USB Audio设计与实现

1 前言

本文将基于STM32F4 Discovery板,从零开始设计并实现一个USB Audio的例子。

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。

2.1 从原理框图开始

图1

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。

2.2 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。

2.2.1 USB接口

 

如下图为USB接口部分的电路：

图2

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。

 

2.2.2 Codec部分

 

 

如下图所示:

图3

 

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。

图4

 

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。

 

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。
  • USB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。
  • USB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。

 

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。

接下来，我们来看看软件层面上的实现。

 

3 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。

3.1 创建CubeMx工程

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:

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：

图5

 

Clock configuration:

 

 

图6

 

时钟树如上设置，主频使用168M，I2S时钟输出初始化为96M。

Configuration:

 

  • HAL层：

Usb_FS：使用默认参数。

I2C：100K速率，7位地址宽度，使用默认参数。

I2S：主发模式，标准16位宽，默认音频为48K，如下图：

 

图7

 

并为I2S发送添加DMA，半字位宽：

图8

 

 

  • MiddleWares:

 

USB选择Audiodevice class,其配置参数如下：

图9

 

这里都是默认参数。

图10

 

在描述符参数内得为usb audio class修改两个参数：

 

  • PID得修改为0x5730(否则windows驱动会加载出错)
  •  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：

图11

 

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

图12

 

如上图所示，生成的IAR工程，主要有User,Drivers,Middleware3个目录。

 

  • User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。
  • Drivers目录对应着HAL层，它包含CMSIS，HAL驱动。

 

3.3 开发

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：

图13

 

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：

图14

 

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：

图15

 

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：

[cpp] view plain copy
 
  1. AUDIO_IO_Init()  
  2. AUDIO_IO_DeInit()  
  3. AUDIO_IO_Write()  
  4. AUDIO_IO_Read()  

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：

[cpp] view plain copy
 
  1. //---------------------for c43l22 port--------------------------//  
  2. static void I2Cx_Error(uint8_t Addr)  
  3. {  
  4.   /* De-initialize the IOE comunication BUS */  
  5.   HAL_I2C_DeInit(&hi2c1);  
  6.   
  7.   /* Re-Initiaize the IOE comunication BUS */  
  8.   //I2Cx_Init();  
  9.   //MX_I2C1_Init();  
  10. }  
  11. static void CODEC_Reset(void)  
  12. {  
  13.     HAL_GPIO_WritePin(AUDIO_RESET_GPIO_Port, AUDIO_RESET_Pin, GPIO_PIN_RESET);  
  14.     HAL_Delay(5);  
  15.     HAL_GPIO_WritePin(AUDIO_RESET_GPIO_Port, AUDIO_RESET_Pin, GPIO_PIN_SET);  
  16.     HAL_Delay(5);  
  17. }  
  18. void AUDIO_IO_Init(void)  
  19. {  
  20.   //I2Cx_Init();  
  21. }  
  22. void AUDIO_IO_DeInit(void)  
  23. {  
  24.   
  25. }  
  26. /** 
  27.   * @brief  Writes a single data. 
  28.   * @param  Addr: I2C address 
  29.   * @param  Reg: Reg address 
  30.   * @param  Value: Data to be written 
  31.   */  
  32. static void I2Cx_Write(uint8_t Addr, uint8_t Reg, uint8_t Value)  
  33. {  
  34.   HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;  
  35.   
  36.   status = HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, Addr, (uint16_t)Reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &Value, 1, I2C_TIMEOUT);  
  37.   
  38.   /* Check the communication status */  
  39.   if(status != HAL_OK)  
  40.   {  
  41.     /* I2C error occured */  
  42.     I2Cx_Error(Addr);  
  43.   }  
  44. }  
  45. void AUDIO_IO_Write(uint8_t Addr, uint8_t Reg, uint8_t Value)  
  46. {  
  47.   I2Cx_Write(Addr, Reg, Value);  
  48. }  
  49.   
  50. /** 
  51.   * @brief  Reads a single data. 
  52.   * @param  Addr: I2C address 
  53.   * @param  Reg: Reg address 
  54.   * @retval Data to be read 
  55.   */  
  56. static uint8_t I2Cx_Read(uint8_t Addr, uint8_t Reg)  
  57. {  
  58.   HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;  
  59.   uint8_t Value = 0;  
  60.   
  61.   status = HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, Addr, Reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &Value, 1, I2C_TIMEOUT);  
  62.   
  63.   /* Check the communication status */  
  64.   if(status != HAL_OK)  
  65.   {  
  66.     /* Execute user timeout callback */  
  67.     I2Cx_Error(Addr);  
  68.   }  
  69.   
  70.   return Value;  
  71. }  
  72. uint8_t AUDIO_IO_Read(uint8_t Addr, uint8_t Reg)  
  73. {  
  74.   return I2Cx_Read(Addr, Reg);  
  75. }  

