第六十九章 USB声卡(Slave)实验
上一章我们向大家介绍了如何利用STM32H7R7的USB接口来做一个USB读卡器，本章我们将利用STM32H7R7的USB来做一个声卡。本章分为如下几个部分：
69.1 USB声卡简介
69.2 硬件设计
69.3 软件设计
69.4 下载验证
69.1 USB声卡简介
USB声卡依赖于USB音频类（USB Audio Class），一个像USB通用的数据接口，可以实现数字音频的数据传输。
正点原子STM32H7R7开发板板载了一颗高性能CODEC芯片：ES8388，我们可以利用STM32H7R7的SAI接口，控制ES8388播放音乐，同样，如果结合STM32H7R7的USB功能，就可以实现一个USB声卡。
同上一章一样，我们直接移植官方的USB AUDIO例程，官方例程路径：8，STM32参考资料→1，STM32CubeH7RS固件包 →STM32Cube_FW_H7RS_V1.0.0àProjects →STM32H7S78-DK →Applications →USB_Device →Audio_Standalone，该例程采用USB同步传输来传输音频数据流并且支持某些控制命令(比如静音控制)，例程仅支持USB FS模式（不支持HS），同时例程不需要特殊的驱动支持，大多数操作系统直接就可以识别。
69.2 硬件设计
1. 例程功能
本节实验功能简介：先将开发板通过USB_SLAVE连接电脑，开发板开机的时候先提示一些信息，然后开始USB配置，在配置成功之后就可以在电脑上发现多出一个声卡。我们在LCD液晶屏上显示USB的连接状态，如果连接成功，此时，我们可以通过耳机或开发板板载喇叭，可以听到来自电脑电脑的音频信号，还可以通过两个按键调节ES8388音量：按键KEY0可以增大音量，按键KEY2可以减少音量。LED0闪烁，提示程序运行。
2. 硬件资源
1）LED灯
LED0 – PD14
LED1 – PC0
2）独立按键
KEY0 – PE9
KEY1 – PE8
KEY2 – PE7
KEY_UP – PC13 (程序中的宏名:WK_UP)
3）串口1 (PB14/PB15连接在板载USB转串口芯片CH340上面)
4）正点原子2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块(包括MCU屏和RGB屏,都支持)
5）ES8388音频CODEC芯片，通过SAI驱动
6）SAI音频接口
7）USB_SLAVE接口(D-/D+连接在PM5/PM6上)
8）HyperRAM芯片
69.3 程序设计
69.3.1 程序解析
这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。
本章，我们在实验48 音乐播放器实验的基础上修改，把不需要的文件从工程中移除，在Middlewares文件夹所在文件夹下新建一个USB的文件夹，同上一章一样，对照官方AUDIO例子，将相关文件拷贝到USB文件夹下。由于官方提供的USB_APP文件不太好用，我们正点原子团队直接编写了一套USB_APP代码，读者可以直接拷贝我们例程中的USB_APP文件夹，即：实验58 USB声卡（Slave）实验àMiddlewaresàUSBàUSB_APP。
然后，我们在工程里面去掉一些不必要的代码，并添加USB相关代码，最终得到如图69.3.2.1所示的工程：
图69.3.2.1 USB声卡工程截图
1. USB驱动代码
可以看到，USB部分代码，同上一章的在结构上是一模一样的，只是.c文件稍微有些变化。同样，我们移植需要修改以下这几个文件中的代码。
usbd_conf.c代码，和上一章基本一样，可以用上一章的代码直接替换即可正常使用，但需要注意的是需要在usbd_conf.h中定义音频频率，代码如下。
/* AUDIO Class Config */ /* ST USB库目前只支持这一个采样率, 设置其他采样率无法正常工作 */ #define USBD_AUDIO_FREQ 48000U
usbd_desc.c/usbd_desc.h代码，同上一章不一样，上一章描述符是大容量存储设备，本章变成了USB声卡了，所以直接用ST官方USB Audio例程的就行。
usbd_audio.c代码，从ST官方USB Audio例程的AUDIO文件里直接复制过来。这个文件不需要做太多修改，这里我们就不做介绍了，详见本例程源码。
usbd_audio_if.h代码，需要添加声明用于更新音频的回调函数，代码如下。
void BSP_AUDIO_OUT_TransferComplete_CallBack(void);
usbd_audio_if.c代码，是我们重点要修改的，该文件是配合USB声卡的WM8994底层驱动相关代码，官方的板子，用的是WM8994，而我们用的是ES8388， 正点原子团队对该文件进行了重写，大家可直接从例程中复制，代码如下：
/**
* @brief Audio_Init
* Initializes the AUDIO media low layer
* @param None
* @retval Result of the operation: USBD_OK if all operations are OK else
USBD_FAIL
*/
static int8_t Audio_Init(uint32_t AudioFreq, uint32_t Volume, uint32_t options)
{
UNUSED(options);
es8388_adda_cfg(1, 0);
es8388_output_cfg(1, 1);
