1 前言
  ]" s8 U% J3 c& n. I本文将基于STM32F4 Discovery板,从零开始设计并实现一个USB Audio的例子。
- O+ u" b9 t) e8 A( v& ^
( s7 R" z, d* ?  H- @2 设计构思
所谓的USB AUDIO就是制作一个盒子，这个盒子可以通过USB连接到PC，PC端将其识别为Audio设备，然后在PC端播放音乐的时候，声音可以通过盒子播放出来。
1 m3 p1 V  ~$ d" K% z
, H' U6 D- Y/ ?2.1 从原理框图开始
; B: I0 Q6 [: e2 @. C) [
. Q1 {# e! d' d' |1 b7 A6 [如上图所示,我们大概构思一下，为了实现USB AUDIO功能，我们使用一个MCU的USB外设连接PC端，整个流程是这样: PC端播放音乐时，代表音乐的数据流从PC端通过USB传输到MCU端，MCU端然后将其转发给一个外部Codec，最后通过Codec上连接的扬声器或耳机播放音乐。
+ P+ q8 b' R2 }' l& y
* F- v' a3 @# Z; q0 a$ f2.2 硬件支撑
这里选择ST官方的STM32F4-DISCOVERY板来实现，之所以选择这块板子，就是因为其上有USB接口和Codec，正好符合我们设计的要求。

4 H3 ?. b$ V4 ?, n  T! [+ w2.2.1 USB接口
9 X" m, M: O/ u+ ?: Z, i3 b如下图为USB接口部分的电路：

8 I$ M' r4 n6 w1 F5 q! a这个一个将USB作为OTG的电路设计，在本设计中，我们只是将USB作为device来使用，因此，上图我们关注下面部分就可以了。在本设计中，我们使用到全速USB，从上图可以看出D+与D-引脚分别为PA12，PA11。

: g# e6 S3 k. c- k; g7 O, M5 e2.2.2 Codec部分
如下图所示:

, V4 M" X8 a. ~. t如上图所示，这里的Codec为具体型号为CS43L22，MCU通过I2C接口(PB9,PB6)连接Codec，作为其控制接口，使用I2S(PC7,PC10,PC12,PA4)作为数据通道，此外，MCU使用PD4这个IO管脚控制Codec的reset。CS43L22的14,15脚连接到外面的耳机插孔，也就是说，我们可以通过插入耳机线的方式来收听PC端播放的声音。

2.3 软件设计
为了简化开发流程，这里使用CubeMx自动生成代码工具来生成初始化代码，首先基于Cube库架构以及USB协议栈的特点，我们得先设计一个合理的软件框架。
: I& |9 y) X  z& T: R! C- W
7 q3 O! Z8 W; U9 ]7 Q
3 ^8 j% B1 f+ i' D. H如上图，蓝色表示的模块为标准模块，不需要我们去修改它，将由CubeMx自动生成，而绿色部分则可能涉及到需要修改，其中BSP部分是需要自己添加的代码，其他的都是由CubeMx生成。

8 ^/ V$ B+ n. K7 u$ V* H- }各个模块的工作流程如下设计:

初始化流程: 由main开始，它首先对将使用到的外设I2C，I2S初始化，这最终将调到HAL MSP底层部分实现对具体IO管脚和外设的初始化。同时main使用usb description的数据通过调用USB栈初始化接口来完成对USB接口的初始化，这一步还涉及到USB的枚举过程。
2 \' V! K: O" `! tUSB数据传输过程：PC端软件在播放音乐后，通过USB通道向MCU传输音频数据，音频数据到达MCU时，首先触发USB中断，然后进入到HAL driver层，在回调到 usb conf模块，接着进入到usb core，usb core再转给usb audio class，最后音频数据到达usb audio interface模块，到达这里，就只剩下对音频数据进行处理了。Usb audio interface模块是一个数据接收到数据处理的一个中间对接模块。
' J2 w. C9 D& D+ @+ ZUSB音频数据处理过程: usb audio interface 模块将从USB stack底层传上来的音频数据转发给Codec组件，最终通过Codec组件连接的耳机播放出来。
7 Z5 V) q7 E1 B3 s6 v% [从以上的音频数据流程来看，最主要的就是usbaudio interface模块，它实现了从USB audio stack到codec驱动的对接。
' c" `' G, W0 u8 x6 `: B( Y4 d: y, z3 V
接下来，我们来看看软件层面上的实现。

# ~9 G& b; M2 |* K3 e1 E3 软件实现
还是老办法，采用CubeMx这个工具来生成初始化代码，这样可以节省我们花费在基本外设上的调试初始参数时间。
3 h$ f3 r2 g- Q4 V3 c
3.1 创建CubeMx工程
* w, `/ [! l! i; Y0 x0 b由于我们使用到的硬件平台是STM32F4Discovery板，上面搭载的MCU型号是STM32F407VGT6，我们就以此型号创建一个名为Audio_Test的工程。

pinout:

5 d1 _4 ^, g% z9 [# p外设有用到USB_OTG_FS(PA11,PA12device模式)，I2C1(PB6,PB9)，I2S3(PC12,PA4,PC10,PC7，半双工主模式),此外Codec的reset使用PD4管脚控制，使用外部8M HSE。其pinout如下图所示：
6 B( F6 k% `* X  W. j
: g' a$ [! ]) {$ x
Clock configuration:
1 F: {( v3 ?" a& |9 R
时钟树如上设置，主频使用168M，I2S时钟输出初始化为96M。

! Q  k1 W& z; H- u0 I3 n& W. bConfiguration:
8 i; }/ ?1 N; E, h& a" K" w' i
' [4 C1 U5 [7 q1 I& M  ~  HAL层：
Usb_FS：使用默认参数。

- q1 t0 D, C, g) Q! j& B! DI2C：100K速率，7位地址宽度，使用默认参数。

+ T; j8 @: H% a! E6 j2 N# }( `I2S：主发模式，标准16位宽，默认音频为48K，如下图：
" a( n  i  q( A1 n
并为I2S发送添加DMA，半字位宽:
9 x$ f! M: ]" J; c0 \" I; H0 T