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。

 

3.3.2.2 usb audiointerface与codec的对接

 

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。

 

按照这一清晰思路，我们首先找到usbd_audio_if.c的一个接口：

 

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

 

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：

[cpp] view plain copy
 
  1. static void I2Sx_Init(uint32_t AudioFreq)  
  2. {  
  3.   /* Initialize the haudio_i2s Instance parameter */  
  4.   hi2s3.Instance = SPI3;  
  5.   
  6.  /* Disable I2S block */  
  7.   __HAL_I2S_DISABLE(&hi2s3);  
  8.   
  9.   hi2s3.Init.Mode = I2S_MODE_MASTER_TX;  
  10.   hi2s3.Init.Standard = I2S_STANDARD;  
  11.   hi2s3.Init.DataFormat = I2S_DATAFORMAT_16B;  
  12.   hi2s3.Init.AudioFreq = AudioFreq;  
  13.   hi2s3.Init.CPOL = I2S_CPOL_LOW;  
  14.   hi2s3.Init.MCLKOutput = I2S_MCLKOUTPUT_ENABLE;  
  15.   
  16.   if(HAL_I2S_GetState(&hi2s3) == HAL_I2S_STATE_RESET)  
  17.   {  
  18.     HAL_I2S_MspInit(&hi2s3);  
  19.   }  
  20.   /* Init the I2S */  
  21.   HAL_I2S_Init(&hi2s3);  
  22. }  
  23. const uint32_t I2SFreq[8] = {8000, 11025, 16000, 22050, 32000, 44100, 48000, 96000};  
  24. const uint32_t I2SPLLN[8] = {256, 429, 213, 429, 426, 271, 258, 344};  
  25. const uint32_t I2SPLLR[8] = {5, 4, 4, 4, 4, 6, 3, 1};  
  26. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_Init(uint16_t OutputDevice, uint8_t Volume, uint32_t AudioFreq)  
  27. {  
  28.     uint32_t deviceid = 0x00;  
  29.     uint8_t ret = AUDIO_ERROR;  
  30.     uint8_t index = 0, freqindex = 0xFF;  
  31.     RCC_PeriphCLKInitTypeDef RCC_ExCLKInitStruct;  
  32.   
  33.     //get the according P,N value and set into config,this is for audio clock provide  
  34.     for(index = 0; index < 8; index++)  
  35.     {  
  36.         if(I2SFreq[index] == AudioFreq)  
  37.         {  
  38.             freqindex = index;  
  39.         }  
  40.     }  
  41.     HAL_RCCEx_GetPeriphCLKConfig(&RCC_ExCLKInitStruct);  
  42.     if(freqindex != 0xFF)  
  43.     {  
  44.         RCC_ExCLKInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_I2S;  
  45.             RCC_ExCLKInitStruct.PLLI2S.PLLI2SN = I2SPLLN[freqindex];  
  46.             RCC_ExCLKInitStruct.PLLI2S.PLLI2SR = I2SPLLR[freqindex];  
  47.             HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_ExCLKInitStruct);  
  48.     }  
  49.     else  
  50.     {  
  51.         RCC_ExCLKInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_I2S;  
  52.             RCC_ExCLKInitStruct.PLLI2S.PLLI2SN = 258;  
  53.             RCC_ExCLKInitStruct.PLLI2S.PLLI2SR = 3;  
  54.             HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_ExCLKInitStruct);  
  55.     }  
  56.   
  57.     //reset the Codec register  
  58.     CODEC_Reset();  
  59.     deviceid = cs43l22_drv.ReadID(AUDIO_I2C_ADDRESS);  
  60.     if((deviceid & CS43L22_ID_MASK) == CS43L22_ID)  
  61.       {  
  62.         /* Initialize the audio driver structure */  
  63.         audio_drv = &cs43l22_drv;  
  64.         ret = AUDIO_OK;  
  65.       }  
  66.       else  
  67.       {  
  68.         ret = AUDIO_ERROR;  
  69.       }  
  70.   
  71.      if(ret == AUDIO_OK)  
  72.       {  
  73.         audio_drv->Init(AUDIO_I2C_ADDRESS, OutputDevice, Volume, AudioFreq);  
  74.         /* I2S data transfer preparation: 
  75.         Prepare the Media to be used for the audio transfer from memory to I2S peripheral */  
  76.         /* Configure the I2S peripheral */  
  77.         I2Sx_Init(AudioFreq);  
  78.       }  
  79.     return AUDIO_OK;  
  80. }  

