8.2. I2S - 录音回环播放

本 demo 演示 I2S 录音回环播放, 使用的音频芯片 ES8388 编码与解码, 另外需要使用 I2C 对 ES8388 配置。 若使用其他音频解码芯片，请自行配置，本文档仅重点讲述 I2S 的使用，对音频芯片不做过多介绍。

8.2.1. 硬件连接

  • 本 demo 基于 BL706_AVB 开发板，需要用到 ES8388 音频子板，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

如果使用的是BL706_AVB板，请确保FUN1 FUN2两个跳帽处于短接的状态,如下图所示

  • 本 demo 用到的内部外设资源如下：

peripheral

role

I2S

标准音频数据接口，用于向 ES8388 音频子板传送音频数据

I2C

一种串行通讯总线，用于配置 ES8388 的寄存器设置

DMA-CH2

直接存储访问技术，用于配合 I2S 高效发送音频数据，减少对 CPU 的负载

DMA-CH3

直接存储访问技术，用于配合 I2S 高效接收音频数据，减少对 CPU 的负载

CLK_OUT

引脚复用对外输出指定时钟信号，用作提供MCLK时钟

8.2.2. 软件实现

本文档不再详细介绍 I2C 与 DMA，主要介绍 I2S 相关配置，其他外设可以查看对应的文档。

  • 软件代码见 examples/i2s/i2s_play_form_record

配置 I2S, I2C, CLK_OUT(MCLK) 相关复用引脚，见 bsp/board/bl706_iot/pinmux_config.h 中的宏定义选项:

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#define CONFIG_GPIO3_FUNC GPIO_FUN_I2S
#define CONFIG_GPIO4_FUNC GPIO_FUN_I2S
#define CONFIG_GPIO6_FUNC GPIO_FUN_CLK_OUT
#define CONFIG_GPIO11_FUNC GPIO_FUN_I2C
#define CONFIG_GPIO14_FUNC GPIO_FUN_UART0_TX
#define CONFIG_GPIO15_FUNC GPIO_FUN_UART0_RX
#define CONFIG_GPIO16_FUNC GPIO_FUN_I2C
#define CONFIG_GPIO29_FUNC GPIO_FUN_I2S
#define CONFIG_GPIO30_FUNC GPIO_FUN_I2S

  • 配置 ES8388 的参数，初始化 ES8388 ，其中会用到 I2C 外设，具体过程可见 bsp/bsp_common/es8388/es8388.c

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    static ES8388_Cfg_Type ES8388Cfg = {
    .work_mode = ES8388_CODEC_MDOE,          /*!< ES8388 work mode */
    .role = ES8388_SLAVE,                    /*!< ES8388 role */
    .mic_input_mode = ES8388_DIFF_ENDED_MIC, /*!< ES8388 mic input mode */
    .mic_pga = ES8388_MIC_PGA_3DB,           /*!< ES8388 mic PGA */
    .i2s_frame = ES8388_LEFT_JUSTIFY_FRAME,  /*!< ES8388 I2S frame */
    .data_width = ES8388_DATA_LEN_16,        /*!< ES8388 I2S dataWitdh */
};

/* init ES8388 Codec */
ES8388_Init(&ES8388Cfg);
ES8388_Set_Voice_Volume(60);

8.2.2.1. I2S 的配置与使能:

  • 使能 BSP_USING_I2S0 并配置 I2S 设备配置，见 bsp/board/bl706_iot/peripheral_config.h 中：

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#define BSP_USING_I2S0

#if defined(BSP_USING_I2S0)
#ifndef I2S0_CONFIG
#define I2S0_CONFIG                          \
{                                            \
    .id = 0,                                 \
    .iis_mode = I2S_MODE_MASTER,             \
    .interface_mode = I2S_MODE_LEFT,         \
    .sampl_freq_hz = 16 * 1000,              \
    .channel_num = I2S_FS_CHANNELS_NUM_2, \
    .frame_size = I2S_FRAME_LEN_16,          \
    .data_size = I2S_DATA_LEN_16,            \
    .fifo_threshold = 4,                     \
}

  • 先调用 i2s_register 函数注册 I2S 设备

  • 然后通过 find 函数找到设备对应的句柄，保存于 i2s 中

  • 最后填写配置参数后，使用 device_open 来打开 I2S 设备

  • 如果不填写配置参数，会默认使用 bsp/board/bl706_iot/peripheral_config.h 中预设的参数

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/* register & open i2s device */
i2s_register(I2S0_INDEX, "I2S", DEVICE_OFLAG_RDWR);
i2s = device_find("I2S");
if (i2s) {
    I2S_DEV(i2s)->iis_mode = I2S_MODE_MASTER;
    I2S_DEV(i2s)->interface_mode = I2S_MODE_LEFT;
    I2S_DEV(i2s)->sampl_freq_hz = 16 * 1000;
    I2S_DEV(i2s)->channel_num = I2S_FS_CHANNELS_NUM_2;
    I2S_DEV(i2s)->frame_size = I2S_FRAME_LEN_16;
    I2S_DEV(i2s)->data_size = I2S_DATA_LEN_16;
    I2S_DEV(i2s)->fifo_threshold = 4;
    device_open(i2s, DEVICE_OFLAG_DMA_TX | DEVICE_OFLAG_DMA_RX);
}

