《ESP32-P4开发指南— V1.0》第四十三章 音乐播放器实验

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第四十三章 音乐播放器实验

1）实验平台：正点原子DNESP32P4开发板

2）章节摘自【正点原子】ESP32-P4开发指南— V1.0

3）购买链接：https://detail.tmall.com/item.htm?id=873309579825

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/esp32/ATK-DNESP32P4.html

5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890

6）正点原子DNESP32S3开发板技术交流群：132780729





正点原子DNESP32P4开发板配备了三个HP系统的全双工I2S接口和一个LP系统的双工低功耗I2S接口，此外，还外接了一颗HIFI级音频编解码芯片——ES8388，支持最高192KHz 24位的音频播放。该开发板不仅支持高质量的音频播放，还具备音频录制功能（将在下一章详细介绍）。本章将带领读者利用DNESP32P4开发板实现一个简单的音乐播放器，目前仅支持WAV格式的播放。
本章分为如下几个小节：
43.1 WAV&ES8388&I2S简介
43.2 硬件设计
43.3 程序设计
43.4 下载验证

43.1 WAV&ES8388&I2S简介
本节将介绍本章的几个关键知识点，包括WAV格式、ES8388音频编解码器和I2S接口。下面逐一介绍这三个重要概念。

43.1.1 WAV简介
WAV即WAVE文件，WAV是计算机领域最常用的数字化声音文件格式之一，它是微软专门为Windows系统定义的波形文件格式（Waveform Audio），由于其扩展名为"*.wav"。它符合RIFF（Resource Interchange File Format）文件规范，用于保存Windows平台的音频信息资源，被Windows平台及其应用程序所广泛支持，该格式也支持MSADPCM，CCITT A LAW 等多种压缩运算法，支持多种音频数字，取样频率和声道，标准格式化的WAV文件和CD格式一样，也是44.1K的取样频率，16位量化数字，因此在声音文件质量和CD相差无几！。
WAV一般采用线性PCM（脉冲编码调制）编码，本章，我们也主要讨论PCM的播放，因为这个最简单。
WAV 文件是由若干个Chunk组成的。按照在文件中的出现位置包括：RIFF Chunk、Format Chunk、 Fact Chunk（可选）和Data Chunk。每个Chunk由块标识符、数据大小和数据三部分组成，如下图所示：

图43.1.1.1 Chunk组成结构

一个基本的WAVE文件包含三种必备的Chunk：RIFF Chunk、FMT Chunk 和 Data Chunk。如下图所示。

图43.1.1.2 PCM格式的wav文件构成

上图展示了WAV文件的基本必备Chunk，除了这些必备的Chunk，还有其他可选的Chunk。值得注意的是，虽然这些其他Chunk的顺序并没有严格的限制，但其中一个特别需要关注的可选Chunk 是Fact Chunk。Fact Chunk通常用于非PCM编码格式的WAV 文件，提供音频的额外信息。接下来，笔者将使用十六进制编辑器打开WAV文件，逐一分析各个Chunk的内容和作用，帮助读者更深入地理解WAV文件的结构和数据存储方式。
1，RIFF Chunk，共12字节
RIFF Chunk 是WAV文件的根Chunk，它定义了文件的基本类型。RIFF是“Resource Interchange File Format”的缩写，用于标识这是一个基于RIFF格式的文件。下图为十六进制编辑器解析RIFF Chunk的数据。

图43.1.1.3 RIFF Chunk数据

在上图中，RIFF Chunk 占据了文件的前 12 字节。下面表格展示了这 12 字节的字段内容及其说明。

表43.1.1.1 RIFF chunk字段描述

从上表可以得知，所解析的WAV文件总大小为37199220 + 8，即37199228字节。该文件通过Chunk ID字段标识为“RIFF”格式，并通过Format字段标注为WAV文件（“WAVE”）。
2，Format Chunk，共24~26字节
Format Chunk（通常标识为 “fmt ”）描述了音频数据的格式，包括采样率、比特深度、声道数等。下图为十六进制编辑器解析Format Chunk的数据。

图43.1.1.4 Format Chunk数据

在上图中，Format Chunk位于RIFF Chunk的后方，占据24字节。下表展示了这24字节的字段内容及其说明。

表43.1.1.2 Format chunk字段描述

从上表中可以看到，该WAV文件采用PCM音频格式，声道数为2（即立体声），采样率为44100Hz，且每个样本的位数为16位。这些信息表明该文件存储的是标准的CD质量音频数据。值得注意的是，有些软件生成的wav格式，该部分可能有18个字节，含有2个字节的附加信息，具体大小请看Format Size字段。
3，Fact Chunk可选块，共12字节
Fact Chunk（0X74636166）是一个可选的Chunk，通常用于非PCM编码格式的WAV文件（例如压缩音频格式）。它提供额外的元数据，例如压缩音频格式的附加信息或其他特定的音频数据。如果WAV文件使用的是PCM编码格式，则通常不需要Fact Chunk。在本章节中，解析的WAV文件未包含Fact Chunk，因此我们在这里不再对其进行详细讲解。
4，Data Chunk，共N字节
Data Chunk包含实际的音频样本数据，是音频播放的核心数据内容。下图为十六进制编辑器解析Data Chunk的数据。

图43.1.1.5 Data Chunk数据

在上图中，Data Chunk位于Format Chunk的后方（若有Fact Chunk，则Data Chunk位于Fact Chunk的后方），占据N字节。下表展示了这N字节的字段内容及其说明。

表43.1.1.2 Data Chunk字段描述

从上表中可以看到，WAV文件的数据大小为37198936字节。要获取音频数据，我们需要偏移到Data Chunk块的起始位置，这个位置可以通过偏移到文件的0x80地址来访问。此时，我们可以开始读取WAV音频数据并将其通过I2S接口进行发送。
下面是笔者以数据结构体的形式对上述各个Chunk进行描述。每个结构体代表一个Chunk，包含该Chunk的字段信息及其数据类型，帮助读者更清晰地理解各个Chunk的结构。
首先，我们来看看RIFF块（RIFF WAVE Chunk），该块以“RIFF”作为标示，紧跟wav文件大小（该大小是wav文件的总大小-8），然后数据段为“WAVE”，表示是wav文件。RIFF块的Chunk结构如下：

1. typedef struct
   
2. {
   
3.     uint32_t ChunkID;           /* chunk id;这里固定为"RIFF",即0X46464952 */
   
4.     uint32_t ChunkSize;         /* 集合大小;文件总大小-8 */
   
5.     uint32_t Format;            /* 格式;WAVE,即0X45564157 */
   
6. } ChunkRIFF;                    /* RIFF块 */

复制代码

接着，我们看看Format块（Format Chunk），该块以“fmt ”作为标示（注意有个空格！），一般情况下，该段的大小为16个字节，但是有些软件生成的wav格式，该部分可能有18个字节，含有2个字节的附加信息。Format块的Chunk结构如下：

1. typedef struct
   
2. {
   
3.     uint32_t ChunkID;           /* chunk id;这里固定为"fmt ",即0X20746D66 */
   
4.     uint32_t ChunkSize;         /* 子集合大小(不包括ID和Size);这里为:20 */
   
5.     uint16_t AudioFormat;       /* 音频格式;0X01,表示线性PCM;0X11表示IMA ADPCM */
   
6.     uint16_t NumOfChannels;     /* 通道数量;1,表示单声道;2,表示双声道 */
   
7.     uint32_t SampleRate;        /* 采样率;0X1F40,表示8Khz */
   
8.     uint32_t ByteRate;          /* 字节速率 */
   
9.     uint16_t BlockAlign;        /* 块对齐(字节) */
   
10.     uint16_t BitsPerSample;     /* 单个采样数据大小;4位ADPCM,设置为4 */
    
11. //    uint16_t ByteExtraData;   /* 附加的数据字节;2个; 线性PCM,没有这个参数 */
    
12. } ChunkFMT;                     /* fmt块 */

复制代码

然后，我们再看看Fact块（Fact Chunk），该块为可选块，以“fact”作为标示，不是每个WAV文件都有，在非PCM格式的文件中，一般会在Format结构后面加入一个Fact块，该块Chunk结构如下：

1. typedef struct
   
2. {
   
3.     uint32_t ChunkID;           /* chunk id;这里固定为"fact",即0X74636166 */
   
4.     uint32_t ChunkSize;         /* 子集合大小(不包括ID和Size);这里为:4 */
   
5.     uint32_t NumOfSamples;      /* 采样的数量 */
   
6. } ChunkFACT;                    /* fact块 */

复制代码

最后，我们来看看数据块（Data Chunk），该块是真正保存wav数据的地方，以“data”作为该Chunk的标示，然后是数据的大小。数据块的Chunk结构如下：

1. typedef struct
   
2. {
   
3.     uint32_t ChunkID;           /* chunk id;这里固定为"data",即0X5453494C */
   
4.     uint32_t ChunkSize;         /* 子集合大小(不包括ID和Size) */
   
5. } ChunkDATA;                    /* data块 */

复制代码

ChunkSize后紧接着就是wav数据。根据Format Chunk中的声道数以及采样bit数，wav数据的bit位置可以分成如下表所示的几种形式：

表43.1.1.3 WAVE文件数据采样格式

本章，我们播放的音频支持：16位和24位，立体声，所以每个取样为4/6个字节，低字节在前，高字节在后。在得到这些wav数据以后，通过I2S传输给ES8388，就可以欣赏音乐了。

43.1.2 ES8388简介
ES8388音频编解码器是上海顺芯推出的一款高性能、低功耗、性价比高的音频编解码器，具备丰富的功能，如2个ADC通道、2个DAC通道、麦克风放大器、耳机放大器、数字音效处理、模拟混合与增益控制等。
1，ES8388的主要特性
I2S接口：支持最高96kHz采样率和24bit音频播放。
DAC信噪比：96dB，ADC信噪比：95dB。
工作模式：支持主机模式和从机模式。
支持立体声差分输入和麦克风输入。
支持左右声道音量独立调节。
支持40mW耳机输出，确保没有爆音现象。
2，音频数据传输与控制
I2S接口：ES8388通过I2S接口（即数字音频接口）与MCU进行音频数据传输，支持音频接收和发送。
配置接口：通过两线接口（CE=0/1，即I2C接口）或三线接口（CE脚产生一个下降沿，即SPI接口）进行配置。
3，ES8388的I2S接口
I2S接口由4个引脚组成，分别为：
ASDOUT：ADC数据输出。
DSDIN：DAC数据输入。
LRC：数据左/右对齐时钟。
SCLK：位时钟，用于同步音频数据的传输。
MCLK：提供从机ES8388参考时钟。
4，主机/从机模式
ES8388可作为I2S接口的主机，输出LRC和SCLK时钟。然而，在大多数应用中，ES8388作为从机接收LRC和SCLK时钟信号。
5，音频数据模式
ES8388的I2S接口支持4种不同的音频数据模式：
左（MSB）对齐标准。
右（LSB）对齐标准。
飞利浦（I2S）标准。
DSP/PCM模式。
6，飞利浦（I2S）标准模式
在飞利浦（I2S）标准模式下，数据通过跟随LRC的BCLK的第二个上升沿传输MSB（最高有效位），之后的数据按顺序依次传输，直到LSB（最低有效位）。这种传输方式的具体协议依赖于字长、BCLK频率和采样率。每个采样的LSB与下一个采样的MSB之间应有一个未用的BCLK周期，用于同步和时序的调整。飞利浦标准模式的I2S数据传输协议如下图所示：

