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【经验分享】基于 STM32 I2S 的音频应用开发介绍

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STMCU小助手 发布时间:2022-2-15 20:36
前言
, ?1 \( E/ A. j1 e8 b在音频开发中,I2S(Inter-IC Sound)接口被广泛采用。大部分 STM32 集成了 I2S 接口。本文主要为了让 STM32 使用者了解 I2S 音频接口,及快速实现 I2S 接口的音频应用开发。 首先,对 STM32 的 I2S 接口进行简单介绍,然后描述了几种常见 I2S 音频应用架构及每种架构音频部分的电路图,最后围绕每种架构给出实现例,以便读者进行参考理解。其中,实现例会围绕 STM32CubeMX 展开,以便开发者能够参考并快速、简便地实现软件开发。除此之外,在 Cube 软件包中有 I2S 外设应用例程,提供了更完善的实现参考。- d7 ?5 B/ C1 K' a, d) o) ]

3 F' {5 a  T3 x( s一 STM32 I2S 接口简介
$ ]- ~/ x9 _0 z8 H  |; B6 a( x5 wI2S(Inter-IC Sound)是飞利浦公司针对数字音频设备之间的音频数据传输,制定的一种总线标准。
# I: U0 H7 q9 k$ oSTM32 I2S 接口信号线构成如下表:
% Y+ `0 |1 \1 M$ w+ W
" O: K3 E9 A1 H! f) n- J1 C9 m7 M, [ (L%2~T~P1I_HGBS`$L$RYIT.png 1 ^- ?3 G$ M. w# n8 l& C$ I! P6 P
0 u8 o" m* P2 i. X' y& _( V
其中,SD 和 SD_Ext 信号线可分别配置为发送或者接收。在 Cube 驱动库中已对其进行封装,例如当配置 SD 信号线为发送端时,SD_Ext 自动被配置为接收端;配置 SD 为接收端时,SD_Ext 自动被配置为发送端。
) \. Y9 x: D: g全双工 I2S 是由两个 I2S 外设组成,如下图所示。8 [/ P2 T0 k% `( v2 h, C
% R+ }7 R: i% U) [: y) `3 @: G- n
9KV_9[UQE[9J)~_~PYXT`LJ.png 8 Q: |. X, i' m; y. U; p. C
6 @* J$ r/ N+ p9 Z' k8 p
对于构成全双工 I2S 的每个 I2S 外设,都具有单独的寄存器组,如下表所示(以 STM32F413xG/H 为例)。在 Cube 驱动库中,全双工下的两个 I2S 外设操作已经被封装,用户只需像配置一个全双工 SPI 一样,对一个全双工 I2S 的 API 进行调用即可。后续会以实例形式进行描述。
0 f5 P6 B& l( I$ }2 E6 ?) A外设 寄存器地址空间
) a- F, z3 m6 |8 u" o
3 Y) l6 y/ _+ c6 V1 a# e/ a$ n KAV_X0BBWMREBYIPGMXZA.png
: @2 [1 _3 {$ d  L, U# u8 @9 e4 c; [
STM32 I2S 支持四种接口标准和数据格式,如下表。更多内容请参考对应型号 STM32 的参考手册。
5 i7 T2 e/ {7 R! a, s5 v  \9 E
1 F2 f# o/ }7 O" [5 A( |4 ]* I5 H D1_17)@QA7X1`0ZM7G3AI]X.png
( `$ {5 N- n+ K5 t" h8 T* A" ~# |! A# R8 b' r6 y
由表可看出,STM32 I2S 支持音频分辨率可为 16,24 和 32 位。I2S 时钟配置及数据格式选择决定了音频采样率,时钟产生架构如下图所示。不同系列 STM32 I2S 接口能够支持的最大音频采样率有差异,更多采样率支持情况请参考对应型号STM32 的参考手册。
& F1 `2 L# _* S6 ~
" O& i8 e! f/ Y  q$ x _7VGC1Z4XANBS6T%NWT3{RC.png
; g' H$ G' S+ @" O1 s5 u$ o
, _3 H' T4 W# F0 c+ K: Z, K图中 MCK、CK 分别对应 I2S 总线上的主时钟和总线时钟。其中 I2SxCLK 获取路径如下图所示(对应于右侧的 I2Sclocks)。红色线路或者绿色线路可选,本文中以红色线路为例,利用 PLL 时钟源获取 I2SxCLK 时钟。! {+ h) ?! J3 D( Q+ Y
注:下图是 STM32F429 时钟配置图的部分。不同型号 STM32 的时钟树存在差异,具体以实际采用型号的时钟树为准。
- l5 @" h& D# ^" l/ U! r# Q/ f1 O# a: }. t
HZCWS58__TCKR_{C{$P18NM.png
( P+ x: o& z  R8 U8 M0 X  k$ _9 ?" A8 F: U! {- p
在遵循 I2S 标准的实现方案中,采样率公式如下 (注:Fs 为采样率,得益于 Cube 驱动库中的良好 API 实现,可以直接设置采样率,使用者不需要按照下述公式进行 I2SDIV 和 IDD 的计算及配置。):
8 R- Z$ G1 @* e0 L4 p8 ?; q
4 @/ o' L; X- f. T% G5 p S2OR_K%}CVWUV{RM9%QSZZC.png
4 l6 ^1 O* P/ G( t* S/ W  V, D, `! M! V
上述采样率公式不能直接用于 PDM 输出的 MEMS 麦克风,通过后一节中介绍可知,PDM 麦克风访问只是利用了 I2S 的数据和时钟线,并且在采集到麦克风位流数据后,需要经过降频操作(PDM 转 PCM,ST 提供了 PDM 转 PCM 库支持,更多介绍可参考 AN3998),从而获得 PCM 数据。所以,在这种情况下,主时钟配置为失能,数据位宽需要与帧位宽相同。折算后的采样率为:4 h) _' _" Q  g7 T5 V
1 s! J* ?" N! x( P& q