! W' ^8 B/ w2 [, n7 D( X: u& O7 S9 s+ m   MiddleWares:
5 P. t; ?" Q" j
. U7 z) u( F1 C: ]* _4 Z. JUSB选择Audiodevice class,其配置参数如下：


这里都是默认参数。
/ C) S" t6 D  w6 d" a# f
9 c" B. @6 J  W, M) a在描述符参数内得为usb audio class修改两个参数：

4 k& l+ T: t" l7 _. yPID得修改为0x5730(否则windows驱动会加载出错)
- q3 r, W! O6 q0 C/ D, Y" e 序列号：序列号字符串内不能包含字母，只能是数据(否则windowsaudio驱动在枚举后也不会将音频数据传输下来)。
最后修改工程设置，将堆大小设为4K，栈大小设为1K，如下图：
6 s9 r' z1 d. n: S* x
: ^0 i3 x( `5 D! @1 K9 B; f+ L! u3 G如此就可以生成工程了，我们生成IAR工程。

3.2 生成的IAR工程介绍
8 N- ]0 S  h) f8 y* C
& A& V$ x8 M/ O$ I5 Q& {如上图所示，生成的IAR工程，主要有User,Drivers,Middleware3个目录。
3 L0 H4 e4 Y7 S* i' R# B
- o9 X. ^8 h" O$ uUser目录下为用户源码文件，用户的主要修改也将集中在此目录下，在这里，我们的主要工作是集中在usbd_audio_if.c文件，它对应着之前软件框图中的usbaudio interface模块，主要是实现USB audio协议栈与Codec的对接。其他源文件都保持不变就可以了。
Middlewares目录对应着usb audio stack模块，它由CubeMx自动生成，保持原样就可以，不需要任何修改。
4 _% `+ m' f* z  C" [Drivers目录对应着HAL层，它包含CMSIS，HAL驱动。
* x( r* A  n$ {% J1 n9 T8 j, d
1 S4 Z4 Y1 }: x+ b  H3.3 开发
: V  A5 U6 w# q5 i0 `3.3.1 初次编译测试
首先我们不做任何修改，先编译一下工程，发现能顺利编译通过，并烧录进STM32F4DISCOVERY板，运行后通过USB连接上电脑，发现在设备管理器中能正常识别到这个USB AUDIO设备，如下图所示：
! D: H# [8 b, g/ }, C# c% x% H4 z
7 K& Y! Y  `- h这说明，USB与PC端的连接是OK的，但不知道具体有没有数据。我们使用USB分析仪TOTAL PHASE USB480这个设备对USB总线进行数据监控，能够正常采集USB枚举过程和播放音乐的通信数据，如下图所示：
. F  P2 _: ]: c: s: ?- r: |
这表明，到目前为止，从PC端到USB端都是能正常工作的，从PC端发送过来的音频数据已经到达usb audio interface模块，目前只不过还没有对这些数据进行处理，显然，接下来的工作，我们就需要将这些音频数据通过codec驱动发送出去，最终到达外部组件CS32L22.

3.3.2 添加codec驱动和audio bsp模块
我们已经知道，我们需要为audio添加BSP模块，在这里，我们将BSP归属于drivers类，因此，在drivers目录下添加BSP目录，通过之前的软件架构图我们可以知道，BSP包含Codec驱动（CS43L22）和Audio bsp模块，因此，我们在BSP目录下有添加了Codec的驱动源码cs43l22.c与bsp_audio.c,如下图所示：
- A' p2 l/ i* c( h
9 }, f/ K# y2 }3 C) ]其中cs43l22.c为codec cs32l22的驱动，我们可以从ST的组件驱动中找到它，并copy过来直接使用，不需要修改任何代码。而bsp_audio.c是我们自己写的，它的任务是为usbd_audio_if.c与cs43l22.c提供服务，让这两个模块胜利对接。

3.3.2.1 Codec与HAL的对接
首先我们来看Codec驱动文件cs43l22.c源文件，这个文件需要使用这个外部需要提供的接口：
( B6 Z, S" b  K, K

1. [cpp] view plain copy
   / ]1 a* p  u& X# w+ R
2. AUDIO_IO_Init()  
   
3. AUDIO_IO_DeInit()  
   - G  b( g/ M, p% h
4. AUDIO_IO_Write()  
   0 T9 K- R; P( E$ _  j8 x3 T
5. AUDIO_IO_Read()  

复制代码

这个都是Codec的基本控制接口，是通过I2C来控制的。都是需要用户在驱动外部来提供这些接口给到驱动，于是，我们在bsp_audio.c文件中来提供这个接口的实现：

1. [cpp] view plain copy
   
2. //---------------------for c43l22 port--------------------------//  
   & q+ H2 ^1 s/ y
3. static void I2Cx_Error(uint8_t Addr)  
   
4. {  
   
5.   /* De-initialize the IOE comunication BUS */  
   
6.   HAL_I2C_DeInit(&hi2c1);  
   ! J/ p! R/ G7 L3 t1 X2 V+ A7 [7 U
7.   
   
8.   /* Re-Initiaize the IOE comunication BUS */  
   . {, b* x6 s3 [/ f* u0 u/ E. j
9.   //I2Cx_Init();  
   
10.   //MX_I2C1_Init();  
    & i( C5 _1 G# Q+ j& M, P0 y% ?( ?
11. }  
    
12. static void CODEC_Reset(void)  
    0 b  \5 z" J5 \' I2 ^+ S0 ]
13. {  
    " Z& [3 S1 |. o7 G
14.     HAL_GPIO_WritePin(AUDIO_RESET_GPIO_Port, AUDIO_RESET_Pin, GPIO_PIN_RESET);  
    ! K; }. q. E# M& z" w( n( ]7 o) V
15.     HAL_Delay(5);  
    
16.     HAL_GPIO_WritePin(AUDIO_RESET_GPIO_Port, AUDIO_RESET_Pin, GPIO_PIN_SET);  
    ' @/ W* w& e3 q$ |8 U* `
17.     HAL_Delay(5);  
    % [% f) h& @% ]
18. }  
    
19. void AUDIO_IO_Init(void)  
    2 i& d6 e# o7 ^9 t2 P. H5 Q  }
20. {  
    2 u* q/ ]8 c- @
21.   //I2Cx_Init();  
    
22. }  
    
23. void AUDIO_IO_DeInit(void)  
    / ?+ x: h( [) @- A6 v6 @
24. {  
    . T3 ~3 ]. t/ C9 E+ z; z+ x! @" u
25.   
    