图43.1.2.1 飞利浦标准模式I2S数据传输图

图中，fs即音频信号的采样率，比如44.1Khz，因此可以知道，LRC的频率就是音频信号的采样率。另外，ES8388还需要一个MCLK，本章我们采用ESP32-P4为其提供MCLK时钟，MCLK的频率必须等于256fs，也就是音频采样率的256倍。
ES8388的框图如下图所示：

图43.1.2.2 ES8388框图

从上图可以看出，ES8388内部有很多的模拟开关，用来选择通道，同时还有一些运放调节器，用来设置增益和音量。
本章，我们通过IIC接口（CE=0）连接ES8388，ES8388的IIC地址为：0X10。关于ES8388的IIC详细介绍，请看《ES8388-DS》数据手册第10页5.2节。
这里我们简单介绍一下要正常使用ES8388来播放音乐，应该执行哪些配置。
1，寄存器R0（00h），是芯片控制寄存器1，需要用到的位有：最高位SCPRese（bit7）用于控制ES8388的软复位，写0X80到该寄存器地址，即可实现软复位ES8388，复位后，再写0X00，ES8388恢复正常。VMIDSEL[1:0]位用于控制VMID（校正噪声用），我们一般设置为10，即用500KΩ校正。
2，寄存器R1（01h），是芯片控制寄存器2，主要要设置PdnAna（bit3），该位设置为1，模拟部分掉电，相当于复位模拟部分；设置为0，模拟部分才会工作，才可以听到声音。
3，寄存器R2（02h），是芯片电源管理控制寄存器，所有位都要用到：adc_DigPDN（bit7）和dac_DigPDN（bit6）分别用于控制ADC和DAC的DSM、DEM、滤波器和数字接口的复位，1复位，0正常；adc_stm_rst（bit5）和dac_stm_rst（bit4）分别用于控制ADC和DAC的状态机掉电，1掉电，0正常；ADCDLL_PDN（bit3）和DACDLL_PDN（bit2）分别用于控制ADC和DAC的DLL掉电，停止时钟，1掉电，0正常；adcVref_PDN（bit1）和dacVref_PDN（bit0）分别控制ADC和DAC的模拟参考电压掉电，1掉电，0正常；因此想要ADC和DAC都正常工作，R2寄存器必须全部设置为0，否则ADC或者DAC就会不能正常工作。
4，寄存器R3（03h），是ADC电源管理控制寄存器，需要用到的位有：PdnAINL（bit7）和PdnAINR（bit6）用于控制左右输入模拟通道的电源，1掉电，0正常；PdnADCL（bit5）和PdnADCR（bit4）用于控制左右通道ADC的电源，1掉电，0正常；pdnMICB（bit3)用于控制麦克风的偏置电源，1掉电，0正常；PdnADCBiasgen（bit2）用于控制偏置电源的产生，1掉电，0正常；这里6个位，我们全部设置为0，ADC部分就可以正常工作了。
5，寄存器R4（04h），是DAC电源管理控制寄存器，需要用到的位有：PdnDACL（bit7）和PdnDACR（bit6）分别用于左右声道DAC的电源控制，1掉电；0正常；LOUT1（bit5）和ROUT1（bit4）分别用于控制通道1的左右声道输出是能，1使能，0禁止；LOUT2（bit3）和ROUT2（bit2）分别用于控制通道2的左右声道输出是能，1使能，0禁止；我们一般设置PdnDACL和PdnDACR为0，使能左右声道DAC，另外，两个输出通道则根据自己的需要设置。
6，寄存器R8（08h），是主模式控制寄存器，需要用到的位有：MSC（bit7）用于控制接口模式，0从模式，1主模式；MCKDIV2（bit6）用于控制MCLK的2分频，0不分频，1二分频；BCLK_INV（bit5）用于控制BCLK的反相，0不反相；1，反相；一般设置这3个位都为0。
7，寄存器R9（09h），是ADC控制寄存器1，所有位都要用到：MicAmpL（bit7:4）和MicAmpR(bit3:0），这两个分别用于控制MIC的左右通道增益，从0开始，3dB一个档，最大增益为24dB，我们一般设置MicAmpR/L[3:0]=1000，即24dB。
8，寄存器R10（0Ah），是ADC控制寄存器2，需要用到的位有：LINSE（bit7:6）和RINSE(bit5:4)分别选择左右输入通道，0选择通道1，1选择通道2。
9，寄存器R12（0Ch），是ADC控制寄存器4，全部位都要用到：DATSEL（bit7:6）用于选择数据格式，一般设置为01，左右边数据等于左右声道ADC数据；ADCLRP（bit5）在I2S模式下用于设置数据对其方式，一般设置为0，正常极性；ADCWL（bit4:2）用于选择数据长度，我们设置011，选择16位数据长度；ADCFORMAT（bit1:0）用于设置ADC数据格式，一般设置为00，选择I2S数据格式。
10，寄存器R13（0Dh），是ADC控制寄存器5，全部位都要用到：ADCFsMode（bit7）用于设置Fs模式，0单速模式，1双倍速模式，一般设置为0；ADCFsRatio（bit4:0）用于设置ADC的MCLK和FS的比率，我们设置00010，即256倍关系。
11，寄存器R16（10h）和R17（11h），这两个寄存器分别用于控制ADC左右声道的音量衰减，LADCVOL（bit7:0）和RADCVOL（bit7:0）分别控制左声道和右声道ADC的衰减，0.5dB每步，我们一般设置为0，即不衰减。
12，寄存器R18（12h），是ADC控制寄存器10，全部位都要用到：ALCSEL（bit7:6）用于控制ALC，00表示ALC关闭，01表示ALC仅控制左声道，10表示ALC仅控制右声道11表示ALC立体声控制；我们一般设置为11。
13，寄存器R23（17h），是DAC控制寄存器1，需要用到的位有：DACLRSWAP（bit7）用于控制左右声道数据交换，0正常，1互换，一般设置为0；DACLRP（bit6）在I2S模式下用于设置数据对其方式，一般设置为0，正常极性；DACWL（bit5:3）用于选择数据长度，我们设置011，选择16位数据长度；ADCFORMAT(bit1:0)用于设置DAC数据格式，一般设置为00，选择I2S数据格式。
14，寄存器R24（18h），是DAC控制寄存器2，全部位都要用到：DACFsMode（bit7）用于设置Fs模式，0单速模式，1双倍速模式，一般设置为0；DACFsRatio（bit4:0）用于设置DAC的MCLK和FS的比率，我们设置00010，即256倍关系。
15，寄存器R26（1Ah）和R27（1Bh），这两个寄存器分别用于控制DAC左右声道的音量衰减，LDACVOL(bit7:0)和RDACVOL（bit7:0）分别控制左声道和右声道DAC的衰减，0.5dB每步，0表示0dB衰减，192表示96dB衰减；通过这两个寄存器可以完成输出音量的调节。
16，寄存器R29（1Dh），是DAC控制寄存器7，需要用到的位有：ZeroL（bit7）和ZeroR（bit6)分别控制左右声道的全0输出，类似静音，1输出0，0正常；一般设置为0。Mono（bit5）用于单声道控制，0立体声，1单声道；一般设置为0。SE（bit4:2）用于设置3D音效，0~7表示3D效果的强弱，0表示关闭。
17，寄存器39（27h）和42（2Ah），分别控制DAC左右通道的混音器，LD2LO（bit7）和RD2RO（bit7）分别控制左右DAC的混音器开关，0关闭，1开启，需设置为1；LI2LO（bit6）和RI2RO（bit6）分别控制左右输入通道的混音器开关，0关闭，1开启，一般设置为1；LI2LOVOL（bit5:3)和RI2ROVOL（bit5:3）分别控制左右输入通道的增益，0~7表示-6 ~ -15dB的增益调节范围，默认设置为111，即-15dB。
18，寄存器43（2Bh），是DAC控制寄存器21，这里我们只关心slrck（bit7）这个位，用于控制DACLRC和ADCLRC是否共用，我们设置为1，表示共用。
以上，就是我们使用ES8388时所需要用到的一些寄存器，按照以上所述，对各个寄存器进行相应的配置，即可使用ES8388正常播放音乐了。关于ES8388更详细的寄存器设置说明，我们这里就不再介绍了，请大家参考ES8388的数据手册自行研究。

43.1.3 I2S简介
I2S（Inter-IC Sound）是一种用于数字音频设备之间传输音频数据的串行通信协议，广泛应用于音频数据的传输，如在DSP（数字信号处理器）、DAC（数模转换器）、ADC（模数转换器）及其他音频处理单元之间的数据交换。ESP32-P4的I2S模块集成了多功能的音频传输接口，支持多种音频数据格式和采样率，适用于音频录制、回放、音频处理等应用。
ESP32-P4的HP系统集成了三个I2S接口：I2S0、I2S1和I2S2和LP系统的一个低功耗I2S接口。这些接口为多媒体应用中的数字数据流传输提供了灵活的通信方式，尤其适用于数字音频应用。I2S协议常用于数字音频设备之间的数据传输，使ESP32-P4能够高效支持各种音频相关的应用。
1，I2标准总线有三个主要信号：
1）位时钟（BCK）：位时钟用于同步设备之间的数据传输速率，定义了I2S总线上传输数据位的速度。
2）字选择（WS）：该信号也称为通道选择信号，用于区分传输的数据是左声道还是右声道，从而实现立体声音频传输。
3）串行数据（SD）：此线路以串行位流的形式传输实际的音频数据。
4）主时钟线（MCLK）：该信号线可选，具体取决于从机，用于向 I2S 从机提供参考时钟。
在基本的I2S总线配置中，包含一个主设备和一个从设备。主设备生成BCK和WS信号，控制通信的时序，从设备则遵循主设备的时序。这种主从关系在整个通信过程中保持不变ESP32-P4的I2S模块设计有独立的发送（TX）和接收（RX）单元，支持高性能的同时数据传输和接收。
2，ESP32-P4的I2S模块特性
1）主模式和从模式：支持I2S设备作为主设备或从设备进行通信。
2）全双工和半双工通信：支持数据的双向传输，可以在同一时间发送和接收数据。
3）独立的 TX和RX单元：可以独立工作或同时工作，提高数据处理的灵活性。
4）支持多种音频标准：
TDM Philips标准
TDM MSB对齐标准
TDM PCM标准
PDM 标准
5）支持多种TX/RX模式：
TDM TX模式：支持最多16个通道
TDM RX模式：支持最多16个通道
PDM TX模式：原始 PDM 数据传输和PCM 转 PDM 数据格式转换（仅支持 I2S0），最多支持 2 个通道
6）PDM RX模式
原始PDM数据接收
PDM转PCM数据格式转换（仅支持 I2S0），最多支持 8 个通道
7）可配置的APLL时钟：频率最高可达240 MHz。
8）可配置的高精度采样时钟：支持多种采样频率。
9）8/16/24/32位数据宽度：支持多种数据宽度，以满足不同的数据精度需求。
10）TX模式下的同步计数器：确保数据传输的同步性。
11）ETM特性：扩展了数据的传输能力。
12）直接内存访问（仅支持GDMA-AHB）：提供高效的数据传输。
13）标准I2S接口中断：便于实时数据处理。