es8388_hpvol_set(Volume * 0.3);
es8388_spkvol_set(Volume * 0.3);
es8388_sai_cfg(0, 3);
sai1_saia_init(SAI_MODEMASTER_TX, SAI_CLOCKSTROBING_RISINGEDGE,
SAI_DATASIZE_16);
sai1_samplerate_set(AudioFreq);
sai1_tx_callback = audio_sai_dma_callback;
return USBD_OK;
}
/**
* @brief Audio_AudioCmd
* AUDIO command handler
* @param Buf: Buffer of data to be sent
* @param size: Number of data to be sent (in bytes)
* @param cmd: command opcode
* @retval Result of the operation: USBD_OK if all operations are OK
else USBD_FAIL
*/
static int8_t Audio_AudioCmd(uint8_t *pbuf, uint32_t size, uint8_t cmd)
{
switch (cmd)
{
case AUDIO_CMD_START:
{
sai1_tx_dma_init(pbuf, 0, size, 1);
break;
}
case AUDIO_CMD_PLAY:
{
sai1_play_start();
break;
}
case AUDIO_CMD_STOP:
{
sai1_play_stop();
break;
}
}
return USBD_OK;
}
/**
* @brief Audio_VolumeCtl
* @param vol: volume level (0..100)
* @retval Result of the operation: USBD_OK if all operations are OK else
USBD_FAIL
*/
static int8_t Audio_VolumeCtl(uint8_t vol)
{
es8388_hpvol_set(vol * 0.3);
es8388_spkvol_set(vol * 0.3);
return USBD_OK;
}
/**
* @brief Audio_MuteCtl
* @param cmd: vmute command
* @retval Result of the operation: USBD_OK if all operations are OK else
USBD_FAIL
*/
static int8_t Audio_MuteCtl(uint8_t cmd)
{
if (cmd != 0)
{
es8388_output_cfg(0, 0);
}
else
{
es8388_output_cfg(1, 1);
}
return USBD_OK;
}
本例程工作的时候，当USB连接成功，并完成识别以后，会先调用Audio_Init函数，设置音频接口相关参数，包括：ES8388的SAI配置、音量设置和SAI DMA发送完成中断回调函数等。
然后，当上电后首 次有音乐输出的时候，会先调用Audio_AudioCmd函数，对SAI的DMA进行配置（使用单次模式，且单缓冲传输），然后启动SAI DMA传输，开始播放电脑的声音。然后，当DMA传输完成后，会自动停止DMA（单次模式），并通过audio_sai_dma_callback函数调用USBD_AUDIO_Sync函数，通知USB数据已经处理完成，等待USB传入新的数据包，经过处理如果有新的音频数据，则会调用Audio_AudioCmd函数，重启DMA传输，开启下一次数据DMA传送，然后DMA传输完成又会进入audio_sai_dma_callback函数，依次循环。
这样，就实现了USB传过来的音频数据，通过SAI DMA传输出去，最终通过ES8388输出给耳机或开发板板载喇叭，实现USB声卡功能。
USB AUDIO相关代码，就给大家介绍到这里，详细的介绍，请大家参考：UM1734(STM32Cube USB device library).pdf这个文档。
2. main.c代码
下面是main.c的程序，具体如下：
/* USBD句柄 */
USBD_HandleTypeDef g_usbd_handle = {0};
int main(void)
{
uint8_t t = 0;
uint8_t key;
uint8_t volume;
uint8_t conn_sta;
sys_mpu_config(); /* 配置MPU */
sys_cache_enable(); /* 使能Cache */
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(300, 6, 2); /* 配置时钟，600MHz */
delay_init(600); /* 初始化延时 */
usart_init(115200); /* 初始化串口 */
led_init(); /* 初始化LED */
hyperram_init(); /* 初始化HyperRAM */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
key_init(); /* 初始化按键 */
es8388_init(); /* 初始化ES8388 */