26. }  
    
27. /**
    * V4 \2 f/ F. Z  Q0 h
28.   * @brief  Writes a single data.
    # f9 f$ p9 _) X7 G
29.   * @param  Addr: I2C address
    , U% l; A2 B" N+ B0 [1 \% `" C
30.   * @param  Reg: Reg address
    
31.   * @param  Value: Data to be written
    
32.   */  
    
33. static void I2Cx_Write(uint8_t Addr, uint8_t Reg, uint8_t Value)  
    : J3 P$ f1 x$ S) V
34. {  
    & E  o) O7 w+ a0 ]8 a
35.   HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;  
    
36.   
    3 X6 f, J0 |' V; n) S
37.   status = HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, Addr, (uint16_t)Reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &Value, 1, I2C_TIMEOUT);  
    
38.   
    
39.   /* Check the communication status */  
    
40.   if(status != HAL_OK)  
      k6 r4 n5 K* T
41.   {  
    
42.     /* I2C error occured */  
    , W$ R; @# v6 ]  h' V
43.     I2Cx_Error(Addr);  
      |4 w# }7 v* Q5 F+ }8 f4 Y$ z) d
44.   }  
    5 h& M; g0 {* U
45. }  
    $ n0 |+ L# w8 ~- x
46. void AUDIO_IO_Write(uint8_t Addr, uint8_t Reg, uint8_t Value)  
    / B* _3 P" y( t
47. {  
    & ]8 D6 z! W& u3 U  H1 e3 d) f
48.   I2Cx_Write(Addr, Reg, Value);  
    5 Z6 b8 v* j  P3 L2 G' ~& ?
49. }  
    . t4 M. o! Y( R% e
50.   
    % R0 v1 X& \( i2 _+ }
51. /**
    ! b  m" O' O; s2 r- G) M
52.   * @brief  Reads a single data.
    ( A' ?' {: G% p: o- I
53.   * @param  Addr: I2C address
    
54.   * @param  Reg: Reg address
    
55.   * @retval Data to be read
    
56.   */  
    . }) q; ?9 y# R& C5 w* n* L
57. static uint8_t I2Cx_Read(uint8_t Addr, uint8_t Reg)  
    
58. {  
      ]; I. V- ?, B9 c% w2 q
59.   HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;  
    
60.   uint8_t Value = 0;  
    
61.   
    
62.   status = HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, Addr, Reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &Value, 1, I2C_TIMEOUT);  
    ; X6 n! o+ C! {/ P- D) Z/ g& w, `
63.   
    
64.   /* Check the communication status */  
    , D$ e# L( i4 b2 Y& y, @
65.   if(status != HAL_OK)  
    * \, ]6 l% O& n6 @* J; k
66.   {  
    
67.     /* Execute user timeout callback */  
    
68.     I2Cx_Error(Addr);  
    
69.   }  
    # i" k" c% |9 ^0 h" d: b  b7 I, t
70.   
    0 }3 t- ?2 {: K% R9 J8 V% L3 f. |5 p
71.   return Value;  
    7 p% v" h% a1 ?4 m1 l
72. }  
    
73. uint8_t AUDIO_IO_Read(uint8_t Addr, uint8_t Reg)  
    8 k. a  m) I4 k8 a  l
74. {  
    , H+ f) U% A1 h7 G1 `
75.   return I2Cx_Read(Addr, Reg);  
    2 `6 B4 M8 {. D
76. }  

复制代码

由于在main函数中已经对I2C初始化过了，因此，在AUDIO_IO_Init函数中不需要再次初始化。

就这样，就完成了Codec驱动与与HAL的对接。

/ W1 H* `9 J; C" I; Y3.3.2.2 usb audiointerface与codec的对接
& q& s! Z4 S; @+ F) V我们打开usb audio interface源码文件usbd_audio.if.c文件，此文件由CubeMx自动生成，已经自动给出了一些关于usb audio class的函数，且这些函数体内容都是空白的，毫无疑问，接下来的工作，我们就是要完成这个空白的内容，就好比做填空题一样，当然，在做这些”填空题”的过程中，我们将使用到Codec驱动提供的接口，这一过程，就是usb audiointerface与codec的对接过程。
3 q) K8 S, O; G2 e: L
按照这一清晰思路，我们首先找到usbd_audio_if.c的一个接口：
4 q5 J& t8 J! c

1. [cpp] view plain copy
   
2. static int8_t AUDIO_Init_FS(uint32_t  AudioFreq, uint32_t Volume, uint32_t options)  
   
3. {   
   
4.   /* USER CODE BEGIN 0 */  
   
5.   return (USBD_OK);  
   
6.   /* USER CODE END 0 */  
   
7. }  

复制代码

这是个空白函数，它是在USB枚举结束并收到set_configuration消息时会被调用到，我们利用他来实现对codec的初始化。在bsp_audio.c文件中，我们添加一个函数，如下：

1. [cpp] view plain copy
   7 P8 z" Y3 {3 k/ Q% }- F
2. static void I2Sx_Init(uint32_t AudioFreq)  
   6 N  T/ D0 @7 j3 N
3. {  
   & ]! Q7 O9 |) C& J( z. t
4.   /* Initialize the haudio_i2s Instance parameter */  
   
5.   hi2s3.Instance = SPI3;  
   * _( n; n$ `' w- D2 v0 s7 E( T% D
6.   
   
7. /* Disable I2S block */  
   
8.   __HAL_I2S_DISABLE(&hi2s3);  
   , w+ _% v( y( v" u3 C
9.   
   