43.1.3.1 I2S硬件架构与工作原理
ESP32-P4 I2Sn模块的结构如下图所示。

图43.1.3.1.1 ESP32-P4 I2Sn框架图

上图展示了ESP32-P4 I2S模块（I2Sn）的架构，包含多个关键部件，以支持音频数据的传输和接收。具体描述如下：
1，时钟生成器（Clock Generator）
用于生成I2S模块的时钟信号，支持XTAL（晶振）、APLL（音频锁相环）以及外部MCLK输入，灵活调整时钟源，以满足不同的采样率和传输速率需求。
2，GDMA支持
I2S模块可以通过GDMA控制器直接访问内部存储器，以实现高效的数据处理，详细内容可参考《ESP32-P4技术参考手册》的GDMA控制器章节。
3，压缩/解压缩单元
支持A-law和μ-law音频压缩/解压功能，适用于语音数据压缩需求，从而有效地降低传输带宽要求，提高数据传输效率。
4，发送和接收FIFO缓冲区
用于生成I2S模块的时钟信号，支持XTAL（晶振）、APLL（锁相环）以及外部MCLK输入，灵活调整时钟源，以满足不同的采样率和传输速率需求。
5，发送（TX）和接收（RX）单元
发送控制单元（TX Unit）：负责将音频数据从TX FIFO缓冲区传输到外部设备。它支持传统TDM（时分复用）格式和PDM（脉冲密度调制）格式，还内置了一个PCM（脉冲编码调制）到PDM的转换器，以实现多种音频编码的兼容性。
接收控制单元（RX Unit）：从外部设备接收音频数据并存储到RX FIFO缓冲区。与TX单元相似，RX单元也支持TDM和PDM格式，并配有PDM到PCM的转换器，能够处理不同编码格式的音频信号。
6，GPIO矩阵（I/O Sync）
确保I2S的输入和输出信号同步。在主模式下，该单元会生成时钟信号（如BCK、WS），在从模式下则接收外部时钟信号以进行同步。这种设计使I2S模块能够作为主设备或从设备运行，灵活适应不同的应用场景。I2S信号可以通过高性能GPIO矩阵（HP GPIO Matrix）映射到芯片的特定引脚，相关内容请参考《ESP32-P4技术参考手册》的GPIO矩阵和IO MUX章节
通过这些模块的协同工作，ESP32-P4的I2S接口可以在高效处理和传输音频数据的同时，支持多种数据格式（如PCM、PDM），满足语音、音乐等多种应用场景的需求。
下面，笔者将重点讲解时钟生成器（Clock Generator）如何为TX/RX模块提供所需的时钟。具体内容请参见下图。

图43.1.1.2 I2Sn时钟生成器

上图详细描述了ESP32-P4的I2S时钟生成模块的工作原理。以下是该模块的主要总结：
1）时钟源选择
I2S模块的TX（发送）和RX（接收）时钟可以从多个时钟源中选择，以确保与系统的时序需求匹配。时钟源包括系统的40 MHz晶体时钟（XTAL_CLK）、音频锁相环（APLL_CLK）时钟以及外部输入的MCLK信号（I2Sn_MCLK_in）。其中，XTAL_CLK适用于大多数标准时序要求，APLL_CLK则提供了可调频率的优势，适合高保真音频应用，而I2Sn_MCLK_in则用于需要外部同步的场景。通过配置 HP_SYS_CLKRST_I2Sn_TX/RX_CLK_SRC_SEL 和 HP_SYS_CLKRST_I2S0_TX/RX_CLK_EN 寄存器，用户可以灵活地选择TX和RX的时钟源，确保数据传输的精确性和稳定性。
2）分频器配置
I2S模块的TX和RX主时钟（分别为I2Sn_TX_CLK和I2Sn_RX_CLK）是通过所选时钟源经过分频器生成的。主时钟频率fI2Sn_CLK_S，也就是上图讲解的三个时钟源其中一个，通过以下公式计算：

其中，𝑁是一个整数分频值，范围为2到256，用户可以通过配置 HP_SYS_CLKRST_I2Sn_TX/RX_DIV_N 寄存器来设置。参数𝑎和𝑏则用于配置分数分频器（fractional divider），通过精细调节这些值，可以实现更高精度的频率设置，从而满足特定应用的时钟要求。
3）串行时钟（BCK）生成
I2S模块的TX和RX串行时钟（分别为 I2SnO_BCK_out 和 I2SnI_BCK_out）是通过主时钟 I2Sn_TX_CLK 和 I2Sn_RX_CLK 进一步分频生成的。发送BCK频率的计算公式如下：

其中，MO是一个整数值，通过I2Sn_TX_BCK_DIV_NUM配置，且需确保𝑀𝑂≠1。接收BCK频率的计算方式类似，MI为I2Sn_RX_BCK_DIV_NUM寄存器数值+1，同样它不允许为1。这些分频设置使得可以精确调整串行时钟频率，以适应不同的音频数据传输需求。
4）I2Sn_MCLK输出
在I2S主模式下，I2Sn模块可以输出主时钟（I2Sn_MCLK_out）作为外设的时钟源，用于同步外围设备的操作。
通过上述配置和分频设计，ESP32-P4的I2S时钟生成器可以灵活地选择时钟源并生成适合的时钟信号，以适应不同的音频采样率和传输速率要求。这些模块的协同工作增强了ESP32-P4在音频处理方面的灵活性和兼容性。

43.1.3.2 I2S驱动文件调用结构
在ESP32-P4的开发中，I2S（Inter-IC Sound）接口驱动提供了多种通信模式，包括标准模式、PDM模式和TDM模式，以适应不同的音频应用需求。I2S驱动的文件结构和调用关系经过精心设计，以支持多种应用场景，提供了新旧两套API供用户选择使用。
为了兼容已有的I2S驱动应用，同时提供更灵活和高效的音频处理能力，ESP-IDF框架中实现了原有的I2S驱动和新驱动。用户可以基于需求选择适合的API接口，但需要注意的是，原有驱动与新驱动无法共存。在开发过程中，用户应根据项目需求选择合适的头文件，选择适合的通信模式，并依赖正确的头文件结构来确保应用的稳定性和兼容性。I2S驱动文件结构分为公共头文件、私有头文件和源文件三部分。公共头文件主要向应用程序提供API接口，私有头文件则主要用于驱动内部调用。整个结构的模块化设计使得代码维护和扩展更为方便，帮助开发者更快地集成I2S功能。下图为I2S 文件结构

图43.1.3.2.1 I2S 文件结构

上图展示了I2S文件结构和各文件的依赖关系。以下是对文件结构的说明：
1，顶层应用接口文件：
i2s.h：提供原有I2S API，供使用旧驱动的应用程序调用。旧版API不支持新特性，但在一些老应用中依然可用。
i2s_std.h：提供标准通信模式的API，用于新驱动的标准模式。该文件包含配置标准I2S通信的函数。
i2s_pdm.h：提供PDM通信模式的API，供新驱动的PDM模式使用。PDM（脉冲密度调制）模式主要用于麦克风输入等音频处理场景。
i2s_tdm.h：提供TDM通信模式的API，供新驱动的TDM模式使用。TDM（时分多路复用）模式用于多通道音频通信。
2，公共类型文件：
i2s_types_legacy.h：定义旧驱动中使用的类型和结构体，专为与旧I2S API兼容而设计。
i2s_types.h：定义I2S模块中的公共类型，包括在各个I2S模式下都可能使用的基础类型。
3，公共功能文件
i2s_common.h：提供所有通信模式通用的API接口，包括初始化、配置、启动等公共操作。这样可以避免在每个模式文件中重复实现公共操作。
i2s_common.c：实现了i2s_common.h中声明的通用API逻辑，将公共操作的功能具体实现，以便不同模式复用。
4，私有头文件
i2s_private.h：包含仅在驱动内部使用的私有函数和定义，避免了与公共接口的混淆。该文件中的内容不直接对用户开放，只在驱动的内部实现中使用。
5，HAL层文件
i2s_hal.h：定义了硬件抽象层（HAL）的接口，屏蔽了底层硬件细节，为上层提供更为抽象的I2S操作。
i2s_hal.c：实现了HAL层的具体操作逻辑，与底层硬件直接交互。
i2s_ll.h：提供低层（LL）接口，包含底层寄存器操作函数，以更直接的方式访问I2S硬件。
6，旧版I2S驱动文件
i2s_legacy.c：包含旧I2S驱动的具体实现逻辑，适用于兼容原有I2S API的应用。
注意：原有驱动与新驱动不可共存。应用应选择包含i2s.h来使用原有驱动，或包含i2s_std.h、i2s_pdm.h、i2s_tdm.h来使用新驱动。未来，原有驱动可能会被移除。

43.2 硬件设计

43.2.1 程序功能
本章实验功能简介：开机后，先初始化各外设，然后检测字库是否存在，如果检测无问题，则开始循环播放SD卡MUSIC文件夹里面的歌曲（必须在SD卡根目录建立一个MUSIC文件夹，并存放歌曲在里面），在TFTLCD上显示歌曲名字、播放时间、歌曲总时间、歌曲总数目、当前歌曲的编号等信息。KEY0用于选择下一曲，KEY1用于选择上一曲，KEY2用来控制暂停/继续播放。LED0闪烁，提示程序运行状态。
注意：在接入RGBLCD屏时，我们发现MCU与ES8388之间的通信可能会出现丢包现象。经过半个月的调试，最终通过将RGBLCD的数据线与I2C通信线分开布线，极大的减少了丢包现象。然而，偶尔仍会出现丢包现象。为了解决这一问题，我们在ES8388的写函数中添加了do-while语句，确保ES8388能收到应答后再继续执行操作。若读者希望进一步减少丢包现象，可以尝试调整RGBLCD的电源电压。具体方法是在rgblcd.c文件中，将LDO4的输出电压调整为2200mV（即2V）。在DNESP32P4开发板中，ESP32-P4芯片的LDO4用于控制VDDPST1电源域的电压，而VDDPST1管脚则用于与RGBLCD进行通信。通过调节LDO4的输出电压，可以更好地减少与ES8388通信时的丢包问题。需要注意的是，此问题仅出现在接入RGBLCD屏时，若接入MIPI显示屏则不会出现丢包现象。

