL_UNDEFINED,      /* bInterfaceProtocol */
0x00,                          /* iInterface */
/* 09 byte*/

/* USB Microphone Standard AS Interface Descriptor - Audio Streaming Operational */
/* Interface 1, Alternate Setting 1                                           */
0x09,                          /* bLength */
USB_DESCRIPTOR_TYPE_INTERFACE, /* bDescriptorType */
0x01,                          /* bInterfaceNumber */
0x01,                          /* bAlternateSetting */
0x01,                          /* bNumEndpoints */
USB_DEVICE_CLASS_AUDIO,        /* bInterfaceClass */
AUDIO_SUBCLASS_AUDIOSTREAMING, /* bInterfaceSubClass */
AUDIO_PROTOCOL_UNDEFINED,      /* bInterfaceProtocol */
0x00,                          /* iInterface */
/* 09 byte*/

还有其他多个端口枚举符, 其作用可以查阅 usb 官方文档, 其中有详细介绍含义。 USB 的协议流程控制程序在 component/usb_stack 中, 这是一个由博流开发的极为轻量级的 usb 协议栈。 协议栈使用描述符完成枚举过程, 向主机表达了设备类型与传输端口, 并根据 usb 协议规则控制后续的数据交互流程。 USB 协议栈可以参考 API 手册下的 USB Stack 章节的说明。

在 example/usb/usb_audio_mic_speaker/main.c 中 audio_init() 函数,完成了对音频部分的初始化, 包括 ES8388 音频模块的初始化(I2C配置接口), I2S 接口的配置，使用了 DMA 来提高效率降低 cpu 负载。 具体作用请查看 基础外设例程 下的 I2S 示例，这里不再详细描述。

在 main() 函数中，首先是调用了音频初始化函数，然后配置注册了 USB 相关端口，由于使用了 USB 同步传输, 还使用了一路 DMA 来发送数据, 进一步提升效率:

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bflb_platform_init(0);

audio_init();

usbd_desc_register(audio_descriptor);
usbd_audio_add_interface(&audio_class, &audio_control_intf);
usbd_audio_add_interface(&audio_class, &audio_stream_intf);
usbd_audio_add_interface(&audio_class, &audio_stream_intf2);
usbd_interface_add_endpoint(&audio_stream_intf, &audio_out_ep);

usb_fs = usb_dc_init();

if (usb_fs) {
    device_control(usb_fs, DEVICE_CTRL_SET_INT, (void *)(USB_EP2_DATA_OUT_IT));
}
dma_register(DMA0_CH4_INDEX, "dma_ch4_usb_tx");
dma_ch4_usb_tx = device_find("dma_ch4_usb_tx");

if (dma_ch4_usb_tx) {
    DMA_DEV(dma_ch4_usb_tx)->direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
    DMA_DEV(dma_ch4_usb_tx)->transfer_mode = DMA_LLI_ONCE_MODE;
    DMA_DEV(dma_ch4_usb_tx)->src_req = DMA_REQUEST_NONE;
    DMA_DEV(dma_ch4_usb_tx)->dst_req = DMA_REQUEST_USB_EP1;
    DMA_DEV(dma_ch4_usb_tx)->src_width = DMA_TRANSFER_WIDTH_8BIT;
    DMA_DEV(dma_ch4_usb_tx)->dst_width = DMA_TRANSFER_WIDTH_8BIT;
    DMA_DEV(dma_ch4_usb_tx)->src_burst_size = DMA_BURST_16BYTE;
    DMA_DEV(dma_ch4_usb_tx)->dst_burst_size = DMA_BURST_1BYTE;

    device_open(dma_ch4_usb_tx, 0);
    // device_set_callback(dma_ch4_usb_tx, dma2_irq_callback);
    // device_control(dma_ch4_usb_tx, DEVICE_CTRL_SET_INT, NULL);
    device_control(usb_fs, DEVICE_CTRL_ATTACH_TX_DMA, dma_ch4_usb_tx);
    device_control(usb_fs, DEVICE_CTRL_USB_DC_SET_TX_DMA, (void *)AUDIO_IN_EP);
}

之后启动 I2S 录音, 并根据 USB 状态来判断是否需要上传录制的音频数据; 同时判断是否有下传的需要播放的数据,如果有就使用 I2S 播放：

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/* i2s record start */
device_read(i2s, 0, record_data_buff[0], BUFF_SIZE);

while (1) {
    /* Waiting for record data update */
    if (record_updata_flag) {
        if (!device_control(dma_ch4_usb_tx, DMA_CHANNEL_GET_STATUS, NULL)) {
            device_write(usb_fs, AUDIO_IN_EP, record_data_buff[!record_buff_using_num], BUFF_SIZE);
            record_updata_flag = 0;
            record_buff_using_num = !record_buff_using_num;
            device_read(i2s, 0, record_data_buff[record_buff_using_num], BUFF_SIZE);
        }
    }

    if (play_updata_flag) {
        device_control(dma_ch2_i2s_tx, DMA_CHANNEL_STOP, NULL);
        play_buff_using_num = !play_buff_using_num;
        device_write(i2s, 0, play_data_buff[play_buff_using_num], BUFF_SIZE);
        play_updata_flag = 0;
        usb_data_offset = 0;
    }

}

3.5.4. 编译和烧录

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 $ cd <sdk_path>/bl_mcu_sdk
 $ make BOARD=bl706_avb APP=usb_audio_mic_speaker

3.5.5. 实验现象

如图, 将 ES8388 子板插入 BL706_AVB 板上, 并烧录程序后, 用 USB 线连接电脑:

打开电脑声音设置窗口, 在输入与输入的设备中找到并选择 Bouffalo AUDIO DEMO 设备, 如下图：

发出声音, 如敲击麦克风，可看见麦克风进度条跳动, 拖动输出的主音量，音量进度条也有跳动， 并且喇叭会发出提示音。如果找到设备但无法输入输出音频, 请检查 board 引脚与外设配置,和硬件连接。

打开任意音频软件, 如音乐播放器, 即可使用设备播放音乐。