10.   hi2s3.Init.Mode = I2S_MODE_MASTER_TX;  
    
11.   hi2s3.Init.Standard = I2S_STANDARD;  
    # n" z9 ~0 z7 X# h
12.   hi2s3.Init.DataFormat = I2S_DATAFORMAT_16B;  
    5 Q5 g8 n* y8 |1 D# P7 J
13.   hi2s3.Init.AudioFreq = AudioFreq;  
    
14.   hi2s3.Init.CPOL = I2S_CPOL_LOW;  
    & v9 e* V2 s: @5 S2 j' C
15.   hi2s3.Init.MCLKOutput = I2S_MCLKOUTPUT_ENABLE;  
    
16.   
    ( n! X7 Z% C8 ~* Q
17.   if(HAL_I2S_GetState(&hi2s3) == HAL_I2S_STATE_RESET)  
    : Q( Q4 D. d2 O
18.   {  
    
19.     HAL_I2S_MspInit(&hi2s3);  
    % P  c3 n0 G1 V0 n' L
20.   }  
    
21.   /* Init the I2S */  
    
22.   HAL_I2S_Init(&hi2s3);  
    ' K6 I" p! v. T) j/ s
23. }  
    
24. const uint32_t I2SFreq[8] = {8000, 11025, 16000, 22050, 32000, 44100, 48000, 96000};  
    
25. const uint32_t I2SPLLN[8] = {256, 429, 213, 429, 426, 271, 258, 344};  
    
26. const uint32_t I2SPLLR[8] = {5, 4, 4, 4, 4, 6, 3, 1};  
    
27. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_Init(uint16_t OutputDevice, uint8_t Volume, uint32_t AudioFreq)  
    9 f+ r# ~1 n; E& |
28. {  
    
29.     uint32_t deviceid = 0x00;  
    
30.     uint8_t ret = AUDIO_ERROR;  
    ) [  N) }5 h5 D
31.     uint8_t index = 0, freqindex = 0xFF;  
    $ \7 S0 `# Y, \- k, s
32.     RCC_PeriphCLKInitTypeDef RCC_ExCLKInitStruct;  
    ; S: `# v4 Y' S8 \- x
33.   
    
34.     //get the according P,N value and set into config,this is for audio clock provide  
    * S: h+ O5 k, B4 M& }% @
35.     for(index = 0; index < 8; index++)  
    ! O: Z. ?0 d, h# n
36.     {  
    + l7 |, S1 ?/ L2 b) a
37.         if(I2SFreq[index] == AudioFreq)  
    , V. Q+ j( i, V
38.         {  
    
39.             freqindex = index;  
    + t* R; [) |! j: V% x% v; k- X- j
40.         }  
    8 k$ B" h7 v$ K% j6 P: l
41.     }  
    7 M& o/ b5 A( U9 L5 ~
42.     HAL_RCCEx_GetPeriphCLKConfig(&RCC_ExCLKInitStruct);  
    4 j$ u0 O! H! n
43.     if(freqindex != 0xFF)  
    : v- Z. o6 w* U7 k
44.     {  
    / ~% i5 s) i8 Z4 \& E' A: P( J" M
45.         RCC_ExCLKInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_I2S;  
    4 \8 Y/ A" s  X, e
46.             RCC_ExCLKInitStruct.PLLI2S.PLLI2SN = I2SPLLN[freqindex];  
    1 n; N! j4 l3 X$ T1 y) l" |8 [
47.             RCC_ExCLKInitStruct.PLLI2S.PLLI2SR = I2SPLLR[freqindex];  
    ; v8 Z8 R: l) @5 o& x
48.             HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_ExCLKInitStruct);  
    0 ?% ^' y5 c: D4 y6 {
49.     }  
    3 ^6 }0 n1 r; F
50.     else  
    - _1 X8 E: b' T. u' z& p
51.     {  
    
52.         RCC_ExCLKInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_I2S;  
    ; ?3 x4 y$ F5 E$ P. ~
53.             RCC_ExCLKInitStruct.PLLI2S.PLLI2SN = 258;  
    2 q( N( Y' q6 r8 @
54.             RCC_ExCLKInitStruct.PLLI2S.PLLI2SR = 3;  
    
55.             HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_ExCLKInitStruct);  
    & L) D. c7 h- a$ _- E
56.     }  
    
57.   
    
58.     //reset the Codec register  
    ; I% V( t' [& D1 d3 }# S
59.     CODEC_Reset();  
    7 e; ?" ]1 ^" N/ K% H1 I$ r
60.     deviceid = cs43l22_drv.ReadID(AUDIO_I2C_ADDRESS);  
    & g: Z2 p4 I8 y1 B' k, |
61.     if((deviceid & CS43L22_ID_MASK) == CS43L22_ID)  
    
62.       {  
    
63.         /* Initialize the audio driver structure */  
    3 @' ?0 j7 B) V- E8 {1 D6 P8 U; w
64.         audio_drv = &cs43l22_drv;  
    8 F6 s+ V* q! I% K' r3 y% C7 j4 L1 Y
65.         ret = AUDIO_OK;  
    
66.       }  
    & Y4 D) L3 c. t3 Z- l
67.       else  
    # n2 w# L% X* E3 O
68.       {  
    
69.         ret = AUDIO_ERROR;  
    3 {3 |8 C9 L0 p' |* Q: j; X
70.       }  
    
71.   
    : Y" a5 |2 V' z' R
72.      if(ret == AUDIO_OK)  
    2 B: `% _. |4 ]
73.       {  
    % K7 x% _' t& x! o' U1 s: f( p4 E
74.         audio_drv->Init(AUDIO_I2C_ADDRESS, OutputDevice, Volume, AudioFreq);  
    " C0 ~, U2 B; u3 Y: O5 C! R
75.         /* I2S data transfer preparation:
    ) P9 K0 E: s7 c1 d
76.         Prepare the Media to be used for the audio transfer from memory to I2S peripheral */  
    