43.2.2 硬件资源
本实验，大家需要准备1张TF卡（在里面新建一个MUSIC文件夹，并存放一些歌曲在MUSIC文件夹下）和一个耳机（非必备），分别插入TF卡接口和耳机接口，然后下载本实验就可以通过耳机或板载喇叭来听歌了。实验用到的硬件资源如下：
1）LED灯
        LED        0                - IO51
2）ES8388音频CODEC芯片，通过I2S驱动
3）I2S音频接口
        I2S_BCK_IO                - IO47
        I2S_WS_IO                - IO48
        I2S_DO_IO                - IO49
        I2S_DI_IO                - IO50
        I2S_MCK_IO                - IO46
4）XL9555
        IIC_INT                - IO36
        IIC_SDA                - IO33
        IIC_SCL                - IO32
        EXIO_8                - KEY0
        EXIO_9                - KEY1
        EXIO_10                - KEY2
5）RGBLCD/MIPILCD（引脚太多，不罗列出来）
6） SPIFFS
7）SD卡
        CMD                  -  IO44
        CLK                -  IO43
        D0                      -  IO39
        D1                      -  IO40
        D2                     -  IO41
        D3                      -  IO42

43.2.3 原理图
ES8388器件相关原理图，如下图所示。

图43.2.3.1 ES8388硬件原理图

DNESP32P4开发板板载的ES8388解码芯片的驱动电路原理图如上图所示。图中，PHONE接口可以用来插耳机，SPK_IN连接了板载的喇叭，IIC接口和24C02等芯片共用。

43.3 程序设计

43.3.1 I2S的IDF驱动
MYI2S外设驱动位于ESP-IDF的components\BSP\目录。该目录中的include文件夹存放MYI2S相关的头文件，声明了MYI2S函数和结构体等；而i2s_common.c文件是实现I2S操作函数。要使用MYI2S功能，必须先导入以下头文件。

1. #include "driver/i2s_std.h"

复制代码

接下来，作者将介绍一些常用的MYI2S函数，这些函数的描述及其作用如下：
1，分配新的I2S通道i2s_new_channel
该函数用于分配新的I2S通道，其函数原型如下：

1. esp_err_t i2s_new_channel(const i2s_chan_config_t *chan_cfg,
   
2. i2s_chan_handle_t *ret_tx_handle,
   
3. i2s_chan_handle_t *ret_rx_handle);

复制代码

函数形参：

表43.3.1.1 i2s_new_channel函数形参描述

返回值：
ESP_OK表示成功分配新通道。
ESP_ERR_NOT_SUPPORTED表示当前芯片不支持该通信模式。
ESP_ERR_INVALID_ARG表示参数无效，例如NULL指针。
ESP_ERR_NOT_FOUND表示未找到可用的I2S通道。
chan_cfg为指向I2S通道配置结构体的指针。接下来，笔者将详细介绍i2s_chan_config_t结构体中的各个成员变量，如下代码所示：

1. typedef struct {
   
2.     i2s_port_t id;                       /* I2S端口ID */
   
3.     i2s_role_t role;                     /* I2S角色，I2S_ROLE_MASTER或I2S_ROLE_SLAVE */
   
4. 
   
5.     /* DMA配置 */
   
6.     uint32_t dma_desc_num;                 /* I2S DMA缓冲区的数量，也即DMA描述符的数量 */
   
7.     uint32_t dma_frame_num;                /* 每个DMA缓冲区的帧数。每帧表示一次采样数据，*/
   
8.     union {
   
9.         bool auto_clear;                 /* `auto_clear_after_cb`的别名 */
   
10.         bool auto_clear_after_cb;         /* 设置在`on_sent`回调之后自动清除DMA TX缓冲区，
    
11. 如果没有数据发送，I2S会自动发送零。
    
12. 这样用户可以直接在回调中分配数据到DMA缓冲区，
    
13. 且在退出回调后数据不会被清除。*/
    
14.     };
    
15.     bool auto_clear_before_cb; /* 设置在`on_sent`回调之前自动清除DMA TX缓冲区，
    
16.                                   如果没有数据发送，I2S会自动发送零。
    
17.                                   这样用户可以在回调中访问刚刚发送完的数据。*/
    
18. bool allow_pd;    /* 允许I2S控制器进入低功耗模式。启用此标志后，
    
19. 驱动会在进入睡眠模式前备份I2S寄存器，
    
20.                          并在退出时恢复这些寄存器。这样可以节省功耗，但会消耗更多的RAM。*/
    
21. int intr_priority;   /* I2S中断优先级，范围为[0, 7]，如果设置为0，
    
22. 驱动会尝试分配一个相对较低的中断优先级（1,2,3） */
    
23. } i2s_chan_config_t;

复制代码

i2s_chan_config_t结构体用于传递I2S的通道配置参数，以便在调用i2s_new_channel时进行初始化和设置。通过这个结构体，开发者可以灵活配置I2S的主从机模式，以满足不同的需求。
2，初始化I2S通道为标准模式i2s_channel_init_std_mode
该函数用于初始化I2S通道为标准模式，其函数原型如下：

1. esp_err_t i2s_channel_init_std_mode(i2s_chan_handle_t handle,
   
2. const i2s_std_config_t *std_cfg);

复制代码

函数形参：

表43.3.1.2 i2s_channel_init_std_mode函数形参描述

返回值：
ESP_OK表示初始化成功。
ESP_ERR_NO_MEM表示没有足够的内存存储通道信息。
ESP_ERR_INVALID_ARG表示NULL指针或无效的配置。
ESP_ERR_INVALID_STATE表示此通道未注册。
std_cfg为指向I2S标准模式结构体的指针。接下来，笔者将详细  介绍i2s_std_config_t结构体中的各个成员变量，如下代码所示：

1. /**
   
2. * @brief I2S标准模式声道配置
   
3. */
   
4. typedef struct {
   
5.     /* 一般字段 */
   
6.     i2s_data_bit_width_t data_bit_width;        /* I2S采样数据位宽 */
   
7.     i2s_slot_bit_width_t slot_bit_width;        /* I2S声道位宽（每个声道的总位数） */
   
8.     i2s_slot_mode_t slot_mode;                  /* 设置单声道或立体声模式， */
   
9. 
   
10.     /* 特殊字段 */
    
11.     i2s_std_slot_mask_t slot_mask;        /* 选择左声道、右声道或两者的声道 */
    
12.     uint32_t ws_width;              /* WS信号宽度（即WS信号为高电平的BCLK时钟周期数） */
    
13.     bool ws_pol;                     /* WS信号极性，设置为true时，表示先为高电平 */
    
14.     bool bit_shift;                  /* 在Philips模式下启用位移 */
    
15. #if SOC_I2S_HW_VERSION_1            /* 对于ESP32/ESP32-S2 */
    
16.     bool msb_right;                  /* 设置在FIFO中将右声道数据放置在MSB */
    
17. #else
    
18.     bool left_align;                 /* 设置启用左对齐 */
    
19.     bool big_endian;                 /* 设置启用大端字节序 */
    
20.     bool bit_order_lsb;              /* 设置启用LSB优先 */
    
21. #endif
    
22. } i2s_std_slot_config_t;
    
23. 
    
24. /**
    
25. * @brief I2S标准模式时钟配置
    
26. */
    
27. typedef struct {
    
28.     /* 一般字段 */
    
29.     uint32_t sample_rate_hz;                          /* I2S采样率 */
    
30.     i2s_clock_src_t clk_src;                         /* 选择时钟源 */
    
31. #if SOC_I2S_HW_VERSION_2
    
32.     uint32_t ext_clk_freq_hz;                        /* 外部时钟源频率（单位Hz）*/
    
33. #endif
    
34.     i2s_mclk_multiple_t mclk_multiple;        /* MCLK与采样率的倍数 */
    
35. } i2s_std_clk_config_t;
    
36. 
    
37. /**
    
38. * @brief I2S标准模式GPIO引脚配置
    
39. */
    
40. typedef struct {
    
41.     gpio_num_t mclk;                           /* MCK引脚，默认输出 */
    
42.     gpio_num_t bclk;               /* BCK引脚，主机角色时为输出，Slave角色时为输入 */
    
43.     gpio_num_t ws;                 /* WS引脚，主机角色时为输出，Slave角色时为输入 */
    
44.     gpio_num_t dout;               /* 数据输出引脚 */
    
45.     gpio_num_t din;                /* 数据输入引脚 */
    
46.     struct {
    
47.         uint32_t mclk_inv: 1;            /* 设置为1时，反转MCLK输入/输出 */
    
48.         uint32_t bclk_inv: 1;            /* 设置为1时，反转BCLK输入/输出 */
    
49.         uint32_t ws_inv: 1;              /* 设置为1时，反转WS输入/输出 */
    
50.     } invert_flags;                /* GPIO引脚反转标志 */
    
51. } i2s_std_gpio_config_t;
    
52. 
    
53. /**
    
54. * @brief I2S标准模式主要配置，包括时钟、声道和GPIO配置
    
55. */
    
56. typedef struct {
    
57.     i2s_std_clk_config_t clk_cfg;            /* 标准模式时钟配置 */
    
58.     i2s_std_slot_config_t slot_cfg;           /* 标准模式声道配置 */
    
59.     i2s_std_gpio_config_t gpio_cfg;           /* 标准模式GPIO配置 */
    
60. } i2s_std_config_t;

复制代码

这些结构体在I2S配置中起着至关重要的作用，可以帮助用户定制I2S的数据传输、时钟源选择和GPIO引脚设置等。
3，启用I2S TX/RX通道i2s_channel_enable
该函数用于启用I2S TX/RX通道，其函数原型如下：

1. esp_err_t i2s_channel_enable(i2s_chan_handle_t handle);

复制代码

函数形参：

表43.3.1.3 i2s_channel_enable函数形参描述

返回值：
ESP_OK表示启动成功。
ESP_ERR_INVALID_ARG表示NULL指针或无效的配置。
ESP_ERR_INVALID_STATE表示该通道尚未初始化或已启动。
4，禁用I2S TX/RX通道i2s_channel_disable
该函数用于禁用I2S TX/RX通道，其函数原型如下：

1. esp_err_t i2s_channel_disable(i2s_chan_handle_t handle);

复制代码

函数形参：

表43.3.1.4 i2s_channel_disable函数形参描述

返回值：
ESP_OK表示禁用成功。
ESP_ERR_INVALID_ARG表示NULL指针或无效的配置。
ESP_ERR_INVALID_STATE表示该通道尚未初始化或已启动。
5，删除I2S通道i2s_del_channel
该函数用于删除I2S通道，其函数原型如下：

1. esp_err_t i2s_del_channel(i2s_chan_handle_t handle);

复制代码

函数形参：

表43.3.1.5 i2s_del_channel函数形参描述

返回值：
ESP_OK表示删除成功。
ESP_ERR_INVALID_ARG表示NULL指针或无效的配置。
6，重新配置I2S时钟以适应标准模式i2s_channel_reconfig_std_clock
该函数用于重新配置I2S时钟以适应标准模式，其函数原型如下：

1. esp_err_t i2s_channel_reconfig_std_clock(i2s_chan_handle_t handle,
   
2. const i2s_std_clk_config_t *clk_cfg);