8.2.2.2. DMA 的配置与使能

  • 为了 I2S 更高效，减少对 CPU 的占用，需要配置 DMA 来搬运数据。本次会用到两个 DMA 通道，分别用于 I2S 的数据发送与接收。

  • 启用其中一路 DMA 的完成中断，用以处理双缓存数据的切换，将获取的音频数据再发送出去，回环播放。具体配置可见 DMA 文档，配置代码如下：

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/* register & open dma device */
dma_register(DMA0_CH3_INDEX, "dma_ch3_i2s_rx");
dma_ch3 = device_find("dma_ch3_i2s_rx");
if (dma_ch3) {
    DMA_DEV(dma_ch3)->direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
    DMA_DEV(dma_ch3)->transfer_mode = DMA_LLI_ONCE_MODE;
    DMA_DEV(dma_ch3)->src_req = DMA_REQUEST_I2S_RX;
    DMA_DEV(dma_ch3)->dst_req = DMA_REQUEST_NONE;
    DMA_DEV(dma_ch3)->src_addr_inc = DMA_ADDR_INCREMENT_DISABLE;
    DMA_DEV(dma_ch3)->dst_addr_inc = DMA_ADDR_INCREMENT_ENABLE;
    DMA_DEV(dma_ch3)->src_burst_size = DMA_BURST_4BYTE;
    DMA_DEV(dma_ch3)->dst_burst_size = DMA_BURST_4BYTE;
    DMA_DEV(dma_ch3)->src_width = DMA_TRANSFER_WIDTH_32BIT;
    DMA_DEV(dma_ch3)->dst_width = DMA_TRANSFER_WIDTH_32BIT;
    device_open(dma_ch3, 0);

    /* connect i2s device and dma device */
    device_control(i2s, DEVICE_CTRL_ATTACH_RX_DMA, (void *)dma_ch3);

    /* Set the interrupt function, for double buffering*/
    device_set_callback(dma_ch3, dma_ch3_irq_callback);
    device_control(dma_ch3, DEVICE_CTRL_SET_INT, NULL);
}

dma_register(DMA0_CH2_INDEX, "dma_ch2_i2s_tx");
dma_ch2 = device_find("dma_ch2_i2s_tx");
if (dma_ch2) {
    DMA_DEV(dma_ch2)->direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
    DMA_DEV(dma_ch2)->transfer_mode = DMA_LLI_ONCE_MODE;
    DMA_DEV(dma_ch2)->src_req = DMA_REQUEST_NONE;
    DMA_DEV(dma_ch2)->dst_req = DMA_REQUEST_I2S_TX;
    DMA_DEV(dma_ch2)->src_addr_inc = DMA_ADDR_INCREMENT_ENABLE;
    DMA_DEV(dma_ch2)->dst_addr_inc = DMA_ADDR_INCREMENT_DISABLE;
    DMA_DEV(dma_ch2)->src_width = DMA_TRANSFER_WIDTH_32BIT;
    DMA_DEV(dma_ch2)->dst_width = DMA_TRANSFER_WIDTH_32BIT;
    DMA_DEV(dma_ch2)->src_burst_size = DMA_BURST_4BYTE;
    DMA_DEV(dma_ch2)->dst_burst_size = DMA_BURST_4BYTE;
    device_open(dma_ch2, 0);

    /* connect i2s device and dma device */
    device_control(i2s, DEVICE_CTRL_ATTACH_TX_DMA, (void *)dma_ch2);

    /* Set the interrupt function, for double buffering*/
    device_set_callback(dma_ch2, NULL);
    device_control(dma_ch2, DEVICE_CTRL_SET_INT, NULL);
}

重要

这里 DMA 的传输宽度设置为了 DMA_TRANSFER_WIDTH_32BIT,但前面 I2S 的配置是16位有效数据，这是因为 I2S 在初始化时默认使用了合并 FIFO 功能，即当双声道时有效数据位宽为8位或者16位时，会将双声道数据同时放入同一个 FIFO 中,合并为16位或32位，提高 FIFO 利用效率，具体原因请看 api_dma 文档最后一节

重要

这里 DMA 的 src_burst_size 与 dst_burst_size 都为 DMA_BURST_4BYTE，这要求 I2S 初始化时，其中的 fifo_threshold 要大于等于4，具体原因请看 api_dma 文档最后一节

8.2.2.3. DMA 中断回调函数

  • 本例程使用双缓冲的方式处理数据，同时录音与播音，一个 buff 用以录音，另一个 buff 用以播音，在 DMA 完成中断里切换：

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static void dma_ch3_irq_callback(struct device *dev, void *args, uint32_t size, uint32_t state)
{
    device_read(i2s, 0, Data_Buff[!buff_using_num], BUFF_SIZE);

    device_write(i2s, 0, Data_Buff[buff_using_num], BUFF_SIZE);

    buff_using_num = !buff_using_num;

    return;
}

8.2.3. 编译和烧录

  • CDK 编译

打开项目中提供的工程文件：i2s_play_form_record.cdkproj

参照 Windows 下使用 CDK (类 MDK Keil)开发指南 的步骤编译下载即可

  • 命令行编译

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 $ cd <sdk_path>/bl_mcu_sdk
 $ make BOARD=bl706_iot APP=i2s_play_form_record

  • 烧录

详见 BLDevCube 烧录工具指南

8.2.4. 实验现象

录音与播音回环,类似于扩音器