77.         /* Configure the I2S peripheral */  
    
78.         I2Sx_Init(AudioFreq);  
    
79.       }  
    ( N& K$ W' G0 J! D& W3 v
80.     return AUDIO_OK;  
    / j& I: q% M3 {) r  H, P7 Z
81. }  

复制代码

在BSP_AUDIO_OUT_Init()这个函数内，根据所传入的采样率，程序在预定义的数组内选择出MCU内部时钟树对I2S时钟的一个合理的分频值，并设置进时钟树配置内，然后再对codec进行初始化，最后对I2S外设初始化。

这个选择I2S时钟合理分频值的过程是根据STM32F407的参考手册中的建议来做的，如下参考手册中的28.4.4中表126：

' L2 C5 V+ x, H# w
" q7 i$ A8 [5 r9 U8 ^; d1 {- a在48K采样率下，假设时钟树下的PLLM VCO=1MHz情况下，且MCK使能，为了尽可能输出靠近期望的时钟，此时应该将时钟树内的PLL2SN设为258，且PLL2SR设为3，I2S内部的预分频因子I2SDIV设为3，以及零散因子I2SODD设为1。这个计算公式为:
: v3 H- B# Q9 E1 X6 L( K% F+ G
* j  i4 \5 |4 @4 f5 L5 m& K7 z/ P也就是(1M*258/3)/[(16*2)*((2*3)+1)]=47991.07142857143,差不多48K。

' e8 z. _# V( @6 A9 b! XPLL2SN，与PLL2SR的设置在上述代码中都有所体现，但是，预分频因子I2SDIV和零散因子I2SODD又是在哪里设置的呢？答案是在代码调用HAL_I2S_Init()时，在这个HAL接口内部会根据I2S的Audio Frequency(CubeMx中的I2S的Configuration中配置的参数)，以及I2S的输入时钟频率和MCK是否使能这些前提条件来自动计算出预分频因子I2SDIV和零散因子I2SODD的值，以此来尽可能匹配输出想要的位时钟，也对应着采样率48K。
8 _; Z. X' I# X: {
搞懂了这些之后，我们马上将其代码进行对接：

1. [cpp] view plain copy
   
2. static int8_t AUDIO_Init_FS(uint32_t  AudioFreq, uint32_t Volume, uint32_t options)  
   5 {8 k" W: b$ x3 s/ u% m/ t1 V
3. {   
   0 [; A6 |! i% h4 K
4.   /* USER CODE BEGIN 0 */  
     o7 X* r2 z4 T
5.   BSP_AUDIO_OUT_Init(OUTPUT_DEVICE_AUTO, Volume, AudioFreq);  
   ' @7 A9 r. {- ~. v  F/ r" v* Q
6.   return (USBD_OK);  
   
7.   /* USER CODE END 0 */  
   
8. }  

复制代码

接下来下一个需要对接的接口：

1. [cpp] view plain copy
   6 `1 _- q( x% Z' A
2. static int8_t AUDIO_DeInit_FS(uint32_t options)  
   
3. {  
   ; Q: Z9 J7 H7 W& k
4.   /* USER CODE BEGIN 1 */   
   : B0 U9 ~2 Z# L6 m
5.   BSP_AUDIO_OUT_Stop(CODEC_PDWN_SW);  
   
6.   return (USBD_OK);  
   
7.   /* USER CODE END 1 */  
   ' C$ ^4 _' r6 x. S7 R8 `
8. }  
   
9. 很明显，这个个反初始化的接口，它的具体实现如下：
   ' m$ W9 F: X% T$ w5 ?
10. 
    4 o! ?; F4 X/ t4 K( P; t- \# Z
11. [cpp] view plain copy
    * ^; K6 Z/ i7 _
12. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_Stop(uint32_t Option)  
    
13. {  
    
14.   /* Call the Media layer stop function */  
    6 A1 ~9 a0 F6 k  D/ y2 k* V. `
15.   HAL_I2S_DMAStop(&hi2s3);  
    $ Z( u/ A) s% E! b3 F; C/ d
16.   
    / b" k( \8 ~, r3 r% Q4 M
17.   /* Call Audio Codec Stop function */  
    
18.   if(audio_drv->Stop(AUDIO_I2C_ADDRESS, Option) != 0)  
    6 g! X* u, Y, }- E
19.   {  
    
20.     return AUDIO_ERROR;  
    
21.   }  
    
22.   else  
    
23.   {  
    
24.     if(Option == CODEC_PDWN_HW)  
    
25.     {  
    
26.       /* Wait at least 1ms */  
    
27.       HAL_Delay(1);  
    7 i. m6 {. J/ o  ~: @. G, v5 i
28.   
    
29.       /* Reset the pin */  
    4 S, v9 w/ P: I: T
30.       //BSP_IO_WritePin(AUDIO_RESET_PIN, RESET);  
    
31.       HAL_GPIO_WritePin(AUDIO_RESET_GPIO_Port, AUDIO_RESET_Pin, GPIO_PIN_RESET);  
    
32.     }  
    ' d: q& y& ~2 m  ?6 P' a7 K+ R
33.   
    1 p7 r9 g7 D6 ?5 w5 V/ ?5 ~$ S
34.     /* Return AUDIO_OK when all operations are correctly done */  
    " i3 _. [, X, F9 l4 U; D
35.     return AUDIO_OK;  
    
36.   }  
    1 y. a5 h! x. e8 \* c
37. }  

复制代码

先关闭I2S的DMA，在调用Codec的停止接口。
OK，下一个：
- O5 I& s- s& L6 F

1. [cpp] view plain copy
   $ j- @* f  B& S1 d4 I5 ^" ~' ]5 w
2. static int8_t AUDIO_AudioCmd_FS (uint8_t* pbuf, uint32_t size, uint8_t cmd)  
   5 B3 B& o7 K7 T
3. {  
   
4.   /* USER CODE BEGIN 2 */  
   
5.   switch(cmd)  
   - g9 K$ @0 u; L* s* {
6.   {  
   
7.     case AUDIO_CMD_START:  
   
8.         BSP_AUDIO_OUT_Play((uint16_t *)pbuf, size);  
   
9.     break;  
   ! c: n) {* j" k
10.   
    
