12. I2S-wm8978-音乐播放

够用的硬件

能用的代码

实用的教程

屋脊雀工作室编撰 -20190101

愿景：做一套能用的开源嵌入式驱动（非LINUX）

官网：www.wujique.com

github: https://github.com/wujique/stm32f407

淘宝：https://shop316863092.taobao.com/?spm=2013.1.1000126.2.3a8f4e6eb3rBdf

技术支持邮箱：code@wujique.com、github@wujique.com

资料下载：https://pan.baidu.com/s/12o0Vh4Tv4z_O8qh49JwLjg

QQ群：767214262

前面章节我们通过DAC播放声音，声音质量只能做到8K，再高的采样频率，CPU就比较吃力了。 内置的DAC精度也没有那么高，一些高级的随身播放器使用的独立DAC芯片通常达到24位。 为了获取较高的音乐质量，屋脊雀板载了一片WM8978，这个芯片也算是各家开发板的标配了。 由于我们还没有调试文件系统，因此我们本次只完成以下功能：

1 将前面调通的收音机通过WM8978播放。 2 内嵌一段声音文件，通过I2S发送到WM8978播放。

功能1验证WM8978是否可用。 功能2进一步验证I2S跟WM8978是否可用。

在开发阶段，硬件还不是稳定状态，调试软件时要尽量通过少的功能验证硬件。如果一开始上来就直接做从SD卡播放MP3文件，一旦遇到问题，需要排除的模块就太多了。

12.1. I2S

百度百科：

I2S(Inter—IC Sound)总线, 又称 集成电路内置音频总线，是飞利浦公司为数字音频设备之间的音频数据传输而制定的一种总线标准，该总线专门用于音频设备之间的数据传输，广泛应用于各种多媒体系统。它采用了沿独立的导线传输时钟与数据信号的设计，通过将数据和时钟信号分离，避免了因时差诱发的失真，为用户节省了购买抵抗音频抖动的专业设备的费用。

在飞利浦公司的I2S标准中，既规定了硬件接口规范，也规定了数字音频数据的格式。

I2S有3个主要信号

  1. 串行时钟SCLK，也叫位时钟（BCLK），即对应数字音频的每一位数据，SCLK都有1个脉冲。SCLK的频率=2×采样频率×采样位数。
  2. 帧时钟LRCK，(也称WS)，用于切换左右声道的数据。LRCK为“1”表示正在传输的是右声道的数据，为“0”则表示正在传输的是左声道的数据。LRCK的频率等于采样频率。
  3. 串行数据SDATA，就是用二进制补码表示的音频数据。
  • 有时为了使系统间能够更好地同步，还需要另外传输一个信号MCLK，称为主时钟，也叫系统时钟（Sys Clock），是采样频率的256倍或384倍。

I2S格式的信号无论有多少位有效数据，数据的最高位总是出现在LRCK变化（也就是一帧开始）后的第2个SCLK脉冲处。这就使得接收端与发送端的有效位数可以不同。如果接收端能处理的有效位数少于发送端，可以放弃数据帧中多余的低位数据；如果接收端能处理的有效位数多于发送端，可以自行补足剩余的位。这种同步机制使得数字音频设备的互连更加方便，而且不会造成数据错位。 随着技术的发展，在统一的 I2S接口下，出现了多种不同的数据格式。根据SDATA数据相对于LRCK和SCLK的位置不同，分为左对齐（较少使用）、I2S格式（即飞利浦规定的格式）和右对齐（也叫日本格式、普通格式）。