复制代码

函数形参：

表43.3.1.6 i2s_channel_reconfig_std_clock函数形参描述

返回值：
ESP_OK表示时钟设置成功。
ESP_ERR_INVALID_ARG表示NULL指针或无效的配置。
ESP_ERR_INVALID_STATE表示通道未初始化或未停止。
7，重新配置I2S声道以适应标准模式i2s_channel_reconfig_std_slot
该函数用于重新配置I2S声道以适应标准模式，其函数原型如下：

1. esp_err_t i2s_channel_reconfig_std_slot(i2s_chan_handle_t handle,
   
2. const i2s_std_slot_config_t *slot_cfg);

复制代码

函数形参：

表43.3.1.7 i2s_channel_reconfig_std_slot函数形参描述

返回值：
ESP_OK表示声道设置成功。
ESP_ERR_NO_MEM表示没有足够内存分配DMA缓冲区。
ESP_ERR_INVALID_ARG表示参数无效或通道不是标准模式。
ESP_ERR_INVALID_STATE表示通道未初始化或未处于停止状态。
8，I2S写数据i2s_channel_write
该函数用于I2S写数据，其函数原型如下：

1. esp_err_t i2s_channel_write(i2s_chan_handle_t handle, const void *src,
   
2. size_t size, size_t *bytes_written,
   
3. uint32_t timeout_ms);

复制代码

函数形参：

表43.3.1.9 i2s_channel_read函数形参描述

返回值：
ESP_OK表示读取成功。
ESP_ERR_TIMEOUT表示写入超时。
ESP_ERR_INVALID_ARG表示NULL指针或该句柄不是RX句柄。
ESP_ERR_INVALID_STATE表示写入数据失败。

43.3.2 程序流程图

图43.3.2.1 音乐播放器实验程序流程图

音乐播放我们从SD卡的指定目前读取音乐文件，解析格式正确后，通过I2S不断向ES8388发送文件数据至播放完成，ES8388解码后通过选择扬声器或直接从耳机输出音乐。为了交互性，我们设置板载的按键用于控制播放的歌曲切换及开始/暂停播放。

43.3.3 程序解析
在34_music例程中，作者在34_music\components\BSP路径下新建MYI2S和ES8388文件夹，并且需要更改CMakeLists.txt内容，以便在其他文件上调用。
1，I2S驱动代码
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。MYI2S驱动源码包括两个文件：myi2s.c和myi2s.h。
下面先解析myi2s.h的程序。对I2S所需的管脚及采样率做了定义。

1. #define I2S_NUM                 (I2S_NUM_0)                 /* I2S port */
   
2. #define I2S_BCK_IO              (GPIO_NUM_47)               /* ES8388_SCLK */
   
3. #define I2S_WS_IO               (GPIO_NUM_48)               /* ES8388_LRCK */
   
4. #define I2S_DO_IO               (GPIO_NUM_49)               /* ES8388_SDIN */
   
5. #define I2S_DI_IO               (GPIO_NUM_50)               /* ES8388_SDOUT */
   
6. #define I2S_MCK_IO              (GPIO_NUM_46)               /* ES8388_MCLK */
   
7. #define I2S_RECV_BUF_SIZE       (2400)                      /* 接收大小 */
   
8. #define I2S_SAMPLE_RATE         (44100)                     /* 采样率 */
   
9. #define I2S_MCLK_MULTIPLE       (384)        /* 如果不使用24位数据宽度，256应该足够了 */

复制代码

下面我们再解析myi2s.c的程序，该文件定义了myi2s_init、i2s_trx_start、i2s_trx_stop等相关I2S操作函数，这些函数实现代码如下所示：
1，myi2s_init函数

1. /*
   
2. * @brief            初始化I2S
   
3. * @param            无
   
4. * @retval                 ESP_OK:初始化成功;其他:失败
   
5. */
   
6. esp_err_t myi2s_init(void)
   
7. {
   
8. i2s_chan_config_t chan_cfg = I2S_CHANNEL_DEFAULT_CONFIG(I2S_NUM,
   
9.                              I2S_ROLE_MASTER);        /* 默认的通道配置(I2S0,主机) */
   
10.     chan_cfg.auto_clear = true;         /* 自动清除DMA缓冲区遗留的数据 */
    
11.     ESP_ERROR_CHECK(i2s_new_channel(&chan_cfg, &tx_handle, &rx_handle));   
    
12. 
    
13.     i2s_std_config_t std_cfg = {                                                    /* 标准通信模式配置 */
    
14.         .clk_cfg  = {                                                               /* 时钟配置 */
    
15.             .sample_rate_hz = I2S_SAMPLE_RATE,                    /* I2S采样率 */
    
16.             .clk_src        = I2S_CLK_SRC_DEFAULT,                /* I2S时钟源 */
    
17.             .mclk_multiple  = I2S_MCLK_MULTIPLE,                  /* I2S主时钟MCLK */
    
18.         },
    
19.         .slot_cfg = {                                                               /* 声道配置 */
    
20.             .data_bit_width = I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT,         /* 声道支持16位宽 */
    
21.             .slot_bit_width = I2S_SLOT_BIT_WIDTH_AUTO,           /* 通道位宽 */
    
22.             .slot_mode      = I2S_SLOT_MODE_STEREO,              /* 立体声 */
    
23.             .slot_mask      = I2S_STD_SLOT_BOTH,               /* 启用通道 */
    
24.             .ws_width       = I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT,         /* WS信号位宽 */
    
25.             .ws_pol         = false,                            /* WS信号极性 */
    
26.             .bit_shift      = true,                            /* 位移位 */
    
27.             .left_align     = true,                              /* 左对齐 */
    
28.             .big_endian     = false,                            /* 小端模式 */
    
29.             .bit_order_lsb  = false                             /* MSB */
    
30.         },
    
31.         
    
32.         .gpio_cfg = {                                                               /* 引脚配置 */
    
33.             .mclk = I2S_MCK_IO,                                                     /* 主时钟线 */
    
34.             .bclk = I2S_BCK_IO,                                                     /* 位时钟线 */
    
35.             .ws   = I2S_WS_IO,                                                      /* 字(声道)选择线 */
    
36.             .dout = I2S_DO_IO,                                                      /* 串行数据输出线 */
    
37.             .din  = I2S_DI_IO,                                                      /* 串行数据输入线 */
    
38.             .invert_flags = {                                                       /* 引脚翻转(不反相) */
    
39.                 .mclk_inv = false,
    
40.                 .bclk_inv = false,
    
41.                 .ws_inv   = false,
    
42.             },
    
43.         },
    
44.     };
    
45.     my_std_cfg = std_cfg;
    
46. /* 初始化TX通道 */
    
47. ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_init_std_mode(tx_handle, &std_cfg));   
    
48. /* 初始化RX通道 */
    
49. ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_init_std_mode(rx_handle, &std_cfg));   
    
50. /* 启用TX通道 */
    
51. ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_enable(tx_handle));                     
    
52. /* 启用RX通道 */
    
53.     ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_enable(rx_handle));                     
    
54.     return ESP_OK;
    
55. }

复制代码

上述函数 myi2s_init用于初始化ESP32-P4的I2S外设，并配置其为标准通信模式。首先，函数设置了I2S通道的默认配置，包括通道角色（主机模式）和DMA数据自动清除功能。接着，函数定义了标准模式下的时钟、数据通道和GPIO配置，确保I2S信号的时钟、数据位宽、信号极性等符合应用要求。然后，通过调用i2s_new_channel创建新的TX和RX通道句柄，并分别初始化为标准模式。最后，函数启用TX和RX通道，启动数据传输。该函数通过ESP_ERROR_CHECK确保每个步骤成功执行，若有任何错误会终止执行并返回错误信息。
2，i2s_trx_start函数

1. /**
   
2. * @brief             I2S TRX启动
   
3. * @param             无
   
4. * @retval            无
   
5. */
   
6. void i2s_trx_start(void)
   
7. {
   
8.     ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_enable(tx_handle));
   
9.     ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_enable(rx_handle));
   
10. }

复制代码

上述函数i2s_trx_start用于启动I2S的TX与RX通道。
3，i2s_trx_stop函数

1. /**
   
2. * @brief            I2S TRX停止
   
3. * @param             无
   
4. * @retval            无
   
5. */
   
6. void i2s_trx_stop(void)
   
7. {
   
8.     ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_disable(tx_handle));
   
9.     ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_disable(rx_handle));
   
10. }

复制代码

上述函数i2s_trx_stop用于禁用I2S的TX与RX通道。
3，i2s_deinit函数

1. /**
   
2. * @brief             I2S卸载
   
3. * @param             无
   
4. * @retval          无
   
5. */
   
6. void i2s_deinit(void)
   
7. {
   
8.     ESP_ERROR_CHECK(i2s_del_channel(tx_handle));
   
9.     ESP_ERROR_CHECK(i2s_del_channel(rx_handle));
   
10. }

复制代码

上述函数用于卸载I2S设备。
4，i2s_set_samplerate_bits_sample函数

1. /**
   
2. * @brief             设置采样率和位宽
   
3. * @param             sampleRate  :采样率
   
4. * @param             bits_sample :位宽
   
5. * @retval            无
   
6. */
   
7. void i2s_set_samplerate_bits_sample(int samplerate, int bits_sample)
   
8. {
   
9.     i2s_trx_stop();
   
10.     /* 如果需要更新声道或时钟配置,需要在更新前先禁用通道 */
    
11.     my_std_cfg.slot_cfg.ws_width = bits_sample;        /* 位宽 */
    
12. ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_reconfig_std_slot(tx_handle,
    
13.                                              &my_std_cfg.slot_cfg));
    
14.     my_std_cfg.clk_cfg.sample_rate_hz = samplerate;    /* 设置采样率 */
    
15. ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_reconfig_std_clock(tx_handle,
    
16. &my_std_cfg.clk_cfg));
    
17. }

复制代码

上述函数i2s_set_samplerate_bits_sample用于重新配置通道位宽和采样率，值得注意的是，必须先禁用Tx/Rx通道，方能重新配置这些参数。
5，i2s_tx_write函数

1. /**
   
2. * @brief            I2S传输数据
   
3. * @param           buffer: 数据存储区的首地址
   
4. * @param            frame_size: 数据大小
   
5. * @retval           发送的数据长度
   
6. */
   
7. size_t i2s_tx_write(uint8_t *buffer, uint32_t frame_size)
   
8. {
   
9.     size_t bytes_written;
   
10. ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_write(tx_handle, buffer, frame_size,
    
11.                                  &bytes_written, 1000));
    
12.     return bytes_written;
    
13. }

复制代码

上述函数i2s_tx_write将用于I2S音频数据传输至es8388当中，并返回实际发送的大小。
6，i2s_rx_read函数

1. /**
   
2. * @brief                  I2S读取数据
   
3. * @param             buffer: 读取数据存储区的首地址
   
4. * @param             frame_size: 读取数据大小
   
5. * @retval            接收的数据长度
   
6. */
   
7. size_t i2s_rx_read(uint8_t *buffer, uint32_t frame_size)
   
8. {
   
9.     size_t bytes_written;
   
10. ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_read(rx_handle, buffer, frame_size,
    
11. &bytes_written, 1000));
    
12.     return bytes_written;
    
13. }

复制代码

上述函数i2s_rx_read将用于读取es8388设备的音频数据，并返回实际接收的数据大小。

2，ES8388驱动代码
ES8388主要用来将音频信号转换为数字信号或将数字信号转换为音频信号，接下来，我们开始介绍ES8388的几个函数，代码如下：

1. i2c_master_dev_handle_t es8388_handle = NULL;
   
2. 
   