11.     case AUDIO_CMD_PLAY:  
    ' ^8 K8 T" H4 o; E2 T* m  [  k/ H" k! v7 H. V
12.         BSP_AUDIO_OUT_ChangeBuffer((uint16_t *)pbuf, size);  
    
13.     break;  
    . u# X6 I# E& g: v1 t/ l5 K8 |
14.   }  
    ( n" k2 F( `& G5 J6 e* o
15.   return (USBD_OK);  
    - ]6 _5 n9 A7 J
16.   /* USER CODE END 2 */  
    
17.    
    : z6 t  i% x: Z- P
18. }  

复制代码

第一次USB audio stack接收到USB OUT数据时会回调这个接口并传入AUDIO_CMD_START参数，这里的处理代码是：

1. [cpp] view plain copy
   
2. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_Play(uint16_t* pBuffer, uint32_t Size)  
   
3. {  
   5 G8 f$ T% P( d  w! H4 [
4.   /* Call the audio Codec Play function */  
   
5.   if(audio_drv->Play(AUDIO_I2C_ADDRESS, pBuffer, Size) != 0)  
   
6.   {  
   
7.     return AUDIO_ERROR;  
   
8.   }  
   8 n& r6 ~! Z$ i2 x* U
9.   else  
   
10.   {  
    
11.     /* Update the Media layer and enable it for play */  
    
12.     HAL_I2S_Transmit_DMA(&hi2s3, pBuffer, DMA_MAX(Size/AUDIODATA_SIZE));  
    ' I  ^4 @, S6 W' |
13.     return AUDIO_OK;  
    
14.   }  
    " N/ h1 b9 v! U, Y& T* e5 R
15. }  

复制代码

很明显，它是调用Codec驱动处理数据，也就是通过I2S的DMA方式发送给Codec。

1 R( D  f  r+ }- c3 E然后I2S的DMA会产生传输完成中断和半传输完成中断，在这两个中断处理上，会回调到AUDIO_AudioCmd_FS()接口，并且此时传入的参数变为AUDIO_CMD_PLAY,此时，音频数据的处理函数为:
" g* b+ w/ l! u1 X+ g* u& l

1. [cpp] view plain copy
   ) k) Y, r7 y. U3 i* K% h
2. void BSP_AUDIO_OUT_ChangeBuffer(uint16_t *pData, uint16_t Size)  
   3 ^2 Y8 Q, e( a
3. {  
   ( D. I. u9 ^- N3 D2 @
4.   HAL_I2S_Transmit_DMA(&hi2s3, pData, Size);  
   % F( q7 W( P8 ?5 a2 L# S% i
5. }  

复制代码

也是通过I2S的DMA将数据传输给外部Codec。
( C9 Q' B% g0 ?: O
上述过程涉及到另外两个usbd_audio_if接口函数，即I2S的DMA半传输完成和传输完成中断回调,如下所示:
5 D! T/ }3 K% n1 h$ S$ p4 p

1. [cpp] view plain copy
   + a, m+ n# p8 k" i! K: h' X. F/ q
2. void TransferComplete_CallBack_FS(void)  
   
3. {  
     _* S  d2 y& r
4.   /* USER CODE BEGIN 7 */   
   * T2 U3 c7 Q. y! f
5.   USBD_AUDIO_Sync(&hUsbDeviceFS, AUDIO_OFFSET_FULL);  
   8 i9 }: O- u8 Z# H5 j" Y# g
6.   /* USER CODE END 7 */  
   , S1 N/ u4 H. `+ y' U% J8 p. F
7. }  
   6 K* e0 w- i, H+ ~! ?6 l
8. void HalfTransfer_CallBack_FS(void)  
   
9. {   
   
10.   /* USER CODE BEGIN 8 */   
    
11.   USBD_AUDIO_Sync(&hUsbDeviceFS, AUDIO_OFFSET_HALF);  
    
12.   /* USER CODE END 8 */  
    
13. }  

复制代码

此代码为CubeMx自动生成，且在自动生成的代码中就已经调用了usb audio class函数USBD_AUDIO_Sync()，在这里，对于这个，我们是不需要添加任何额外代码的。之前我们说过，在USBD_AUDIO_Sync()函数内部，会实现对AUDIO_AudioCmd_FS()的回调，目的是，需要及时将数据缓冲中另一半准备好的数据也通过I2S的DMA传输给外部Codec，这个不间断的传输，才能实现音频播放的连贯性。
! n, F8 x  m6 T4 Z
: L# B- x2 d. S/ a3 x# M3 F0 z9 ^此外，在USB设备端，后续接收到的音频数据会紧接着之前的数据进行存放，这里实现了一个数据环形缓冲区，来实现了USB接收端与I2S输出端数据有效的缓存。

接下来看下一个usbd_audio_if接口函数对接：
# o1 ^/ W+ [9 u  ?" X9 @9 [1 \; z

1. [cpp] view plain copy
   
2. static int8_t AUDIO_VolumeCtl_FS (uint8_t vol)  
   # n+ K! L" c3 ?7 s  u
3. {  
   $ Z' n' J( B' c+ E. E8 s
4.   /* USER CODE BEGIN 3 */   
   
5.   BSP_AUDIO_OUT_SetVolume(vol);  
   
6.   return (USBD_OK);  
   1 N- n1 Q$ u' `* m% r* b) f
7.   /* USER CODE END 3 */  
   - q! D5 f: E& P" t7 o
8. }  

复制代码

很明显，这个是音量控制接口，也对接下:
6 e+ {. [* a/ b

1. [cpp] view plain copy
   
2. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_SetVolume(uint8_t Volume)  
   
3. {  
   6 o/ q) f' ~2 ]4 W& _$ \$ i
4.   /* Call the codec volume control function with converted volume value */  
   8 D, E# e, K7 `) c
5.   if(audio_drv->SetVolume(AUDIO_I2C_ADDRESS, Volume) != 0)  
   0 V: y% ^: n; \7 x# C% ?0 s
6.   {  
   