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：

图16

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:


图17

也就是(1M*258/3)/[(16*2)*((2*3)+1)]=47991.07142857143,差不多48K。

PLL2SN，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。

 

搞懂了这些之后，我们马上将其代码进行对接：
[cpp] view plain copy
 
  1. static int8_t AUDIO_Init_FS(uint32_t  AudioFreq, uint32_t Volume, uint32_t options)  
  2. {   
  3.   /* USER CODE BEGIN 0 */  
  4.   BSP_AUDIO_OUT_Init(OUTPUT_DEVICE_AUTO, Volume, AudioFreq);  
  5.   return (USBD_OK);  
  6.   /* USER CODE END 0 */  
  7. }  

接下来下一个需要对接的接口：

[cpp] view plain copy
 
  1. static int8_t AUDIO_DeInit_FS(uint32_t options)  
  2. {  
  3.   /* USER CODE BEGIN 1 */   
  4.   BSP_AUDIO_OUT_Stop(CODEC_PDWN_SW);  
  5.   return (USBD_OK);  
  6.   /* USER CODE END 1 */  
  7. }  

很明显，这个个反初始化的接口，它的具体实现如下：

[cpp] view plain copy
 
  1. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_Stop(uint32_t Option)  
  2. {  
  3.   /* Call the Media layer stop function */  
  4.   HAL_I2S_DMAStop(&hi2s3);  
  5.   
  6.   /* Call Audio Codec Stop function */  
  7.   if(audio_drv->Stop(AUDIO_I2C_ADDRESS, Option) != 0)  
  8.   {  
  9.     return AUDIO_ERROR;  
  10.   }  
  11.   else  
  12.   {  
  13.     if(Option == CODEC_PDWN_HW)  
  14.     {  
  15.       /* Wait at least 1ms */  
  16.       HAL_Delay(1);  
  17.   
  18.       /* Reset the pin */  
  19.       //BSP_IO_WritePin(AUDIO_RESET_PIN, RESET);  
  20.       HAL_GPIO_WritePin(AUDIO_RESET_GPIO_Port, AUDIO_RESET_Pin, GPIO_PIN_RESET);  
  21.     }  
  22.   
  23.     /* Return AUDIO_OK when all operations are correctly done */  
  24.     return AUDIO_OK;  
  25.   }  
  26. }  

先关闭I2S的DMA，在调用Codec的停止接口。

OK，下一个：
[cpp] view plain copy
 
  1. static int8_t AUDIO_AudioCmd_FS (uint8_t* pbuf, uint32_t size, uint8_t cmd)  
  2. {  
  3.   /* USER CODE BEGIN 2 */  
  4.   switch(cmd)  
  5.   {  
  6.     case AUDIO_CMD_START:  
  7.         BSP_AUDIO_OUT_Play((uint16_t *)pbuf, size);  
  8.     break;  
  9.   
  10.     case AUDIO_CMD_PLAY:  
  11.         BSP_AUDIO_OUT_ChangeBuffer((uint16_t *)pbuf, size);  
  12.     break;  
  13.   }  
  14.   return (USBD_OK);  
  15.   /* USER CODE END 2 */  
  16.     
  17. }  