12.2. STM32 I2S

stm32没有单独的I2S接口，与SPI共用，资料也在SPI章节。

12.2.1. 特性

../../_images/pic12.pngI2S特性 ../../_images/pic10.pngI2S特性

12.2.2. 结构框图

从下面框图也可以看出，I2S管脚和SPI管脚有复用。 ../../_images/pic26.pngI2S框图

12.2.3. 全双工

I2S为了支持全双工，在全双工模式下，除了I2S2(I2S3)之外，还用到一个额外的I2S，那就是I2S2_ext（I2S3_ext）。

I2S2_ext和I2S3_ext只能工作在全双工模式下，而且只能工作在从模式。 怎么理解呢？如果从我们的硬件与WM8978通信上来说： 1 WM8978有另个功能，一个是STM32输出数据到WM8978的DAC，播放语音。另外一个是STM23从WM8978读数据，录音。 2 I2S，就是用在播音时的通信，这是一个完整的I2S。 3 I2SX_ext用在录音时的通信，因为这个I2SX_ext没有时钟，因此要配合I2S使用，也就是说I2SX_ext仅仅是一个从机接收数据的功能。

12.3. WM8978

WM8978是一颗低功耗、高性能的立体声多媒体数字信号编解码器。该芯片内部集成了24位高性能DAC&ADC，可以播放最高192K@24bit的音频信号，并且自带EQ调节，支持3D音效等功能。不仅如此，该芯片还结合了立体声差分麦克风的前置放大与扬声器、耳机和差分、立体声线输出的驱动，减少了应用时必需的外部组件，直接可以驱动耳机（16Ω@40mW）和喇叭（8Ω/0.9W），无需外加功放电路。

  • 接口 MCU可以通过I2C或者SPI控制WM8978，屋脊雀使用I2C控制。 I2S接口用于传输数据，可以双向传输，播放音乐时MCU通过I2S发送数据到WM8978，录音时MCU通过I2S读取WM8978的数据。
  • 输入 WM8978支持双MIC，硬件上我们只使用一个MIC，同时接到两路MIC输入。 LINE输入不使用，留出测试点。 AUX输入接入收音机音源。
  • 输出 喇叭通过2.0插座引出，配套8欧姆2W音腔喇叭。 耳机输出通过3.5音频座接耳机。 OUT3/OUT4不使用。

12.3.1. I2S传输

在WM8978资料的70页，DIGITAL AUDIO INTERFACES对音频接口有详细说明。 音频接口有4根管脚：

  • ADCDAT:adc data Output
  • DACDAT:dac data Input
  • LRC:Data Left/Right alignment clock
  • BCLK:bit clock, for synchronisation

LCR和BCLK是时钟信号，如果WM8978是主设备，则是输出；从设备，则是输入；通常我们用WM8978做从设备。

WM8978支持5中数据格式：

  • Left justified
  • Right justified
  • I2S
  • DSP mode A
  • DSP mode B

在文档中有这五个模式的数据传输时序图。

第3个格式，I2S，就是我们通常说的飞利浦格式。后面我们就是用这种数据格式，我们看看他的时序图。 ../../_images/pic32.png飞利浦格式

LRC，控制数据左右声道。 BCLK，位时钟 DACDAT/ADCDAT，数据输入输出。

12.3.2. 控制

WM8978怎么用？知道WM8978能做什么才知道怎么用。 规格书《WM8978_v4.5.pdf》第一页就有WM8978的框图。 ../../_images/pic43.jpg原理图 一句话说明WM8978的功能：

将输入进行一定音效处理后输出。
  • 有多少路输入？LINE输入，MIC输出，I2S输入，AUX输入。 从框图可以看到： I2S输入数字数据，首先进行音效处理，再通过DAC转换为模拟量后送到输出端。 LINE/AUX/MIC，经过几个电子开关后送到输出端，同时还送到ADC进行采样，然后经过音效处理模块后，又通过I2S送出，其实也就是录音功能。
  • 有多少路输出？喇叭，耳机，OUT3，OUT4。

我们通过I2C写WM8978的寄存器控制WM8978，实际就是控制这个框图中的各个开关、混音器、音量控制、DACADC功能。 更详细的控制可以在规格书第14页看到，一整页大图说明了音频通路。 ../../_images/pic53.png原理图 在规格书第89页，有所有的寄存器说明。