7.     return AUDIO_ERROR;  
   
8.   }  
   ) E) N, o0 f' n- a( h- v; s; W
9.   else  
   
10.   {  
    
11.     /* Return AUDIO_OK when all operations are correctly done */  
    . T: E* Y2 q0 ]+ M0 `( }
12.     return AUDIO_OK;  
    - o1 k. E+ w. ^0 e" y' x" I( Y
13.   }  
    ! V, o$ H$ h5 d2 U" d
14. }  

复制代码

直接调用Codec启动的相应接口。需要注意地是，实际上，在PC端进行音量的调节，并不会向USB端发送相应的音量调节指令，这里只是象征性的对接下，实际上在USB AUDIO中代码并不会允许到这里，音量的放大和变小直接体现在音频数据本身内。

/ a& o+ R: M# a0 ~下一个:
* G8 V+ Q' t- ?/ h! w5 h1 k* f

1. [cpp] view plain copy
   1 C0 f& ^0 K8 b& r
2. static int8_t AUDIO_MuteCtl_FS (uint8_t cmd)  
   ' w3 t. b* P! q! A* a3 P
3. {  
   ' q. ]) w% H8 }" ~+ p- i
4.   /* USER CODE BEGIN 4 */   
   
5.   BSP_AUDIO_OUT_SetMute(cmd);  
   0 B6 P9 k9 m, v, b9 D
6.   return (USBD_OK);  
   6 t0 P8 m7 [# W( A' ?! B  B
7.   /* USER CODE END 4 */  
   / V1 w6 Z, E8 \5 q5 P% [' W& M+ |
8. }  

复制代码

静音控制，其实现为：
: Y! H  {" A4 _  T1 R' J  h

1. [cpp] view plain copy
   7 _8 l3 r6 ~9 b$ `, W
2. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_SetMute(uint32_t Cmd)  
   
3. {  
   2 U6 ~1 p4 e7 h5 C% k" ]" a& \2 T8 e
4.   /* Call the Codec Mute function */  
   
5.   if(audio_drv->SetMute(AUDIO_I2C_ADDRESS, Cmd) != 0)  
   9 R" R+ q9 ^1 _* g0 T
6.   {  
   ; c3 J7 y9 E/ s+ T' ~8 m( q
7.     return AUDIO_ERROR;  
   
8.   }  
   
9.   else  
   
10.   {  
    / h' c1 [' N' q! p
11.     /* Return AUDIO_OK when all operations are correctly done */  
    , \2 e) ^) g" v5 x: h+ K
12.     return AUDIO_OK;  
    4 p) S4 E; \# r+ L6 a$ n
13.   }  
    / z: r5 u3 o6 i) \4 ~. T
14. }  
    

复制代码

很简单，直接调用codec驱动的静音接口。静音接口与音量控制不同，在PC端进行静音操作会发送相应的mute指令，进而运行到这里。

OK，就这样，usbd_audio_if模块的接口基本上对接到这样就可以了。

4    测试验证
将代码编译后烧录进STM32F4DISCVOERY板进行验证。
5 i+ y" E' u+ ]& D6 c
最终验证是OK的，可以从耳机上听到PC端播放的音乐。

8 A$ K5 X3 P3 o& L% v6 d# q5    结束语
在CubeMx上对中间件USB配置时，将USB audio class的音频采样率设置为48K,那个这个参数会再USB枚举期间会传递给windows的audio驱动，在枚举通过后，后续通过USB传输的音频数据都将是固定以48K采样率来的，也就是192bytes/ms，也就是说，不管PC端播放什么音乐，windows的audio驱动都会固定以48K采样率向USB端口进行传输。这种特性是由windows的audio驱动决定的。
. H( \- E0 j' J, r5 x
5 n. R! ~$ z4 ^! ~9 mI2S外设向codec传输的时钟是可以改变的，在本应用中是用不着改变，这个是因为USB端固定以48K采样率接收数据，那么I2S也可以固定以48K采样率所对应的速度向Codec传输速度，这个特点，正式因为USB audio的固定传输特性所决定的。若换成播放本地U盘音频文件或连接iPhone并播放iPhone的音乐时，则I2S外设的时钟是根据每次播放的具体音乐所对应的采样率来配置I2S的时钟的，这种机制稍微有所不同，这里只需注意下，理解了就可以了。

' p" v! \" _$ V2 @0 z6 i& M% V在本例中，从I2S传输数据的速率是48K的采样率，但实际精度却是47991.07142857143。这个与标准的48K还是有所偏差的，实际上，无论USB端和I2S端的传输速度在理论上有多匹配，在实际上，多少都会存在些偏差，这也就意味着，在USB与I2S这两个”入口”与”出口”之间的缓存，在随着时间流逝，如不进行任何处理，这个缓存理论上一定会爆掉或掏空。那么这里就需要针对这个缓存这种现象的一种处理，或者叫做算法，算法的好坏在一定程度上决定了音质的好坏。而本例中，我们使用的是CubeMx生成的默认的最简单的算法，我们不做深入讨论，只是让大家有这么一个概念即可。