* R) J: A: r( K+ a }T)}(L0IU90Q_EY4_F(~_P2.png
: }; _  o; T) I; i6 y, c8 P  R) X3 K; [) t; ]; u
其中,DIV 为 PDM 转 PCM 的降频因子,由调用的 API 决定。9 a" t% d- Y3 E6 Y9 S5 g; q; O1 j
# W! }4 w0 ], Z$ b+ i0 Q

( Q5 v. f3 v* m4 G$ |( r& @# @' O0 g+ z7 t3 D; D: r! [+ p
二 常见 I2S 接口音频应用实现1 B! f4 Y  X. V
I2S 接口应用相对固定,整理两种音频支持结构如下。 4 h1 W- V; ?, Y% D
3 t) }/ E9 ~- S/ I; J* S
BI7N{}IU2Q%6SR}JXO2JY}G.png
  C' S/ p* |7 U
8 B7 u# R7 Y3 S5 L其中,麦克风与播放器功能的实现相互独立。可根据实现需要决定采用的实现架构。
. v0 U- K. D4 v) F$ z/ A2 A实现 1 参考电路如下图。原理图摘自 STM32F413H-DISCO 板,可在 ST 官网获取完整的原理图及 BOM 表等资源。其中CODEC_MCK、CODEC_CK、CODEC_WS、CODEC_SD、CODEC_ext_SD 分别对应 I2S 的 MCK、CLK、WS、SD 和ext_SD 信号线。
, Q3 B" A7 z% X% z& H" x+ k, m  P/ G
1 e; |7 a6 B' z/ G
@_[K7G~{S[S91U{LY39RBVT.png 6 E# `/ N1 p: Q5 H5 g2 A9 Q

- n5 [7 U7 p: i. T& ]1 N实现 2 参考电路如下图。其中单麦电路和双麦电路同时存在仅为读者参考理解,实际开发时可根据应用需要选择单麦或者双麦实现。原理图摘自 STM32F411E-DISCO 和 STM32429I-EVAL 板,可在 ST 官网获取完整的原理图及 BOM 表等资源。
5 u# Q0 P6 ?: M/ S0 ]7 H3 `" z( J; \5 P0 v: K8 [* t. ?) P
. @1 b" }" @- p$ E; ~
XPI_FD34R~7~N$F@8W5CQPP.png 2 @& |4 e6 K9 A. A' T- L" G
0 V3 r6 b! M5 q+ T& P
在实现 2 中,直接采集麦克风数据。市面上 MEMS 麦克风有 PCM 输出和 PDM 输出之分,其中 PDM 麦克风由于内部结构相对简单,成本更低,被大量采用。图中 MP45DT02 和 MP34DT01TR 都为 PDM 输出的 MEMS 麦克风。PDM 数据不能直接使用,需要经过滤波,降频等操作获得 PCM 数据。; R0 o7 P% R# d/ Q) B! p
另外,I2S 对双麦克风的支持需要结合定时器及 2 个 IO 复用引脚。实现框架如下图。
1 P. l4 P; J! F) j; w
, W  ~2 |9 @* z6 ^7 V2 u9 u4 g
. p  {4 c2 B. O B1G`6@XMB18QTPTTX{V[2WQ.png
/ U+ Y. `; d6 C+ S% |" X4 d
$ u% U  G- @+ k4 S/ l+ @# e( R! `, t# _# G) Y; \
通过定时器对 I2S_CLK 信号进行两分频输出,然后将获得的信号提供给 MEMS 麦克风的数据线。实现时序图如下所示。依据 I2S 标准(Pilips 标准、左对齐标准和右对齐标准)时序, I2S_CLK 的上升沿获取数据。而对于文中提及的两种 MEMS麦克风,输入时钟(TIM_CLK_OUT)的下降沿使得左通道麦克风(LR 引脚下拉)输出有效数据,右通道麦克风(LR 引脚上拉)数据线进入高阻态;输入时钟的上升沿,左通道麦克风数据线进入高阻态,右通道麦克风输出有效数据。从而实现双麦克风采集。. _  ~* X  c: z8 I7 x