WM8978 的 IIC 接口比较特殊：

  1. 只支持写，不支持读数据；
  2. 寄存器长度为 7 位，数据长度为 9 位。
  3. 寄存器字节的最低位用于传输数据的最高位（也就是 9位数据的最高位，7位寄存器的最低位）
  4. WM8978 的 IIC地址固定为： 0x1A。

12.4. DMA

本次实验用到DMA，在编码前我们先学习学习DMA。

12.4.1. DMA是什么

按照国际惯例，百度GOOGLE

DMA(Direct Memory Access，直接内存存取) 是所有现代电脑的重要特色，它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于 CPU 的大量中断负载。否则，CPU 需要从来源把每一片段的资料复制到暂存器，然后把它们再次写回到新的地方。在这个时间中，CPU 对于其他的工作来说就无法使用。

从这个就可以看出，DMA就是两个硬件（内存或其他存储结构）直接通信，通信过程不需要CPU干预。

或者说，DMA是一个只有MOV指令的CPU。

对于单片机来说，就两个外设通信，不需要内核干预。 举例： 要将一段内存里面的数据通过串口发送出去。 通常我们就是编写一段程序，一个字节一个字节将数据发送到串口。 在这个过程中，CPU是一直参与传输的。 如果用了DMA，只要配置好DMA后，DMA就会自己将数据从内存传输到串口。 传输过程，CPU可以去做其他事。

12.4.2. STM32 DMA

在《STM32F4xx中文参考手册.pdf》第九章有详细介绍。 特性比较丰富，大家自己看文档，我们看看DMA的框图。 ../../_images/pic61.pngDMA框图 STM32有2个DMA控制器，但是DMA2有点特殊，只能存储器到存储器。

DMA的具体应用，后面编码时我们会详细分析。

12.5. 原理图

下图是WM8978的原理图。

../../_images/pic7.jpg原理图 细心的朋友可能发现，前面我们说I2S通信，只要4根管脚，这里怎么多了一个MCLK呢？

有时为了使系统间能够更好地同步，还需要另外传输一个信号MCLK，称为主时钟，也叫系统时钟（Sys Clock），是采样频率的256倍或384倍。

12.6. WAV转换成数组

这次我们只是验证I2S硬件，不做WAV解码，直接将声音数据转换成一个数组编译到程序里面。如何转换也是一个技巧，学会后处理数据就很简单。

  1. 直接将一个wav文件拖到UltraEdit就可以查看二进制。 ../../_images/15.pngwav文件二进制格式
  2. 全选，然后右键，选择使用十六进制格式复制。
  3. 新建一个txt，粘贴到txt，保存。
  4. 用UE打开刚刚创建的txt。进入编辑菜单下的列模式，下图右边列模式 ../../_images/25.pngUE列操作
  5. 通过列删除删除右边多余数据，通过列添加添加0x前缀和逗号，将数据修改为数组的格式。 ../../_images/34.pngwav数组
  6. 修改完成后添加数组名跟大小括号。
  7. 拷贝到工程的c源文件，就可以将语音编译进bin，直接下载到芯片使用。

12.7. 编码调试

调试步骤： 1 通过I2C控制WM8978，将收音机声音从喇叭播出。 2 通过I2C控制WM8978，通过MIC采集声音从喇叭或耳机输出。 3 通过I2S播放一段内嵌语音。

12.7.1. WM8978控制-播放收音机声音和MIC功能

在board_dev文件夹创建WM8978驱动文件。 I2C接口在前面调试收音机时已经调通。根据WM8978的I2C特殊性，封装两个读写函数，开辟个数组，用来记录写到wm8978寄存器的值，读的时候就从这个数组回读。

s32 dev_wm8978_writereg(u8 reg, u16 vaule);
s32 dev_wm8978_readreg(u8 addr, u16 *data);