3. /**
   
4. * @brief       ES8388写寄存器
   
5. * @param       reg_addr:寄存器地址
   
6. * @param       data:写入的数据
   
7. * @retval      无
   
8. */
   
9. esp_err_t es8388_write_reg(uint8_t reg_addr, uint8_t data)
   
10. {
    
11.     esp_err_t ret;
    
12.     uint8_t *buf = malloc(2);
    
13.     if (buf == NULL)
    
14.     {
    
15.         ESP_LOGE(es8388_tag, "%s memory failed", __func__);
    
16.         return ESP_ERR_NO_MEM;      /* 分配内存失败 */
    
17.     }
    
18. 
    
19.     buf[0] = reg_addr;              
    
20.     buf[1] = data;                  /* 拷贝数据至存储区当中 */
    
21. 
    
22.     do
    
23.     {
    
24.         i2c_master_bus_wait_all_done(bus_handle, 1000);
    
25.         ret = i2c_master_transmit(es8388_handle, buf, 2, 1000);   
    
26.     } while (ret != ESP_OK);
    
27. 
    
28.     free(buf);                      /* 发送完成释放内存 */
    
29. 
    
30.     return ret;
    
31. }
    
32. 
    
33. 
    
34. /**
    
35. * @brief            ES8388读寄存器
    
36. * @param            reg_add:寄存器地址
    
37. * @param             p_data:读取的数据
    
38. * @retval            无
    
39. */
    
40. esp_err_t es8388_read_reg(uint8_t reg_addr, uint8_t *pdata)
    
41. {
    
42.     uint8_t reg_data = 0;
    
43.     i2c_master_transmit_receive(es8388_handle, &reg_addr, 1, &reg_data, 1, -1);
    
44.     return reg_data;
    
45. }
    
46. 
    
47. /**
    
48. * @brief            ES8388初始化
    
49. * @param            无
    
50. * @retval             0,初始化正常
    
51. *                     其他,错误代码
    
52. */
    
53. uint8_t es8388_init(void)
    
54. {
    
55.     uint8_t ret_val = 0;
    
56. 
    
57.     /* 未调用myiic_init初始化IIC */
    
58.     if (bus_handle == NULL)
    
59.     {
    
60.         ESP_ERROR_CHECK(myiic_init());
    
61.     }
    
62. 
    
63.     i2c_device_config_t es8388_i2c_dev_conf = {
    
64.         .dev_addr_length = I2C_ADDR_BIT_LEN_7,  /* 从机地址长度 */
    
65.         .scl_speed_hz    = IIC_SPEED_CLK,       /* 传输速率 */
    
66.         .device_address  = ES8388_ADDR,         /* 从机7位的地址 */
    
67.     };
    
68.     /* I2C总线上添加ES8388设备 */
    
69. ESP_ERROR_CHECK(i2c_master_bus_add_device(bus_handle, &es8388_i2c_dev_conf,
    
70. &es8388_handle));
    
71. 
    
72.     ret_val |= es8388_write_reg(0, 0x80);       /* 软复位ES8388 */
    
73.     ret_val |= es8388_write_reg(0, 0x00);
    
74.     vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));             /* 等待复位 */
    
75. 
    
76.     ret_val |= es8388_write_reg(0x01, 0x58);
    
77.     ret_val |= es8388_write_reg(0x01, 0x50);
    
78.     ret_val |= es8388_write_reg(0x02, 0xF3);
    
79.     ret_val |= es8388_write_reg(0x02, 0xF0);
    
80. 
    
81.     ret_val |= es8388_write_reg(0x03, 0x09);    /* 麦克风偏置电源关闭 */
    
82.     ret_val |= es8388_write_reg(0x00, 0x06);    /* 使能参考 500K驱动使能 */
    
83.     ret_val |= es8388_write_reg(0x04, 0x00);    /* DAC电源管理，不打开任何通道 */
    
84.     ret_val |= es8388_write_reg(0x08, 0x00);    /* MCLK不分频 */
    
85.     ret_val |= es8388_write_reg(0x2B, 0x80);    /* DAC控制 DACLRC与ADCLRC相同 */
    
86. 
    
87. ret_val |= es8388_write_reg(0x09, 0x88);    /* ADC L/R PGA增益配置为+24dB */
    
88. /* ADC数据选择为left data = left ADC, right data=left ADC  音频数据为16bit */
    
89.     ret_val |= es8388_write_reg(0x0C, 0x4C);   
    
90. ret_val |= es8388_write_reg(0x0D, 0x02);    /* ADC配置 MCLK/采样率=256 */
    
91. /* ADC数字音量控制将信号衰减 L  设置为最小！！！ */
    
92.     ret_val |= es8388_write_reg(0x10, 0x00);   
    
93. /* ADC数字音量控制将信号衰减 R  设置为最小！！！ */
    
94. ret_val |= es8388_write_reg(0x11, 0x00);   
    
95. 
    
96.     ret_val |= es8388_write_reg(0x17, 0x18);    /* DAC音频数据为16bit */
    
97. ret_val |= es8388_write_reg(0x18, 0x02);    /* DAC配置 MCLK/采样率=256 */
    
98. /* DAC数字音量控制将信号衰减 L  设置为最小！！！ */
    
99. ret_val |= es8388_write_reg(0x1A, 0x00);   
    
100. /* DAC数字音量控制将信号衰减 R  设置为最小！！！ */
     
101.     ret_val |= es8388_write_reg(0x1B, 0x00);   
     
102.     ret_val |= es8388_write_reg(0x27, 0xB8);    /* L混频器 */
     
103.     ret_val |= es8388_write_reg(0x2A, 0xB8);    /* R混频器 */
     
104.     vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));
     
105. 
     
106.     if (ret_val != ESP_OK)
     
107.     {
     
108.         while(1)
     
109.         {
     
110.             ESP_LOGI(es8388_tag, "ES8388 fail");
     
111.             vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
     
112.         }
     
113.     }
     
114.     else
     
115.     {
     
116.         ESP_LOGI(es8388_tag, "ES8388 success");
     
117.     }
     
118. 
     
119.     es8388_adda_cfg(0, 0);      /* 开启DAC关闭ADC */
     
120.     es8388_input_cfg(0);        /* 关闭录音输入 */
     
121.     es8388_output_cfg(0, 0);    /* DAC选择通道输出 */
     
122.     es8388_hpvol_set(0);        /* 设置耳机音量 */
     
123.     es8388_spkvol_set(0);       /* 设置喇叭音量 */
     
124.    
     
125.     return 0;
     
126. }
     
127. 
     
128. /**
     
129. * @brief             ES8388反初始化
     
130. * @param             无
     
131. * @retval           0,初始化正常
     
132. *                    其他,错误代码
     
133. */
     
134. esp_err_t es8388_deinit(void)
     
135. {
     
136.     return es8388_write_reg(0x02, 0xFF);    /* 复位和暂停ES8388 */
     
137. }
     
138. 
     
139. /**
     
140. * @brief             设置ES8388工作模式
     
141. * @param              fmt : 工作模式
     
142. *    @arg            0, 飞利浦标准I2S;
     
143. *    @arg            1, MSB(左对齐);
     
144. *    @arg             2, LSB(右对齐);
     
145. *    @arg            3, PCM/DSP
     
146. * @param             len : 数据长度
     
147. *    @arg            0, 24bit
     
148. *    @arg            1, 20bit
     
149. *    @arg            2, 18bit
     
150. *    @arg            3, 16bit
     
151. *    @arg             4, 32bit
     
152. * @retval            无
     
153. */
     
154. void es8388_i2s_cfg(uint8_t fmt, uint8_t len)
     
155. {
     
156.     fmt &= 0x03;
     
157.     len &= 0x07;    /* 限定范围 */
     
158.     es8388_write_reg(23, (fmt << 1) | (len << 3));  /* R23,ES8388工作模式设置 */
     
159. }
     
160. 
     
161. /**
     
162. * @brief             设置耳机音量
     
163. * @param            volume : 音量大小(0 ~ 33)
     
164. * @retval            无
     
165. */
     
166. void es8388_hpvol_set(uint8_t volume)
     
167. {
     
168.     if (volume > 33)
     
169.     {
     
170.         volume = 33;
     
171.     }
     
172. 
     
173.     es8388_write_reg(0x2E, volume);
     
174.     es8388_write_reg(0x2F, volume);
     
175. }
     
176. 
     
177. /**
     
178. * @brief              设置喇叭音量
     
179. * @param           volume : 音量大小(0 ~ 33)
     
180. * @retval            无
     
181. */
     
182. void es8388_spkvol_set(uint8_t volume)
     
183. {
     
184.     if (volume > 33)
     
185.     {
     
186.         volume = 33;
     
187.     }
     
188. 
     
189.     es8388_write_reg(0x30, volume);
     
190.     es8388_write_reg(0x31, volume);
     
191. }
     
192. 
     
193. /**
     
194. * @brief              设置3D环绕声
     
195. * @param             depth : 0 ~ 7(3D强度,0关闭,7最强)
     
196. * @retval            无
     
197. */
     
198. void es8388_3d_set(uint8_t depth)
     
199. {
     
200.     depth &= 0x7;                                                       /* 限定范围 */
     
201.     es8388_write_reg(0x1D, depth << 2);            /* R7,3D环绕设置 */
     
202. }
     
203. 
     
204. /**
     
205. * @brief             ES8388 DAC/ADC配置
     
206. * @param             dacen : dac使能(1) / 关闭(0)
     
207. * @param             adcen : adc使能(1) / 关闭(0)
     
208. * @retval            无
     
209. */
     
210. void es8388_adda_cfg(uint8_t dacen, uint8_t adcen)
     
211. {
     
212.     uint8_t tempreg = 0;
     
213. 
     
214.     tempreg |= !dacen << 0;
     
215.     tempreg |= !adcen << 1;
     
216.     tempreg |= !dacen << 2;
     
217.     tempreg |= !adcen << 3;
     
218.     es8388_write_reg(0x02, tempreg);
     
219. }
     
220. 
     
221. /**
     
222. * @brief              ES8388 DAC输出通道配置
     
223. * @param             o1en : 通道1使能(1)/禁止(0)
     
224. * @param              o2en : 通道2使能(1)/禁止(0)
     
225. * @retval            无
     
226. */
     
227. void es8388_output_cfg(uint8_t o1en, uint8_t o2en)
     
228. {
     
229.     uint8_t tempreg = 0;
     
230.     tempreg |= o1en * (3 << 4);
     
231.     tempreg |= o2en * (3 << 2);
     
232.     es8388_write_reg(0x04, tempreg);
     
233. }
     
234. 
     