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：

[cpp] view plain copy
 
  1. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_Play(uint16_t* pBuffer, uint32_t Size)  
  2. {  
  3.   /* Call the audio Codec Play function */  
  4.   if(audio_drv->Play(AUDIO_I2C_ADDRESS, pBuffer, Size) != 0)  
  5.   {  
  6.     return AUDIO_ERROR;  
  7.   }  
  8.   else  
  9.   {  
  10.     /* Update the Media layer and enable it for play */  
  11.     HAL_I2S_Transmit_DMA(&hi2s3, pBuffer, DMA_MAX(Size/AUDIODATA_SIZE));  
  12.     return AUDIO_OK;  
  13.   }  
  14. }  

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。

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:
[cpp] view plain copy
 
  1. void BSP_AUDIO_OUT_ChangeBuffer(uint16_t *pData, uint16_t Size)  
  2. {  
  3.   HAL_I2S_Transmit_DMA(&hi2s3, pData, Size);  
  4. }  

也是通过I2S的DMA将数据传输给外部Codec。

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:
[cpp] view plain copy
 
  1. void TransferComplete_CallBack_FS(void)  
  2. {  
  3.   /* USER CODE BEGIN 7 */   
  4.   USBD_AUDIO_Sync(&hUsbDeviceFS, AUDIO_OFFSET_FULL);  
  5.   /* USER CODE END 7 */  
  6. }  
  7. void HalfTransfer_CallBack_FS(void)  
  8. {   
  9.   /* USER CODE BEGIN 8 */   
  10.   USBD_AUDIO_Sync(&hUsbDeviceFS, AUDIO_OFFSET_HALF);  
  11.   /* USER CODE END 8 */  
  12. }  

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。

 

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：
[cpp] view plain copy
 
  1. static int8_t AUDIO_VolumeCtl_FS (uint8_t vol)  
  2. {  
  3.   /* USER CODE BEGIN 3 */   
  4.   BSP_AUDIO_OUT_SetVolume(vol);  
  5.   return (USBD_OK);  
  6.   /* USER CODE END 3 */  
  7. }  

很明显，这个是音量控制接口，也对接下:

[cpp] view plain copy
 
  1. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_SetVolume(uint8_t Volume)  
  2. {  
  3.   /* Call the codec volume control function with converted volume value */  
  4.   if(audio_drv->SetVolume(AUDIO_I2C_ADDRESS, Volume) != 0)  
  5.   {  
  6.     return AUDIO_ERROR;  
  7.   }  
  8.   else  
  9.   {  
  10.     /* Return AUDIO_OK when all operations are correctly done */  
  11.     return AUDIO_OK;  
  12.   }  
  13. }  

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。

下一个:
[cpp] view plain copy
 
  1. static int8_t AUDIO_MuteCtl_FS (uint8_t cmd)  
  2. {  
  3.   /* USER CODE BEGIN 4 */   
  4.   BSP_AUDIO_OUT_SetMute(cmd);  
  5.   return (USBD_OK);  
  6.   /* USER CODE END 4 */  
  7. }  

静音控制，其实现为：

 

[cpp] view plain copy
 
  1. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_SetMute(uint32_t Cmd)  
  2. {  
  3.   /* Call the Codec Mute function */  
  4.   if(audio_drv->SetMute(AUDIO_I2C_ADDRESS, Cmd) != 0)  
  5.   {  
  6.     return AUDIO_ERROR;  
  7.   }  
  8.   else  
  9.   {  
  10.     /* Return AUDIO_OK when all operations are correctly done */  
  11.     return AUDIO_OK;  
  12.   }  
  13. }  

 

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。

图18

最终验证是OK的，可以从耳机上听到PC端播放的音乐。

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5    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。

 

I2S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。

 

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。
posted @ 2018-03-28 13:29  慧心的眼眸  阅读(5252)  评论(1)  编辑  收藏  举报