其他WM8978控制主要有如下：

s32 dev_wm8978_set_phone_vol(u8 volume)
s32 dev_wm8978_set_spk_vol(u8 volume)
s32 dev_wm8978_set_mic_gain(u8 gain)
s32 dev_wm8978_set_line_gain(u8 gain)
s32 dev_wm8978_set_aux_gain(u8 gain)
s32 dev_wm8978_inout(WM8978_INIPUT In, WM8978_OUTPUT Out)

函数名就可以看出功能，从上到下分别是：

耳机音量设置 喇叭音量设置 MIC输入增益设置 LINE输入增益设置 AUX增益设置 输入输出通道配置

当然，上面只是基本功能，复杂音效暂时不处理。 在main函数中添加如下代码，初始化WM8978后，将收音机设置到指定频率，然后打开wm8978，就可以从喇叭或者耳机听到收音机声音。

/* Infinite loop */
	mcu_uart_open(3);
	wjq_log(LOG_INFO, "hello word!\r\n");
	mcu_i2c_init();
	mcu_spi_init();
	dev_key_init();
	//mcu_timer_init();
	dev_buzzer_init();
	dev_tea5767_init();
	dev_dacsound_init();
	dev_spiflash_init();
	dev_wm8978_init();

	//dev_dacsound_open();
	dev_key_open();
	dev_wm8978_open();
	dev_tea5767_open();
	dev_tea5767_setfre(105700);

	while (1)
	{
		/*驱动轮询*/
		dev_key_scan();

		/*应用*/
		u8 key;
		s32 res;

		res = dev_key_read(&key, 1);
		if(res == 1)
		{
			if(key == DEV_KEY_PRESS)
			{
				//dev_buzzer_open();
				//dev_dacsound_play();
				//dev_spiflash_test();
				//dev_sdio_test();
				dev_wm8978_test();
				GPIO_ResetBits(GPIOG, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1
					| GPIO_Pin_2| GPIO_Pin_3);
				//dev_tea5767_search(1);
			}

其中，初始化WM898代码如下，先初始化I2S，再初始化默认的WM8978配置：

s32 dev_wm8978_init(void)
{
	mcu_i2s_init();//初始化I2S接口
	dev_wm8978_setting_init();//配置WM8978初始化状态
	return 0;
}

初始化WM8978的默认配置，就是写WM8978的寄存器。

static s32 dev_wm8978_setting_init(void)
{
	s32 ret = -1;

	ret = dev_wm8978_writereg(0,0x00);	// 复位WM8978
	if(ret == -1)		// 复位失败
		return ret;

	dev_wm8978_writereg(1,0x1B);

	dev_wm8978_writereg(2,0x1B0);
	dev_wm8978_writereg(3, 0x000C);	// 使能左右声道混合
	dev_wm8978_writereg(6, 0x0000);	// 由处理器提供时钟信号
	dev_wm8978_writereg(43, 0x0010);	// 设置ROUT2反相,驱动扬声器所必须
	dev_wm8978_writereg(49, 0x0006);	// 扬声器 1.5x 增益, 开启热保护

	dev_wm8978_inout(WM8978_INPUT_NULL,
						WM8978_OUTPUT_NULL);

	dev_wm8978_set_mic_gain(50);
	dev_wm8978_set_phone_vol(40);
	dev_wm8978_set_spk_vol(40);
	dev_wm8978_set_aux_gain(3);
	return ret;
}

然后就是打开WM8978，其实就是配置默认输入输出通道

s32 dev_wm8978_open(void)
{
	dev_wm8978_inout(WM8978_INPUT_DAC|WM8978_INPUT_AUX
					|WM8978_INPUT_LMIC|WM8978_INPUT_RMIC,
		WM8978_OUTPUT_PHONE|WM8978_OUTPUT_SPK);

	return 0;
}

程序运行后，就可以听到收音机的声音从WM8978的喇叭跟耳机输出。 同时，MIC也正常工作了，测试MIC时，可以屏蔽掉下面两句

	dev_tea5767_open();
	dev_tea5767_setfre(105700);