" Q5 O* y" V" }; V) _8 f+ ~. Z  R3 b5 j0 D( P
J8ZKKK@ORV(81%%LEOWOPLI.png - r7 z; |6 G/ X% ?/ F. _

% Y" h$ o& o4 Q/ ^9 E0 z三 应用实现例2 s) b+ M* b3 z
本节围绕上述介绍的两种典型实现架构,结合 ST 评估板,介绍 I2S 接口应用在 STM32CubeMX 工具上配置实现,以及在生成工程后的 API 调用,最终实现基于 I2S 接口的音频数据传输。利用 STM32CubeMX,能够更快的实现针对自定义STM32 平台的开发。实现流程如下。- A" [1 y' z/ m1 G  H
6 \9 ?. C" U1 k1 Z, O
  J- u$ @6 U9 S' o: d. C
LF{9A$]BAIZBEISV5P6{72A.png 4 _$ t$ w( p" {1 m% W7 {

" F" j# S. s5 g# c2 D9 }. v, C4.1 前期准备' h' X' D5 B" g% A# B
/ _) f; W2 Y# P: a
602N]$HW3FY`KB%OJ4I[X{X.png ( A9 ^3 A& A- `% t: I1 s
4 N6 @/ z1 q+ S% O+ [: m+ _
4.2 应用实现
# ^9 e# X+ v" _( {& r0 a4.2.1 实现 1
9 Y- s! [$ V" C3 u结合 STM32CubeMX 的软件开发流程如下图。7 L4 |; ]- @( ^$ d% O6 b1 Y/ |
, u) B* G1 N! c2 M
8 m6 w1 M, E4 F! q
1L`JHN[PVKJB52NEA`7%$UR.png * t/ g+ j1 }; r2 j& A

: p  w4 k& v2 h, F/ E* Q7 C接下来一步一步呈现实现过程。5 \0 _3 x8 b, ^% |. E- k
步骤 1:在 STM32CubeMX 中根据硬件选择 STM32F413ZHTx、外部时钟、调试接口、I2C 通道和 I2S 通道(利用 I2C接口配置和控制编解码器),如下截图。硬件电路原理图可以在上节的链接网址中获取。其中,I2S 工作于主模式
' U( E) U. ~% m4 A
" T6 Q% X/ F; k( ]3 H6 E& |: k2 r: B' ^" `% U- ^
Z${A5R}R74K1@QP_PO0W)98.png 6 n) o: y* {# H/ o

* f* k* f/ X) Q' b选择各外设后,由于外设功能可关联到不同的引脚,自动分配的引脚可能与硬件连接的引脚不一致。此时,可以在需要重新关联的引脚上按住 Ctrl 键+鼠标左键按下,出现支持相同功能的全部复用引脚,将其拖动到与硬件设计一致的引脚上。如上图步骤 5 所示。
1 y8 I) C" |/ w/ A* d7 b( @步骤 2:时钟配置。时钟配置涉及环节较多,STM32CubeMX 提供了便捷的时钟配置实现,如下图,只需简单的几步,即可获得最高主频运行的时钟配置。需要注意“ Input Frequency ”值,应保持与外部高速时钟一致。
6 P& U& `3 N7 f尽管在上述 I2S 接口介绍中, I2S 采样率与时钟配置有关联,但在 HAL 库实现中会根据 I2S 中的采样率参数,自动完成时钟参数配置。
# n4 \- @0 Y+ s& p" i5 _0 a4 _$ Q# C7 r; y, q8 x* u9 W9 h
) y& z2 m" p2 H
MBT5S%T5DZP660P_U{Q88S3.png
' d/ _/ D$ w# M
: I  Y0 V! Q4 \( P5 N) c) e& a步骤 3:I2S 配置。点击切换到 Configuration 标签页,按照如下步骤进入 I2S 配置界面
8 R% z% O" o  V+ [1 d) G$ p" D, ^5 e: _7 E
BQJ%{MFGE]@I]A47@$AON%6.png ! l" l: O1 W+ ~5 G4 u
& e5 n  ?( E; Q
I2S 参数配置。配置后截图如下。3 m- h" \6 I! F5 d
& f: Y- ?- L: n  N( \% d9 ^
6TQOZFPM4ZQ@0`BR0A90RYF.png
5 Z0 Z9 x' s& M8 B% |* X" nTransmission Mode: 传输模式。决定 SD 数据线传输方向(SD_Ext 方向相反)。根据硬件设计, I2Sx_SD 向编解码器输出数据,所以选择发送模式。
" C) Z, ~. V7 o& @& T: lCommunication Standard: 传输标准。本文中采用 I2S Philips 标准(需要利用 I2C 发送命令配置 WM8994 工作于相同标准)。1 K8 q2 O3 A9 L2 L% s
Data and Frame Format: 数据位宽和帧位宽。如同“传输标准”的配置,保持与编解码器配置一致。" t3 u) w  E$ E0 ?: ]" x
Selected Audio Frequency: 音频频率。可选频率 8KHz、11KHz、16KHz、22KHz、32KHz、44KHz、48KHz、96KHz、192KHz,这里选择 48KHz。如同“传输标准”的配置,保持与编解码器配置一致。
5 y. z. h; F% {6 K5 U6 jClock polarity:时钟极性(非激活态时)。+ F$ u1 n: F/ W) r/ e# l
I2S DMA 设置。切换到 DMA Settings 标签页,按照下图步骤设置。(图为设置完成后截图。)
0 R% B. |" A' c/ o0 O' v* r2 U6 r" W! J6 k
5 T. i# Q3 @& J- M
)~5SAZYUB1YG)6_N~]G0UX9.png * B% k4 ?1 |7 S( D# [/ z
6 v6 T3 D3 o" a7 c  g) H7 E
步骤 4:I2C 配置。点击 FMPI2C1 图标进入 FMPI2C 配置界面,参数配置如下图。参数介绍请参考对应型号的参考手册。
! E7 d4 z/ Q, j& `* p5 j )N1O6[`BPB7H7H_JS~{{QTT.png / I0 i" d8 ]1 N6 C& Z