# d* _6 \: `1 t7 U1 t# v
, l$ `; e# J  x1 C1 J

楼主问下，你这个会有杂音吗？我这边测试了下，会有杂音的，如果根据接受AUDIO_TOTAL_BUF_SIZE大小去传输，usb中断影响HAL_I2S_Transmit_DMA(&hi2s1, (uint16_t *)pbuf, (size))传输结果，显示为hal_busy,忙等待，传输数据这块你有做特殊处理吗？
6 i! g: z9 }8 N  O6 c- I0 Vstatic uint8_t  USBD_AUDIO_DataOut (USBD_HandleTypeDef *pdev,
' J7 T2 I5 m8 t                              uint8_t epnum)
{
  USBD_AUDIO_HandleTypeDef   *haudio;
  haudio = (USBD_AUDIO_HandleTypeDef*) pdev->pClassData;
% p. W' ^# K2 _- n$ K
7 m2 D, Y+ p' z4 o  if (epnum == AUDIO_OUT_EP)
/ p( @6 V! C. [5 C: m  {
4 k3 k: X! f" F* K9 K* c    /* Increment the Buffer pointer or roll it back when all buffers are full */
3 @. d% @0 O" k& }, w: V* Z8 C; u
    haudio->wr_ptr += AUDIO_OUT_PACKET;
6 u, G6 z: k$ a* u4 t6 `4 e
5 [6 {" b4 H8 P' k* U0 ^1 u    if (haudio->wr_ptr == AUDIO_TOTAL_BUF_SIZE)
/ t; a  m. P+ W    {
2 b) S& d* _  D2 \6 r      /* All buffers are full: roll back */
! S. [% D) ]! p9 _      haudio->wr_ptr = 0U;
2 T1 D( ]6 [4 K0 N    ((USBD_AUDIO_ItfTypeDef *)pdev->pUserData)->AudioCmd(&haudio->buffer[0],
                                                 AUDIO_TOTAL_BUF_SIZE / 2U,
) ]6 w$ k9 Q! Y3 h9 Y2 J4 U* X                                                 AUDIO_CMD_PLAY);
* x2 Q" J/ t! T7 O! z#if 0
      if(haudio->offset == AUDIO_OFFSET_UNKNOWN)
5 @7 X1 c1 ]' z$ _/ V      {
- ~6 C, ^$ o, j, }4 `        ((USBD_AUDIO_ItfTypeDef *)pdev->pUserData)->AudioCmd(&haudio->buffer[0],
/ Q" a- A& {& ?) w; S                                                             AUDIO_TOTAL_BUF_SIZE / 2U,
& B1 K: h- b) p                                                             AUDIO_CMD_START);
          haudio->offset = AUDIO_OFFSET_NONE;
$ h% S  o1 S8 ]# E( |. _/ c# f      }
#endif
    }
* u( r, a5 F5 G
    if(haudio->rd_enable == 0U)
    {
. ^6 p* C6 I2 V8 e) a      if (haudio->wr_ptr == (AUDIO_TOTAL_BUF_SIZE / 2U))
      {
" D7 U0 c3 m* F" ~5 t* V        haudio->rd_enable = 1U;
      }
    }

    /* Prepare Out endpoint to receive next audio packet */
2 x5 d$ k. J4 t/ {4 H1 h    USBD_LL_PrepareReceive(pdev, AUDIO_OUT_EP, &haudio->buffer[haudio->wr_ptr],
                           AUDIO_OUT_PACKET);
& V& o( B1 L* X1 ^' x7 ~$ F' `9 [  }

楼主还在吗？
我参考了您的这篇文章，在 STM32F413 discovery 板子上试验 USB Audio，
! O, Q9 d; k: i9 ?9 ?1 Q* M我先用 STM32CubeMX 5.2.1 生成代码框架，然后再把 STM32CubeF4 V1.24.1 里面的 stm32f413h_discovery.c, stm32f413h_discovery_audio.c, wm8994.c 这几个源文件添加到工程里，用的 toolchain 是 IAR 8.30。
7 M4 V) i! g6 E# L' n现在的问题是，如果在 usbd_audio_if.c 里面函数 AUDIO_Init_FS 里面什么都不调那么能成功地枚举出 "STM32 Audio Class" 设备，
但是只要 AUDIO_Init_FS 里面调了 BSP_AUDIO_OUT_Init 就会枚举失败，显示“未知 USB 设备”，跟踪 BSP_AUDIO_OUT_Init 的执行过程没发现问题，
% h' m0 p* G4 X- y4 A1 h# u而且这个函数返回值也是OK，但是紧接着 AUDIO_DeInit_FS 就被调了，也跟踪了 USB 中断和 DMA 中断都有，查了好几天查不出原因，时钟配置好像也没问题，楼主您能指点一下吗？多谢！

梦中的飞鸿 发表于 2019-9-11 09:20
这个问题您解决了吗，我这也遇到了这个问题，有个小感叹号，然后提示

& r; k9 u6 ~, n  F  H+ j该设备无法启动。 (代码 10)

+ }* c( h9 X7 }6 a) C) [* m  F/ ^. b出现这种情况要保证描述符是不是正确的，如果描述符正确在看看内存是否溢出，如果都正确，那就要一步步找问题了，就是把个单片机外设相关的代码想注释掉，基本上就找到原因了。

非常好的帖子，谢谢分享！！！

anny 发表于 2018-5-23 14:45
" [: G$ l1 h$ U. e$ _8 W& n* A非常好的帖子，谢谢分享！！！

& n  s# v$ \2 w' f4 @8 P希望能有帮助

anny 发表于 2018-5-23 14:45
2 m2 z& F7 H) z/ B% l: Z* N非常好的帖子，谢谢分享！！！

1 ?$ L8 I8 F! S' e0 O* H2 z希望能有帮助

非常好的帖子，楼主可以发一份工程的代码吗？非常感谢，18056453597@qq.com

666，好贴，顶起来~

收藏

非常好的帖子，谢谢分享！！！

好贴！

楼主，我想问下，stm32 Audio Class的PC端不需要驱动吗？我的提示能够正确识别设备，但是安装驱动失败！

delei 发表于 2019-8-12 11:18
楼主，我想问下，stm32 Audio Class的PC端不需要驱动吗？我的提示能够正确识别设备，但是安装驱动失败！

...

这个问题您解决了吗，我这也遇到了这个问题，有个小感叹号，然后提示

! ?  w* p0 o6 y* }; s4 l该设备无法启动。 (代码 10)

( ~, I4 I* n' C" q( @4 PI/O 请求已取消。
: |  H4 P8 B4 q7 B2 V! L& z

梦中的飞鸿 发表于 2019-9-11 09:20
这个问题您解决了吗，我这也遇到了这个问题，有个小感叹号，然后提示

该设备无法启动。 (代码 10)

% d' l6 ]  ^) |. B  M1 O2 Q# E- K经测，不要用最新的库版本，用1.21.0的测试直接生成，正常识别！