也就是关收音机。 同时请注意：MIC距离喇叭较近，有可能发生啸叫。如发生啸叫，可以调小喇叭音量，降低MIC增益，或则关闭喇叭输出，改为耳机监听MIC输入。

  • 到此我们基本验证了WM8978是能工作的，下一步就验证I2S播放音乐。

12.7.2. I2S 播放音频数据

I2S驱动，参考官方例程。I2S的关键是框架设计，也即是怎么使用I2S传输数据？ 软件设计要考虑限制条件：

首先就是速度快，通常播放44K采样频率时，一秒钟就需要传输4422(双声道16BIT)=166K数据，毫无疑问，必须使用DMA传输。 并且需要使用DMA双缓冲机制，双缓冲就可以做到播放时读数据。 第二，播放语音数据来源通常是SD卡或者U盘，读文件系统数据通常速度并不是很快，因此缓冲需要开辟大一点，否则语音将断断续续。
  • 初始化 初始化分两部分，IO口初始化，I2S控制器初始化。
/**
 *@brief:      mcu_i2s_init
 *@details:    初始化I2S接口硬件
 *@param[in]   void  
 *@param[out]  无
 *@retval:     
 */
void mcu_i2s_init (void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

	/*
		LRC 	PB12
		BCLK	PB13
		ADCDAT 	PC2
		DACDAT	PC3
		MCLK	PC6
	*/
	// 初始化时钟
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB|RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);

	GPIO_PinAFConfig(GPIOB,	GPIO_PinSource12,		GPIO_AF_SPI2);
	GPIO_PinAFConfig(GPIOB,	GPIO_PinSource13,		GPIO_AF_SPI2);
	GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource2,		GPIO_AF6_SPI2);
	GPIO_PinAFConfig(GPIOC,	GPIO_PinSource3,		GPIO_AF_SPI2);
	GPIO_PinAFConfig(GPIOC,	GPIO_PinSource6,		GPIO_AF_SPI2);

	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;			// 复用模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;	// 速度等级
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;		// 推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;	//	无上下拉
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_6;		
	GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);

}
/**
 *@brief:      mcu_i2s_config
 *@details:    I2S配置
 *@param[in]   u32 AudioFreq   频率
               u16 Standard    标准
               u16 DataFormat  格式
 *@param[out]  无
 *@retval:     
 */
void mcu_i2s_config(u32 AudioFreq, u16 Standard,u16 DataFormat)
{
	I2S_InitTypeDef I2S_InitStructure;
	// 配置IIS PLL时钟
	RCC_I2SCLKConfig(RCC_I2S2CLKSource_PLLI2S);				
	RCC_PLLI2SCmd(ENABLE);// 使能PLL
	while( RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLI2SRDY) == 0 );// 等待配置完成

	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE);// 初始化IIS时钟

	SPI_I2S_DeInit(SPI2);

	I2S_InitStructure.I2S_AudioFreq = AudioFreq;//设置音频采样频率
	I2S_InitStructure.I2S_Standard = Standard;	//I2S Philips 标准
	I2S_InitStructure.I2S_DataFormat = DataFormat;	//数据长度16位
	I2S_InitStructure.I2S_CPOL = I2S_CPOL_Low;	// 空闲状态电平位低
	I2S_InitStructure.I2S_Mode = I2S_Mode_MasterTx;//主机发送
	I2S_InitStructure.I2S_MCLKOutput = I2S_MCLKOutput_Enable;//主时钟输出
	I2S_Init(SPI2, &I2S_InitStructure);

	I2S_Cmd(SPI2, ENABLE);	// 使能IIS
}
mcu_i2s_init就是IO口初始化，很简单，只要将对应IO设置为AF功能就行了。 我们用的是I2S2，所以设置为SPI2功能即可。
mcu_i2s_config就是I2S控制器的初始化，主要有5个配置：采样频率，通信格式，数据长度，CPOL，主机模式，MCLK时钟输出。