/ D5 V7 W$ r6 D5 \  K步骤 5:生成 IAR 工程文件。在菜单栏 \ Project \ Settings 打开工程设置界面,设置工程名、工程存放位置以及对应的IDE 工具(本文中采用 IAR EWARM)。其他保持默认,更多参数介绍请参考 UM1718。点击菜单栏 \ Project \ Generate code 生成工程。STM32CubeMX 生成工程中包含了时钟、外设等初始化。开发者可以在此基础上增加函数调用实现应用开发。
' H2 U$ O/ }7 O* A8 P3 r步骤 6:利用 IAR EWARM 打开工程,添加 API 调用,实现音频数据传输,具体步骤如下。: z9 n7 m0 \+ z5 s; Y
1. 添加编解码器 wm8994 的驱动函数。为简化操作,直接采用 Cube 软件包中提供的 wm8994 驱动文件 wm8994.c,wm8994.h 和 audio.h(文件位于 STM32Cube_FW_F4_V1.16.0\Drivers\BSP\Components\wm8994 和STM32Cube_FW_F4_V1.16.0\Drivers\BSP\Components\Common)。其中 wm8994.c 复制到 src 文件夹中,wm8994.h 和 audio.h 复制到 inc 文件夹中,并添加到工程中,如下图。
; ], s7 P9 j) z3 q/ K0 [" z6 l7 R( a: N: P' A, O
# y5 W8 B! Y1 I4 y7 k
)E3XG6NS~6(Z9N{32P}X9ZJ.png $ J6 e; e9 W8 Z, n/ ?! b

. A! I5 t; N0 |! f( |7 [$ i7 @2. 按照下表增添应用代码。实现如下音频数据流向。为简便起见,直接将 I2S 接收和发送关联到同一个存储空间,并同时执行,在实际应用中,应加以优化完善,避免读写位置交错引起的错误。另外,由于硬件上仅有一路麦克风通道输入,尽管采用双麦克风通道配置,但有一路麦克风通道无有效数据,体现在耳机输出上,有一路无有效输出。
0 C$ m4 y2 Y0 O
8 U. X% N9 k+ B
$ H( x- U' R- e. p7 g T`OVH8GKH0JV0YED0$_Z218.png * q  \% Y6 D6 y3 j! O3 }7 z/ y
4 w* ~4 d( h- b& J) b' ]
3. 编译生成执行文件,下载运行。
5 c8 A5 X# U" u7 m注:下表中省略号表示,之间有其他未列出的代码部分
, }0 {; `" m1 a1 x3 ~3 ~8 o! Y: m- o, t6 e7 I