235. /**
     
236. * @brief             ES8388 MIC增益设置(MIC PGA增益)
     
237. * @param             gain : 0~8, 对应0~24dB  3dB/Step
     
238. * @retval            无
     
239. */
     
240. void es8388_mic_gain(uint8_t gain)
     
241. {
     
242.     gain &= 0x0F;
     
243.     gain |= gain << 4;
     
244.     es8388_write_reg(0x09, gain);       /* R9,左右通道PGA增益设置 */
     
245. }
     
246. 
     
247. /**
     
248. * @brief             ES8388 ALC设置
     
249. * @param             sel
     
250. *   @arg             0,关闭ALC
     
251. *   @arg             1,右通道ALC
     
252. *   @arg              2,左通道ALC
     
253. *   @arg              3,立体声ALC
     
254. * @param              maxgain : 0~7,对应-6.5~+35.5dB
     
255. * @param              minigain: 0~7,对应-12~+30dB 6dB/STEP
     
256. * @retval            无
     
257. */
     
258. void es8388_alc_ctrl(uint8_t sel, uint8_t maxgain, uint8_t mingain)
     
259. {
     
260.     uint8_t tempreg = 0;
     
261.     tempreg = sel << 6;
     
262.     tempreg |= (maxgain & 0x07) << 3;
     
263.     tempreg |= mingain & 0x07;
     
264.     es8388_write_reg(0x12, tempreg);     /* R18,ALC设置 */
     
265. }
     
266. 
     
267. /**
     
268. * @brief              ES8388 ADC输出通道配置
     
269. * @param              in : 输入通道
     
270. *    @arg            0, 通道1输入
     
271. *    @arg           1, 通道2输入
     
272. * @retval            无
     
273. */
     
274. void es8388_input_cfg(uint8_t in)
     
275. {
     
276.     es8388_write_reg(0x0A, (5 * in) << 4);   /* ADC1 输入通道选择L/R INPUT1 */
     
277. }

复制代码

以上代码中，es8388_init函数用于初始化es8388，这里只是通用配置（ADC&DAC），初始化完成后，并不能正常播放音乐，还需要通过es8388_adda_cfg函数使能DAC，然后通过设置es8388_output_cfg选择DAC输出，通过es8388_i2s_cfg配置I2S工作模式，最后设置音量才可以接收I2S音频数据，实现音乐播放。

3，wavplay代码
该文件用于wav格式的音频文件解码，接下来看看wavplay.c里面的几个函数，代码如下：

1. /**
   
2. * @brief             WAV解析初始化
   
3. * @param             fname : 文件路径+文件名
   
4. * @param             wavx  : 信息存放结构体指针
   
5. * @retval            0,打开文件成功
   
6. *                    1,打开文件失败
   
7. *                   2,非WAV文件
   
8. *                    3,DATA区域未找到
   
9. */
   
10. uint8_t wav_decode_init(uint8_t *fname, __wavctrl *wavx)
    
11. {
    
12.     FIL *ftemp;
    
13.     uint8_t *buf;
    
14.     uint32_t br = 0;
    
15.     uint8_t res = 0;
    
16. 
    
17.     ChunkRIFF *riff;
    
18.     ChunkFMT *fmt;
    
19.     ChunkFACT *fact;
    
20.     ChunkDATA *data;
    
21.    
    
22.     ftemp = (FIL*)malloc(sizeof(FIL));
    
23.     buf = malloc(512);
    
24.    
    
25.     if (ftemp && buf)
    
26.     {
    
27.         res = f_open(ftemp, (TCHAR*)fname, FA_READ);        /* 打开文件 */
    
28.         
    
29.         if (res == FR_OK)
    
30.         {
    
31.             f_read(ftemp, buf, 512, (UINT *)&br);                 /* 读取512字节在数据 */
    
32.             riff = (ChunkRIFF *)buf;
    
33.             
    
34.             if (riff->Format == 0x45564157)                  /* 是WAV文件 */
    
35.             {
    
36.                 fmt = (ChunkFMT *)(buf + 12);
    
37.                 fact = (ChunkFACT *)(buf + 12 + 8 + fmt->ChunkSize);
    
38.                
    
39.                 if (fact->ChunkID == 0x74636166 || fact->ChunkID == 0x5453494C)
    
40.                 {
    
41.                     wavx->datastart=12+8 + fmt->ChunkSize + 8 + fact->ChunkSize;
    
42.                 }
    
43.                 else
    
44.                 {
    
45.                     wavx->datastart = 12 + 8 + fmt->ChunkSize;
    
46.                 }
    
47.                
    
48.                 data = (ChunkDATA *)(buf + wavx->datastart);
    
49.                
    
50.                 if (data->ChunkID == 0x61746164)                /* 解析成功 */
    
51.                 {
    
52.                     wavx->audioformat = fmt->AudioFormat;       /* 音频格式 */
    
53.                     wavx->nchannels = fmt->NumOfChannels;       /* 通道数 */
    
54.                     wavx->samplerate = fmt->SampleRate;         /* 采样率 */
    
55.                     wavx->bitrate = fmt->ByteRate * 8;
    
56.                     wavx->blockalign = fmt->BlockAlign;
    
57.                     wavx->bps = fmt->BitsPerSample;
    
58.                     
    
59.                     wavx->datasize = data->ChunkSize;
    
60.                     wavx->datastart = wavx->datastart + 8;
    
61.                      
    
62.                     printf("wavx->audioformat:%d\r\n", wavx->audioformat);
    
63.                     printf("wavx->nchannels:%d\r\n", wavx->nchannels);
    
64.                     printf("wavx->samplerate:%ld\r\n", wavx->samplerate);
    
65.                     printf("wavx->bitrate:%ld\r\n", wavx->bitrate);
    
66.                     printf("wavx->blockalign:%d\r\n", wavx->blockalign);
    
67.                     printf("wavx->bps:%d\r\n", wavx->bps);
    
68.                     printf("wavx->datasize:%ld\r\n", wavx->datasize);
    
69.                     printf("wavx->datastart:%ld\r\n", wavx->datastart);  
    
70.                 }
    
71.                 else
    
72.                 {
    
73.                     res = 3;
    
74.                 }
    
75.             }
    
76.             else
    
77.             {
    
78.                 res = 2;
    
79.             }
    
80.         }
    
81.         else
    
82.         {
    
83.             res = 1;
    
84.         }
    
85.     }
    
86.    
    
87.     f_close(ftemp);
    
88.     free(ftemp);
    
89.     free(buf);
    
90.    
    
91.     return 0;
    
92. }
    
93. 
    
94. /**
    
95. * @brief             获取当前播放时间
    
96. * @param             fx    : 文件指针
    
97. * @param             wavx  : wavx播放控制器
    
98. * @retval            无
    
99. */
    
100. void wav_get_curtime(FIL *fx, __wavctrl *wavx)
     
101. {
     
102.     long long fpos = 0;
     
103. 
     
104.     wavx->totsec = wavx->datasize / (wavx->bitrate / 8);        /* 歌曲总长度(单位:秒) */
     
105.     fpos = fx->fptr-wavx->datastart;                    /* 得到当前文件播放到的地方 */
     
106.     wavx->cursec = fpos * wavx->totsec / wavx->datasize;/* 当前播放到第多少秒了? */
     
107. }
     
108. 
     
109. /**
     
110. * @brief            music任务
     
111. * @param             pvParameters : 传入参数(未用到)
     
112. * @retval            无
     
113. */
     
114. void music(void *pvParameters)
     
115. {
     
116.     pvParameters = pvParameters;
     
117. 
     
118.     /* ES8388初始化配置，有效降低启动时发出沙沙声 */
     
119.     es8388_adda_cfg(1,0);                           /* 打开DAC，关闭ADC */
     
120.     es8388_input_cfg(0);                            /* 录音关闭 */
     
121.     es8388_output_cfg(1,1);                         /* 喇叭通道和耳机通道打开 */
     
122.     es8388_hpvol_set(20);                           /* 设置喇叭 */
     
123.     es8388_spkvol_set(20);                          /* 设置耳机 */
     
124.     xl9555_pin_write(SPK_EN_IO,0);                  /* 打开喇叭 */
     
125.     vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(20));
     
126.     i2s_tx_write(g_audiodev.tbuf, WAV_TX_BUFSIZE);  /* 先发送一段无声音的数据 */
     
127. 
     
128.     while(1)
     
129.     {
     
130.         if ((g_audiodev.status & 0x0F) == 0x03)     /* 打开了音频 */
     
131.         {
     
132.             for(uint16_t readTimes = 0; readTimes < (wavctrl.datasize
     
133. / WAV_TX_BUFSIZE); readTimes++)
     
134.             {
     
135.                 if ((g_audiodev.status & 0x0F) == 0x00)            /* 暂停播放 */
     
136.                 {
     
137.                     file_read_pos = f_tell(g_audiodev.file);         /* 记录暂停位置 */
     
138. 
     
139.                     while(1)
     
140.                     {
     
141.                         if ((g_audiodev.status & 0x0F) == 0x03)        /* 重新打开了 */
     
142.                         {
     
143.                             break;
     
144.                         }
     
145. 
     
146.                         vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5));                         /* 死等 */
     
147.                     }
     
148. 
     
149.                     f_lseek(g_audiodev.file,file_read_pos);
     
150.                 }
     
151. 
     
152.                 /* 判断是否播放完成 */
     
153.                 if (i2s_table_size >= wavctrl.datasize
     
154. || i2s_play_next_prev== ESP_OK)
     
155.                 {
     
156.                     audio_stop();                 /* 先停止播放 */
     
157.                     i2s_deinit();                 /* 卸载I2S */
     
158.                     i2s_table_size = 0;           /* 总大小清零 */
     
159.                     i2s_play_end = ESP_OK;        /* 已播放完成标志位 */
     
160.                     vTaskDelete(NULL);            /* 删除当前任务 */
     
161.                     vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5)); /* 适当延时（为了删除这个任务） */
     
162.                     break;                        /* 防止延时5ms未能删除音频任务 */
     
163.                 }
     
164. 
     
165.                 f_read(g_audiodev.file,g_audiodev.tbuf, WAV_TX_BUFSIZE,
     
166. (UINT*)&bytes_write);
     
167.                 i2s_table_size = i2s_table_size + i2s_tx_write(g_audiodev.tbuf,
     
168. WAV_TX_BUFSIZE);
     
169.             }
     
170.         }
     
171. 
     
172.         vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1));
     
173.     }
     
174. 
     
175.     vTaskDelete(NULL);
     
176. }
     
177. 
     
178. /**
     
179. * @brief             播放某个wav文件
     
180. * @param             fname : 文件路径+文件名
     
181. * @retval            KEY0_PRES : 下一首
     
182. *                    KEY1_PRES : 上一首
     
183. *                   KEY2_PRES : 停止/启动
     
184. *                    其他,非WAV文件
     
185. */
     
186. uint8_t wav_play_song(uint8_t *fname)
     
187. {
     
188.     uint8_t key = 0;
     
189.     uint8_t res = 0;
     
190.    
     