通过查看I2S_InitTypeDef结构体，也可以知道应该如何配置。

typedef struct
{

  uint16_t I2S_Mode;        /*!< Specifies the I2S operating mode.
                              This parameter can be a value of @ref I2S_Mode */

  uint16_t I2S_Standard;    /*!< Specifies the standard used for the I2S communication.
                              This parameter can be a value of @ref I2S_Standard */

  uint16_t I2S_DataFormat;  /*!< Specifies the data format for the I2S communication.
                              This parameter can be a value of @ref I2S_Data_Format */

  uint16_t I2S_MCLKOutput;  /*!< Specifies whether the I2S MCLK output is enabled or not.
                              This parameter can be a value of @ref I2S_MCLK_Output */

  uint32_t I2S_AudioFreq;   /*!< Specifies the frequency selected for the I2S communication.
                              This parameter can be a value of @ref I2S_Audio_Frequency */

  uint16_t I2S_CPOL;        /*!< Specifies the idle state of the I2S clock.
                              This parameter can be a value of @ref I2S_Clock_Polarity */
}I2S_InitTypeDef;
  • DMA配置 DMA前面我们大概了解了一下，其实DMA功能有点复杂。 下面我们通过程序学习学习。
/**
 *@brief:      mcu_i2s_dam_init
 *@details:    初始化I2S使用的DMA通道，双缓冲模式
 *@param[in]   u16 *buffer0  
               u16 *buffer1  
               u32 len       
 *@param[out]  无
 *@retval:     
 */
void mcu_i2s_dma_init(u16 *buffer0,u16 *buffer1,u32 len)
{  
    NVIC_InitTypeDef   NVIC_InitStructure;
    DMA_InitTypeDef  DMA_str;

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA1,ENABLE);	//使IIS DMA时钟
    DMA_DeInit(DMA1_Stream4);	//恢复初始DMA配置

    DMA_str.DMA_Channel = DMA_Channel_0;  //IIS DMA通道
    DMA_str.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&SPI2->DR;	//外设地址
    DMA_str.DMA_Memory0BaseAddr = (u32)buffer0;		//缓冲区0
    DMA_str.DMA_DIR = DMA_DIR_MemoryToPeripheral;	//存储器到外设模式
    DMA_str.DMA_BufferSize = len;		//数据长度
    DMA_str.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;	//外设非增量模式
    DMA_str.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;	//存储器增量模式
    DMA_str.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;//外设数据长度16位
    DMA_str.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;//存储器数据长度16位
    DMA_str.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;	//循环模式
    DMA_str.DMA_Priority = DMA_Priority_High;	//高优先级
    DMA_str.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable; //不使用FIFO      
    DMA_str.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_1QuarterFull;	//FIFO阈值
    DMA_str.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;	//外设突发单次传输
    DMA_str.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;	//存储器突发单次传输
    DMA_Init(DMA1_Stream4, &DMA_str);	//	初始化DMA
    //配置缓冲区1
    DMA_DoubleBufferModeConfig(DMA1_Stream4,(uint32_t)buffer0, DMA_Memory_0);
    //配置缓冲区1
    DMA_DoubleBufferModeConfig(DMA1_Stream4,(uint32_t)buffer1, DMA_Memory_1);

    DMA_DoubleBufferModeCmd(DMA1_Stream4,ENABLE);	//开启双缓冲模式
    DMA_ITConfig(DMA1_Stream4,DMA_IT_TC,ENABLE);	//开启传输完成中断

    SPI_I2S_DMACmd(SPI2, SPI_I2S_DMAReq_Tx,ENABLE);	//IIS TX DMA使能.