3 ~. k  D, _  z  O  Y# T3 q* zmain.h$ z5 L: k4 O: v: _. U# T
  1. /* 增加如下代码 */
    6 i7 Y: d6 X& j/ ]2 s% K' \
  2. #include <stdint.h>
    ' A* M$ W/ x  T: S: g  H, o
  3. /**( u  r1 ?- s/ w6 v( M& [
  4. * @brief Audio I2C Slave address# |) f+ p( o9 N- i$ q: {" s
  5. */
    9 {9 |( ]  ]9 b2 J; N  J4 i
  6. #define AUDIO_I2C_ADDRESS ((uint16_t)0x34)
    3 ~/ e. M5 @4 m( M4 E( }5 h
  7. /* Codec output DEVICE */
    ; M( ?& x8 l3 ~0 ~; B
  8. #define OUTPUT_DEVICE_SPEAKER ((uint16_t)0x0001)
    % e, d  g9 F1 e  U8 P0 U5 V/ u
  9. #define OUTPUT_DEVICE_HEADPHONE ((uint16_t)0x0002)
    $ H/ P5 d% S# n
  10. #define OUTPUT_DEVICE_BOTH ((uint16_t)0x0003)
    + A9 |% d/ l. P: k9 o9 T/ S$ G
  11. #define OUTPUT_DEVICE_AUTO ((uint16_t)0x0004)7 }, Z' _; M. d7 \9 _! r1 @9 q. K
  12. #define INPUT_DEVICE_DIGITAL_MICROPHONE_1 ((uint16_t)0x0100)
    1 G7 P$ R- u/ s' p& K0 b& I
  13. #define INPUT_DEVICE_DIGITAL_MICROPHONE_2 ((uint16_t)0x0200)
    " V/ ~- e3 J4 o- K5 i# R5 |
  14. #define INPUT_DEVICE_INPUT_LINE_1 ((uint16_t)0x0300)
    7 ]2 `6 q2 e7 b" J. Y; J& f
  15. #define INPUT_DEVICE_INPUT_LINE_2 ((uint16_t)0x0400): k: B( R( d: z
  16. #define INPUT_DEVICE_DIGITAL_MIC1_MIC2 ((uint16_t)0x0800)2 K5 u9 Q# |( }/ x% C" p6 L  s
  17. #define AUDIO_VOLUME 80
    2 Z8 O1 K- @" ]# A  T
  18. void AUDIO_IO_Write(uint8_t Addr, uint16_t Reg, uint16_t Value);7 E. A* c1 ]! y, ~
  19. uint16_t AUDIO_IO_Read(uint8_t Addr, uint16_t Reg);' z( ~( `0 X- O% L, b5 e. {" |
  20. uint8_t WM8994_Config(void);6 s6 j/ ~. F) S8 B- t
复制代码
/ }7 Z& E" N% k
main.c
6 o4 S% H+ L1 `8 S3 b# D/ V/ W/ D) J
  1. /* 添加 wm8994 驱动头文件 */
    5 R6 _- }# b, }* C1 q* [5 h6 Y
  2. /* USER CODE BEGIN Includes */! w  ~  Z7 a& q- R7 a6 M
  3. #include "wm8994.h"$ [* Q1 K$ h" b6 T
  4. ……  C# @4 F6 z) q$ n8 k+ Y  w5 l
  5. /* 增加音频数据流暂存空间 */
    . [# Y" w( `" n( t
  6. /* USER CODE BEGIN PV */, i9 ~' F6 w4 x! A1 p% O
  7. /* Private variables -------------------------------------------
    & R3 N* d0 {" R3 j# {8 e
  8. --------------*/6 o/ _3 D! u2 F  H+ }1 {! l
  9. uint8_t AudioBuf[2*2*48] = {0}; //2 CH*16bit*48KHz
    % N: K& R, p3 V
  10. /* USER CODE BEGIN 4 */
    6 q1 u. d' A% P, i& u" E* [9 m' p
  11. /**9 Y, g7 U; z! H( @( ]& t" I
  12. * @brief Writes a single data.
    ' Z' j, o: W* @, @6 M+ ~( S
  13. * @param Addr: I2C address8 D# r2 [/ E4 W4 X& o6 Z$ Q
  14. * @param Reg: Reg address: E, N0 J8 ~% ?
  15. * @param Value: Data to be written
    ) z! }$ I3 ]5 s9 S  s& }
  16. * @retval None
    ; \( M! o' i( z/ W' k5 t) _# i
  17. */
    8 S: d- g, _: m2 X. {  K) Y# n
  18. void AUDIO_IO_Write(uint8_t Addr, uint16_t Reg, uint16_t Value)
    0 ?; U: y& Z6 d. u' ^7 B
  19. {; O, r+ Q' ]7 e; @& P9 A% U
  20. uint16_t tmp = Value;
      f' @" r' z: ^! E' ^4 M" q
  21. Value = ((uint16_t)(tmp >> 8) & 0x00FF);
    ; L  U2 l% Z/ u1 }( h& t0 G* X
  22. Value |= ((uint16_t)(tmp << 8)& 0xFF00);
    2 s6 O. E; O2 r) B# d
  23. /* Check the communication status */
    # z4 p4 d, T* ^: M& x% V
  24. if(HAL_FMPI2C_Mem_Write(&hfmpi2c1, Addr, (uint16_t)Reg,
    : y3 l: r; O9 r7 [
  25. FMPI2C_MEMADD_SIZE_16BIT, (uint8_t*)&Value, 2, 1000) != HAL_OK)
    ; r4 d% E) |0 x# v1 h$ L1 ?' [* I
  26. {1 H+ h2 q# {" M( N/ M
  27. /* De-initialize the I2C communication bus */
    ! G- N+ Y7 Z' g- a9 D' U
  28. HAL_FMPI2C_DeInit(&hfmpi2c1);$ }2 \; A* G0 ~  Q% `$ \
  29. /* Re-Initialize the I2C communication bus */
    , Y3 ?4 w) n  x9 U* D8 S
  30. MX_FMPI2C1_Init();$ y; x: Y+ c  c4 ^8 H8 i
  31. }# g2 j8 l$ ]* p
  32. }
    ) s, B% Q7 ^) _7 @
  33. /**1 d9 |+ j- w! S. K  F) Q
  34. * @brief Reads a single data., f& D- C, ]3 T- D+ i! g* [  G
  35. * @param Addr: I2C address+ a# I/ Z% }+ N