my_mem_init(SRAMIN); /* 初始化AXI-SRAM1~4内存池 */
my_mem_init(SRAMEX); /* 初始化XSPI2 HyperRAM内存池 */
my_mem_init(SRAM12); /* 初始化AHB-SRAM1~2内存池 */
my_mem_init(SRAMDTCM); /* 初始化DTCM内存池 */
my_mem_init(SRAMITCM); /* 初始化ITCM内存池 */
lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "USB Audio Card TEST", RED);
lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY0: Vol+", RED);
lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "KEY2: Vol-", RED);
volume = AUDIO_DEFAULT_VOLUME;
lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "Volume: ", RED);
lcd_show_num(94, 150, AUDIO_DEFAULT_VOLUME, 3, 16, BLUE);
lcd_show_string(30, 170, 200, 16, 16, "USB Disconnected", BLUE);
USBD_Init(&g_usbd_handle, &AUDIO_Desc, DEVICE_FS);
USBD_RegisterClass(&g_usbd_handle, USBD_AUDIO_CLASS);
USBD_AUDIO_RegisterInterface(&g_usbd_handle, &USBD_AUDIO_fops);
USBD_Start(&g_usbd_handle);
while (1)
{
key = key_scan(1);
if (key != NONE_PRES)
{
if (key == KEY0_PRES)
{
if (++volume > 100)
{
volume = 100;
}
}
else if (key == KEY2_PRES)
{
if (volume != 0)
{
volume--;
}
}
USBD_AUDIO_fops.VolumeCtl(volume);
lcd_show_num(94, 150, volume, 3, 16, BLUE);
}
if (conn_sta != g_usb_conn_state)
{
conn_sta = g_usb_conn_state;
if (g_usb_conn_state != 0)
{
lcd_show_string(30, 170, 200, 16, 16, "USB Connected ", BLUE);
}
else
{
lcd_show_string(30, 170, 200, 16, 16, "USB Disconnected",BLUE);
}
}
if (++t == 20)
{
t = 0;
LED0_TOGGLE();
}
delay_ms(10);
}
}
此部分代码比较简单，同上一章一样定义了USBD_Device结构体，然后通过USBD_Init等函数初始化USB，不过本章实现的是USB声卡功能。
其他部分我们就不详细介绍了，软件设计部分就为大家介绍到这里。
69.4 下载验证
在代码编译成功之后，我们通过下载代码到STM32H7R7开发板上，在USB配置成功后（注意：USB数据线，要插在USB_SLAVE端口！不是USB_UART端口！另外，USB_HOST接口不要插任何外设！），LCD显示效果如图69.4.1所示：
图69.4.1 USB连接成功
此时，电脑提示发现新硬件，并自动完成驱动安装。
等USB配置成功后，LED1常亮，LED0闪烁，并且在设备管理器à声音、视频和游戏控制器里面看到多了设备，如图69.4.2所示：
图69.4.2 设备管理器找到STM32 USB声卡
然后，设置STM32 AUDIO Steaming in FS Mode为电脑的默认播放设备，则电脑的所有声音都被切换到开发板输出，将耳机插入STM32H7R7开发板的PHONE端口，即可听到来自电脑的声音，开发板板载喇叭也可以听到来自电脑的声音。通过按键KEY0/KEY2可以增大/减少音量，默认音量设置的是70，大家可以自己调节（范围：0~100）。
来自 “ ITPUB博客 ” ，链接：https://blog.itpub.net/70040860/viewspace-3098603/ ，如需转载，请注明出处，否则将追究法律责任。
最新文章
- 【直播预告】直击嵌入式开发瓶颈！
- 《PDxxS1步进电机闭环驱动器用户手册_V1.0》第六章
- 《PDxxS1步进电机闭环驱动器用户手册_V1.0》第五章（5.4-5.5）
- 《PDxxS1步进电机闭环驱动器用户手册_V1.0》第五章（5.1-5.3）
- 《PDxxS1步进电机闭环驱动器用户手册_V1.0》第四章（4.4-4.5）
- 《PDxxS1步进电机闭环驱动器用户手册_V1.0》第四章（4.1-4.3）
- 《PDxxS1步进电机闭环驱动器用户手册_V1.0》第1-3章
- 《PDxxS1_CANopen协议控制教程_V1.0》第11章
- 《PDxxS1_CANopen协议控制教程_V1.0》第9-10章
- 《PDxxS1_CANopen协议控制教程_V1.0》第7-8章