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Stream4_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;//抢占优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;  //响应优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
  1. DMA通道 18行

DMA通道设置。STM32有2个DMA，每个DMA的通道和stream在参考手册中都有。 ../../_images/pic8.png

12.8. ../../_images/pic9.png

  1. DMA_PeripheralBaseAddr 19行 外设地址，不一定是真正的外设地址。 如果你是外设到内存，或者内存到外设，这里就是一个外设的地址。 这里的外设就是前面表格中说的片上设备，SPI、串口、SDIO等等。

如果你是memory到memory，那这个就是RAM地址或者FLASH地址，或外部RAM SRAM等地址。

  1. DMA_Memory0BaseAddr 20行 memory地址，为什么带个0呢？因为某种情况下，可以用双缓冲。我们这次做I2S播放音乐的时候我们就用双缓冲。

其他情况通常都是单缓冲。

  1. DMA_DIR 21行 DMA方向，有3种： DMA_DIR_PeripheralToMemory DMA_DIR_MemoryToPeripheral DMA_DIR_MemoryToMemory
好了，到这里就有点疑问了，配合前面设置的两个地址来看， 如果是P-M，也就是perpheral to memory，那肯定就是DMA_PeripheralBaseAddr取数据，发到DMA_Memory0BaseAddr。 如果是M-P，那就是反着来。 那M-M呢？我没找到文档哪里写，实测，是从DMA_PeripheralBaseAddr取数据，发到DMA_Memory0BaseAddr。 只有 DMA2 控制器能够执行存储器到存储器的传输。
  1. DMA_BufferSize 22行 准确的说应该是传输长度。 如果配置不准确，传输数据就或出错，或者是一直在DMA传输，永远不结束。 这个长度，跟后面配置字长有关： 如果DMA_PeripheralDataSize跟DMA_MemoryDataSize相等，那就没话说了，该是多长就是多长。 如果两者不相等，DMA_BufferSize是指DMA_PeripheralDataSize数据宽度的数据数。 假如DMA_PeripheralDataSize是半字，DMA_MemoryDataSize是BYTE， DMA_BufferSize=10，就表示DMA要传输10个半字，20个BYTE。

具体看《STM32F4xx中文参考手册.pdf》 9.3.10 可编程数据宽度、封装/解封、字节序 6. DMA_PeripheralInc 23行 DMA_MemoryInc 24行 地址是否自加。我们是将内存的一堆数据发送到I2S控制器，因此，内存自加，I2S控制器不自加。

每次都是发送到&SPI2->DR这个寄存器地址。 7. DMA_PeripheralDataSize 25行 DMA_MemoryDataSize 26行 字长设置，当我把两者都设置为halfword时，发现如果传输奇数个半字，会一直处于发送，DMA不会停止。 因此把DMA_PeripheralDataSize设置为byte，那么传输的字节数就是2*实际要传输的半字， 那么肯定是2的倍数，就能正常。关于这个在文档中也有提及，只是还看不太明白。

这次I2S DMA，都用半字，因此需要保证传输数据是2的整数倍。 8. DMA_Mode 27行 是否循环。所谓的循环就是当一次传输结束后，自动重新启动一次DMA传输，配置和前一次传输一样。 摄像头就用循环，只要配置一次，启动DMA后，一直持续不断的更新数据到屏幕上。 需要注意的是：

使用存储器到存储器模式时，不允许循环模式和直接模式。 9. DMA_Priority 28行

优先级 10. DMA_FIFOMode 29行 FIFOThreshold 30行 是否使用FIFO，也就是是否使用直接模式。 但是，我们的配置是disable，那么就是直接模式？

存储器到存储器不是不允许直接模式吗？

  1. DMA_MemoryBurst 31行 DMA_PeripheralBurst 32行 9.3.11 单次传输和突发传输 “为确保数据一致性，形成突发的每一组传输都不可分割：在突发传输序列期间， AHB 传输会 锁定，并且 AHB 总线矩阵的仲裁器不解除对 DMA 主总线的授权。”