  36. * @param Reg: Reg address
    ! H* `# x. c# k$ l2 `
  37. * @retval Data to be read
    / }3 s$ r* B' x& S$ z9 @$ s
  38. */
    5 K$ r5 Q1 y% U& z
  39. uint16_t AUDIO_IO_Read(uint8_t Addr, uint16_t Reg)
    + `: m  q6 r# s2 S1 `) p
  40. {( v/ {$ U  g- I! h- d& o2 J
  41. uint16_t read_value = 0, tmp = 0;: U  G# ~$ q& G
  42. if(HAL_FMPI2C_Mem_Read(&hfmpi2c1, Addr, (uint16_t)Reg,; K6 H7 [8 Y( ~, J& Z7 _0 [
  43. FMPI2C_MEMADD_SIZE_16BIT, (uint8_t*)&read_value, 2,, n+ q' Z" q% h1 ]' z7 A- q
  44. 1000) !=HAL_OK)
    $ m" D+ G3 x" t  c
  45. {' X2 v! N  n6 M- P0 \* r9 @7 _
  46. /* De-initialize the I2C communication bus */
      Z) f, V* y8 s: y8 [
  47. HAL_FMPI2C_DeInit(&hfmpi2c1);
    8 E1 H, W  N9 ]+ z- B$ s
  48. /* Re-Initialize the I2C communication bus */
    7 C3 I8 b& }8 |7 B) k( V0 Q
  49. MX_FMPI2C1_Init();
    : u& l, X/ F. X5 e( M
  50. } 9 @9 s1 T2 b* H
  51. tmp = ((uint16_t)(read_value >> 8) & 0x00FF);
    9 }6 @7 c7 e) D1 V+ _2 _& m7 b
  52. tmp |= ((uint16_t)(read_value << 8)& 0xFF00);( _5 {- Q) v* F
  53. read_value = tmp;5 y4 G" k: Q# i( [! A4 l
  54. return read_value;9 z' M3 ^7 z; X$ W
  55. }
    3 ^& p6 D' E  R  p
  56. /**& T( D2 C; C, k" L
  57. * @brief Initializes Audio low level.
    7 x9 `# O# `8 U# F1 x# c3 H  D
  58. */
    ( M: u7 \: @9 E- P( O9 [
  59. void AUDIO_IO_Init(void)
      m+ U2 t1 Y( R9 z" Q* ~
  60. {/ c% [, ~& L, E7 c* v% i, u
  61. //Already defined in MX_FMPI2C1_Init().
    # |) M! O) g# w) d+ e0 I
  62. }
    * g- c& e" ~5 Z2 y  c8 G+ p) }
  63. void AUDIO_IO_Delay(uint32_t Delay)
    * \1 H, f) Y1 }  R# N: ?% g
  64. {8 p* s5 p. [0 [- ^: n( A; \
  65. HAL_Delay(Delay);
    9 ^+ R+ w/ b4 U, G0 C! O1 K% ~
  66. }
    ( X- f9 K9 s0 q6 x8 b3 E5 ~) P
  67. uint8_t WM8994_Config(void)
    ; H% k2 X/ p2 `* I
  68. {
    $ C. w4 }4 l5 V
  69. uint8_t ret = HAL_ERROR;: {% ?' \5 p, [1 y9 x% }+ _
  70. uint32_t deviceid = 0x00;
    & [2 `1 O3 z" _6 W, I) j
  71. /* wm8994 codec initialization */" ^( b8 I( ^) P: }6 t- c
  72. deviceid = wm8994_ReadID(AUDIO_I2C_ADDRESS);6 j6 t: w8 y' u7 G$ c9 y
  73. if((deviceid) == WM8994_ID)
    % k8 u, K0 G' C* o, E  c. Z
  74. {
    4 ?& K. K+ q$ S# Z( f& x) D: G
  75. /* Reset the Codec Registers */
      |# @  B3 F* x
  76. wm8994_Reset(AUDIO_I2C_ADDRESS);5 E5 o9 \/ P" p& a; O1 ]7 ^( n
  77. ret = HAL_OK;5 F+ g, i: q! X: U8 W
  78. }
    ' N3 l! u& Q) _2 T3 e7 H5 V
  79. else0 G* p5 c# G8 c1 n' [3 l9 I0 ^% `
  80. {  Q, M, |" ^; Y' v) t
  81. ret = HAL_ERROR;( K* E8 D( L2 ^# q( M
  82. }
    " U" C2 \" R/ X: @, Z! q' L
  83. if(ret == HAL_OK)! k. Z  j# E5 l+ {. T
  84. {$ a- @+ S& v+ F7 r
  85. /* Initialize the codec internal registers */7 S4 H; x3 e- b( D) B0 h
  86. wm8994_Init(AUDIO_I2C_ADDRESS,
    + ]; f- I; G9 C1 a) \
  87. INPUT_DEVICE_INPUT_LINE_1|OUTPUT_DEVICE_AUTO, AUDIO_VOLUME,+ R  i  l3 T! k8 Q8 {" X9 {7 V
  88. I2S_AUDIOFREQ_48K);2 w  j( a7 K  m+ S  B6 n
  89. }, z5 A5 B) |6 i( h( x2 x( |
  90. if(wm8994_SetMute(AUDIO_I2C_ADDRESS, AUDIO_MUTE_OFF) != 0)4 v% X; J0 r( q+ l
  91. {% i' M3 z* [% s9 F3 ?8 C0 t' m
  92. ret = HAL_ERROR;
    " ^8 H4 a& \" i
  93. }/ v$ k$ w) x( z8 _4 C
  94. return ret;
    + @: t- @( D$ A7 D0 n0 o
  95. }+ k& R3 w7 G* U( U, [6 [
  96. /* USER CODE END 4 */# b% ]8 o) F4 k/ `4 h- H1 ]
  97. HAL_I2SEx_TransmitReceive_DMA(&hi2s2,(uint16_t
    0 ]" l: n6 ^) N2 W3 K
  98. *)AudioBuf,(uint16_t *)AudioBuf,(sizeof(AudioBuf)/2));; |! @" Y! j( O+ y/ W+ f
  99. 8 F7 l5 u4 n2 J5 Z
  100. if( WM8994_Config() != HAL_OK)
    + z. a! i3 i) X3 o  ?% _
  101. {
    : r: d) \" m; q; G: C8 \4 Z% r
  102. Error_Handler();
      a! [- \+ u# n" g' i) O
  103. }4 q( ^( F' z1 L/ ^: ~8 c
复制代码

# k' F% }' B9 @8 k2 G6 k. v$ j; L0 Nwm8994.h. i! v7 G( U) X& p9 U/ @
  1. /* 修改头文件路径 */, I; p# ?& @3 l+ f8 K
  2. //#include "../Common/audio.h"; Q  p4 N# b1 j' a8 z$ ?6 m
  3. #include "audio.h"
    & R) c+ ~% {+ x& }7 C; V
  4. #include "main.h"" D; O% }# f, O* i& ?$ ]# z
  5. ……
    0 u" J1 o$ f: ~
  6. /* 修改函数声明 */7 z7 ~- y  v5 M$ a
  7. //uint8_t AUDIO_IO_Read(uint8_t Addr, uint16_t Reg);
    - ^# B" m+ j1 j' t
  8. uint16_t AUDIO_IO_Read(uint8_t Addr, uint16_t Reg);
复制代码

7 m7 g/ M/ {" _0 m' o' n: |% G! H, [; q, Y- U$ N6 ^. [  s' c' J
wm8994.c w    c wm8994_Init
$ r4 o7 I& j& e( Q1 Q0 H# I& l. T' ~0 K
  1. /* 修改参数,降低放大倍数*/( ?3 I, Z: ], G: {
  2. case INPUT_DEVICE_INPUT_LINE_1 :
    & b8 v, U+ a' [
  3. ……% ?7 I  t* H2 y- N
  4. /* Disable mute on IN1L_TO_MIXINL and +30dB on IN1L PGA7 W& J, \& q, Y/ u0 V5 \
  5. output */) _% n5 t4 m. \5 k
  6. //counter += CODEC_IO_Write(DeviceAddr, 0x29, 0x0035);
    7 R$ i# H2 k5 M" W7 d% {
  7. counter += CODEC_IO_Write(DeviceAddr, 0x29, 0x0033);9 g9 ]/ @3 m) w4 V  r% @6 Z
  8. /* Disable mute on IN1R_TO_MIXINL, Gain = +30dB */. N$ o! c: a& P& V
  9. //counter += CODEC_IO_Write(DeviceAddr, 0x2A, 0x0035);
    2 l6 G% B0 I) X- r. M: @
  10. counter += CODEC_IO_Write(DeviceAddr, 0x2A, 0x0033);
    4 X: k9 d: U# G0 Z. k
  11. ……
    + |# [) Q( Z# G6 R) ?
  12. /* 修改参数,避免后续操作将麦克风偏置 1 关闭*/
    + b! \0 J& K2 I" ?; t
  13. /* Enable bias generator, Enable VMID, Enable HPOUT1 (Left)9 k# C& I, f0 }
  14. and Enable HPOUT1 (Right) input stages */
    $ s+ V) h4 E( l& _
  15. /* idem for Speaker */
    * k" G3 k% A  P  K, Z
  16. //power_mgnt_reg_1 |= 0x0303 | 0x3003;0 _. i/ F+ V8 ?, U$ o
  17. if(input_device > 0)+ [9 y8 B- x" M7 [! C: }( @
  18. power_mgnt_reg_1 |= 0x0303 | 0x3003 | 0x0010;
    6 E6 A; C! g. H7 A3 D" Y! r
  19. else- M" G' r$ X& I. I9 ^2 S+ U
  20. power_mgnt_reg_1 |= 0x0303 | 0x3003;
复制代码