    从文档看来，是保证数据完整性的，也就是说不要传到一半被别的设备打断造成数据错误？

  2. DMA_Init(DMA1_Stream4, &DMA_InitStructure); 33行

    执行配置，第一个参数要选对Stream0，用哪个stream，根据表格选。

  3. 35行~39行

    配置双缓冲

  4. 之后 后面就是使能DMA中断，打开SPI/I2S DMA，配置NVIC中断控制器。 配置完成后，当需要时启动DMA传输即可，传输完成则产生一个中断。

  • DMA中断

当DMA中断产生时，判断DMA缓冲的标志，然后设置BUF标志。在主循环中查询这个BUF标志，根据标志填充数据到对应缓冲。

/**
 *@brief:      mcu_i2s_dma_process
 *@details:    I2S使用的DMA中断处理函数
 *@param[in]   void  
 *@param[out]  无
 *@retval:     

 位 19 CT：当前目标（仅在双缓冲区模式下） (Current target (only in double buffer mode))
此位由硬件置 1 和清零，也可由软件写入。
0：当前目标存储器为存储器 0（使用 DMA_SxM0AR 指针寻址）
1：当前目标存储器为存储器 1（使用 DMA_SxM1AR 指针寻址）
只有 EN 为“0”时，此位才可以写入，以指示第一次传输的目标存储区。在使能数据流
后，此位相当于一个状态标志，用于指示作为当前目标的存储区。
 */
void mcu_i2s_dma_process(void)
{
	if(DMA1_Stream4->CR&(1<<19))
	{
		/*当前目标存储器为1，我们就设置空闲BUF为0*/
		fun_sound_set_free_buf(0);
	}
	else
	{
		fun_sound_set_free_buf(1);
	}
}
  • 双缓冲机制
  1. 启动播放时，将两个缓冲都填上音源数据。
  2. I2S开始传输，传输完一个缓冲，DMA产生中断，根据使用的缓冲设置要写缓冲索引。
  3. 语音播放程序判断是否需要填充，填充哪个缓冲。 千万不要在DMA中断函数内填充缓冲，通过文件系统读几K数据，卡太久中断，会出问题的。
/**
 *@brief:      fun_sound_get_buff_index
 *@details:    查询当前需要填充的BUF
 *@param[in]   void  
 *@param[out]  无
 *@retval:     
 */
static s32 fun_sound_get_buff_index(void)
{
	s32 res;

	res = SoundBufIndex;
	SoundBufIndex = 0xff;
	return res;
}
/**
 *@brief:      fun_sound_set_free_buf
 *@details:    设置空闲缓冲索引

 *@param[in]   u8 *index  
 *@param[out]  无
 *@retval:     
 */
s32 fun_sound_set_free_buf(u8 index)
{
	SoundBufIndex = index;
	return 0;
}

具体填充数据请看源代码。

12.8.1. 调试

WM8978 I2S功能先写一个简单的dev_wm8978_test测试函数，首先初始化WM8978，设置I2S的格式（MCU跟WM8978都要配置），初始化I2S DMA，然后预填充两个BUF，启动DMA，进行while循环，在循环中不断查询，需要就填充数据。 在main函数中，当按下按键时，就调用dev_wm8978_test播放。

调试的时候，左声道有点杂音，仅仅是久不久有一点杂音，一开始就以为是I2S通信被干扰了。 分析过程： 首先将填充左声道的BUFF数据全部设置为0，更新程序后发现左声道竟然还有声音。 然后将两个声道的数据全部填充为0，竟然还会有一点点背景音。 不科学，从而知道不是I2S干扰，应该是填缓冲有问题，追查下去发现缓冲填错了。 当I2S使用完缓冲1的数据，就会切换到缓冲2，此时应该填充缓冲1，程序却填充缓冲2了。 修正后，填充数据0，WM8978静音:填充音源数据，左声道没杂音。

12.9. 思考

wm8978的基本功能就调试通了。 请思考： 我们前面做了一个DAC播放语音，现在又做了一个更加高级的WM8978。这两个驱动要提供什么接口？提供给谁？ 或者从上到下分析，APP要播放语音，要什么接口？硬件有两个声卡设备，怎么操作？ 对于语音播放来说，仅仅实现DAC播放或者是WM8978播放时远远不够的。 等硬件验证完，文件系统也移植好的时候，我们会做一个语音播放管理程序。

12.10. END