4 y9 T% {" ^: E$ M# ]3 x
5 ?! G7 w; X* J, |6 @0 N由上述添加及修改,可知在利用 STM32CubeMX 配置、生成工程后,I2S 数据接收和发送实现方便,只需要调用 HAL 库提供的 API 即可。工作较多集中在 STM32 的音频接口了解和编解码器功能配置方面。编解码器方面,一般编解码器厂商会有文档、配套工具或者配置例程提供。5 \+ d4 v) x1 a5 K  A' E0 L7 z

' s& y! d6 ]- ?/ d: E4.2.2 实现 2* z( S5 b1 r) e/ A$ b/ p1 V
这种架构实现例,可参考 Cube 软件包中提供的例程,不再做展开介绍。例程路径如下:
) x& I' \5 b, a6 y, L. g1.STM32Cube_FW_F4_V1.16.0\Projects\STM32F401-Discovery\Applications\Audio\Audio_playback_and_record# U  F% p* a) r/ ^
2.STM32Cube_FW_F4_V1.16.0\Projects\STM32F411E-Discovery\Applications\Audio\Audio_playback_and_record
- d4 P6 u* Z6 ?$ |$ ^2 E
7 r2 n& q2 T- Z% e9 N  A# b+ t. w1 Q1 ^4 W8 c0 B
四 低功耗设计
$ j1 T6 G) R$ l) ]4 f不同功耗模式下,I2S 工作情况如下表。& d* [( F3 R/ Z3 f3 X1 N
$ M0 ]* R$ f: X. t7 j) H& ]
8 Z$ C' Y3 ?% C1 n
8O{X7XO9IE9GC5MBS(98MDL.png
# A' q6 }3 i8 ]/ ~) a6 j. r% a* o
注1. 不同系列 STM32,低功耗模式有差异,具体以参考手册为准。
% D! Z% z! }; b% G  |0 n: d5 e. e! ^2 j注2. 批处理模式(BAM)并非所有 STM32 产品都支持,支持情况请以对应型号的 STM32 参考手册中描述为准。BAM能够实现在睡眠模式下,批量获取数据,然后再退出睡眠模式进行运算处理等操作。能够进一步实现功耗的降低。更多关于 BAM 介绍可参考 RM0430。  b% G# U) t: Y6 C
- [8 P: ], x- d. k' e

# r+ s) v7 n* G五 小结/ u/ f9 T8 G3 |
在 STM32 音频开发中,结合 STM32CubeMX 和 Cube 软件包中提供的例程,容易完成基于 STM32 的音频平台搭建。* G1 Q+ z+ V% X' b# S
I2S 各协议时序清晰,开发过程中,出现异常时,开发者可以先利用示波器,判断波形对应时序是否正确,以此缩小问题范围,加快问题定位及解决。
' _- k) u2 V  H5 Y; q
; C7 C$ C2 O) ?1 w. ^- n
1 m6 N. S! k% s4 ]
1 k: n+ h% T! ], z8 E2 [. h
& c0 o5 X' [6 e$ _8 x
: f( S* u. {$ \: s% ^+ Q6 K, N$ h! _8 V
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