191.     i2s_play_end = ESP_FAIL;
     
192.     i2s_play_next_prev = ESP_FAIL;
     
193.     g_audiodev.file = (FIL*)heap_caps_malloc(sizeof(FIL),MALLOC_CAP_DMA);
     
194.     g_audiodev.tbuf = heap_caps_malloc(WAV_TX_BUFSIZE, MALLOC_CAP_DMA);      
     
195. 
     
196.     myi2s_init();                                   /* I2S初始化 */
     
197.     vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(50));                  /* 适当延时 */
     
198. 
     
199.     if (g_audiodev.file || g_audiodev.tbuf)
     
200.     {
     
201.         memset(g_audiodev.file,0,sizeof(FIL));      /* 文件指针清零 */
     
202.         memset(g_audiodev.tbuf,0,WAV_TX_BUFSIZE);   /* buf清零 */
     
203.         memset(&wavctrl,0,sizeof(__wavctrl));       /* 对WAV结构体相关参数清零 */
     
204.         res = wav_decode_init(fname, &wavctrl);     /* 对wav音频文件解码 */
     
205. 
     
206.         if (res == 0)                               /* 解码成功 */
     
207.         {
     
208.             if (wavctrl.bps == 16)                /* 根据解码文件重新配置采样率和位宽 */
     
209.             {
     
210.                 i2s_set_samplerate_bits_sample(wavctrl.samplerate,
     
211. I2S_BITS_PER_SAMPLE_16BIT);
     
212.             }
     
213.             else if (wavctrl.bps == 24)
     
214.             {
     
215.                 i2s_set_samplerate_bits_sample(wavctrl.samplerate,
     
216. I2S_BITS_PER_SAMPLE_24BIT);
     
217.             }
     
218. 
     
219.             res = f_open(g_audiodev.file, (TCHAR*)fname, FA_READ);      
     
220. 
     
221.             if (res == FR_OK)
     
222.             {
     
223.                 audio_start();  /* 开启I2S */
     
224.                 /* 打开成功后，才创建音频任务 */
     
225.                 if (MUSICTask_Handler == NULL && res == FR_OK)
     
226.                 {
     
227.                     taskENTER_CRITICAL(&my_spinlock);
     
228.                     xTaskCreate(music, "music",4096,&MUSICTask_Handler,5, NULL);
     
229.                     taskEXIT_CRITICAL(&my_spinlock);
     
230.                 }
     
231. 
     
232.                 while (res == FR_OK)
     
233.                 {
     
234.                     while (1)
     
235.                     {
     
236.                         /* 播放结束，下一首 */
     
237.                         if (i2s_play_end == ESP_OK)
     
238.                         {
     
239.                             res = KEY0_PRES;
     
240.                             break;
     
241.                         }
     
242. 
     
243.                         key = xl9555_key_scan(0);
     
244. 
     
245.                         switch (key)
     
246.                         {
     
247.                             /* 下一首/上一首 */
     
248.                             case KEY0_PRES:
     
249.                             case KEY1_PRES:
     
250.                                 i2s_play_next_prev = ESP_OK;
     
251.                                 break;
     
252.                             /* 暂停/开启 */
     
253.                             case KEY2_PRES:
     
254.                                 if ((g_audiodev.status & 0x0F) == 0x03)
     
255.                                 {
     
256.                                     audio_stop();
     
257.                                 }
     
258.                                 else if ((g_audiodev.status & 0x0F) == 0x00)
     
259.                                 {
     
260.                                     audio_start();
     
261.                                 }
     
262.                                 break;
     
263.                         }
     
264. 
     
265.                         if ((g_audiodev.status & 0x0F) == 0x03)                 
     
266.                         {
     
267.                             wav_get_curtime(g_audiodev.file, &wavctrl);         
     
268.                             audio_msg_show(wavctrl.totsec, wavctrl.cursec,
     
269. wavctrl.bitrate);
     
270.                         }
     
271. 
     
272.                         vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));
     
273.                     }
     
274. 
     
275.                     if (key == KEY1_PRES || key == KEY0_PRES)                  
     
276.                     {
     
277.                         res = key;
     
278.                         break;
     
279.                     }
     
280.                 }
     
281.             }
     
282.             else
     
283.             {
     
284.                 res = 0xFF;
     
285.             }
     
286.         }
     
287.         else
     
288.         {
     
289.             res = 0xFF;
     
290.         }
     
291.     }
     
292.     else
     
293.     {
     
294.         res = 0xFF;
     
295.     }
     
296. 
     
297.     heap_caps_free(g_audiodev.file);
     
298.     heap_caps_free(g_audiodev.tbuf);
     
299.     g_audiodev.tbuf = NULL;
     
300.     g_audiodev.file = NULL;
     
301.     MUSICTask_Handler = NULL;
     
302.     return res;
     
303. }

复制代码

这段代码实现了基于ESP32-P4平台的WAV音频文件播放功能。核心包括wav_decode_init、wav_get_curtime、music和wav_play_song函数，分别负责WAV文件的解析、播放时间的获取、音频数据的传输以及整体音频播放的控制。
wav_decode_init函数解析WAV文件头，提取音频格式、采样率、位宽等信息，并计算数据的起始位置。music函数则用于在FreeRTOS环境下运行音频播放任务，控制音频数据的读取与传输，支持暂停、播放、切换歌曲等功能。wav_play_song函数是音频播放的主控制逻辑，负责初始化I2S播放器，处理用户输入并响应控制命令，如切换歌曲或暂停播放。通过这些函数，系统能够实现高效的 WAV 音频文件播放，并根据用户输入进行实时控制。

4，audioplay代码
该文件主要实现了对 SD 卡中的文件进行扫描，检查是否包含音频文件，并识别这些文件是否为有效的音频文件，如下代码。

1. /**
   
2. * @brief             播放音乐
   
3. * @param             无
   
4. * @retval            无
   
5. */
   
6. void audio_play(void)
   
7. {
   
8.     uint8_t res;
   
9.     FF_DIR wavdir;
   
10.     FILINFO *wavfileinfo;
    
11.     uint8_t *pname;
    
12.     uint16_t totwavnum;
    
13.     uint16_t curindex;
    
14.     uint8_t key;
    
15.     uint32_t temp;
    
16.     uint32_t *wavoffsettbl;
    
17. 
    
18.     while (f_opendir(&wavdir, "0:/MUSIC"))
    
19.     {
    
20.         text_show_string(30, 190, 240, 16, "MUSIC文件夹错误!", 16, 0, BLUE);
    
21.         vTaskDelay(200);
    
22.         lcd_fill(30, 190, 240, 206, WHITE);
    
23.         vTaskDelay(200);
    
24.     }
    
25. 
    
26.     totwavnum = audio_get_tnum((uint8_t *)"0:/MUSIC");         /* 得到总有效文件数 */
    
27.    
    
28.     while (totwavnum == 0)
    
29.     {
    
30.         text_show_string(30, 190, 240, 16, "没有音乐文件!", 16, 0, BLUE);
    
31.         vTaskDelay(200);
    
32.         lcd_fill(30, 190, 240, 146, WHITE);
    
33.         vTaskDelay(200);
    
34.     }
    
35.    
    
36.     wavfileinfo = (FILINFO*)malloc(sizeof(FILINFO));
    
37.     pname = malloc(255 * 2 + 1);
    
38.     wavoffsettbl = malloc(4 * totwavnum);
    
39.    
    
40.     while (!wavfileinfo || !pname || !wavoffsettbl)
    
41.     {
    
42.         text_show_string(30, 190, 240, 16, "内存分配失败!", 16, 0, BLUE);
    
43.         vTaskDelay(200);
    
44.         lcd_fill(30, 190, 240, 146, WHITE);
    
45.         vTaskDelay(200);
    
46.     }
    
47.    
    
48.     res = f_opendir(&wavdir, "0:/MUSIC");
    
49.    
    
50.     if (res == FR_OK)
    
51.     {
    
52.         curindex = 0;                                            /* 当前索引为0 */
    
53.         
    
54.         while (1)
    
55.         {
    
56.             temp = wavdir.dptr;                                       /* 记录当前index */
    
57. 
    
58.             res = f_readdir(&wavdir, wavfileinfo);         /* 读取目录下的一个文件 */
    
59.             
    
60.             if ((res != FR_OK) || (wavfileinfo->fname[0] == 0))
    
61.             {
    
62.                 break;                                            /* 错误了/到末尾了,退出 */
    
63.             }
    
64. 
    
65.             res = exfuns_file_type(wavfileinfo->fname);
    
66.             
    
67.             if ((res & 0xF0) == 0x40)
    
68.             {
    
69.                 wavoffsettbl[curindex] = temp;                 /* 记录索引 */
    
70.                 curindex++;
    
71.             }
    
72.         }
    
73.     }
    
74.    
    
75.     curindex = 0;                                               /* 从0开始显示 */
    
76.     res = f_opendir(&wavdir, (const TCHAR*)"0:/MUSIC");
    
77. 
    
78.     while (res == FR_OK)                                         /* 打开目录 */
    
79.     {
    
80.         atk_dir_sdi(&wavdir, wavoffsettbl[curindex]);           /* 改变当前目录索引 */
    
81. 
    
82.         res = f_readdir(&wavdir, wavfileinfo);                  /* 读取文件 */
    
83.         
    
84.         if ((res != FR_OK) || (wavfileinfo->fname[0] == 0))
    
85.         {
    
86.             break;
    
87.         }
    
88.         
    
89.         strcpy((char *)pname, "0:/MUSIC/");
    
90.         strcat((char *)pname, (const char *)wavfileinfo->fname);
    
91.         lcd_fill(30, 190, mipidev.pwidth - 1, 190 + 16, WHITE);
    
92.         audio_index_show(curindex + 1, totwavnum);
    
93.         text_show_string(30, 190, mipidev.pwidth - 60, 16,
    
94. (char *)wavfileinfo->fname, 16, 0, BLUE);
    
95.         key = audio_play_song(pname);
    
96. 
    
97.         if (key == KEY1_PRES)       /* 上一首 */
    
98.         {
    
99.             if (curindex)
    
100.             {
     
101.                 curindex--;
     
102.             }
     
103.             else
     
104.             {
     
105.                 curindex = totwavnum - 1;
     
106.             }
     
107.         }
     
108.         else if (key == KEY0_PRES)  /* 下一首 */
     
109.         {
     
110.             curindex++;
     
111. 
     
112.             if (curindex >= totwavnum)
     
113.             {
     
114.                 curindex = 0;
     
115.             }
     
116.         }
     
117.         else
     
118.         {
     
119.             break;
     
120.         }
     
121.     }
     
122. 
     
123.     free(wavfileinfo);
     
124.     free(pname);
     
125.     free(wavoffsettbl);
     
126. }
     
127. 
     
128. /**
     
129. * @brief             播放某个音频文件
     
130. * @param            fname : 文件名
     
131. * @retval            按键值
     
132. *   @arg             KEY0_PRES , 下一曲.
     
133. *   @arg             KEY1_PRES , 上一曲.
     
134. *   @arg             其他 , 错误
     
135. */
     
136. uint8_t audio_play_song(uint8_t *fname)
     
137. {
     
138.     uint8_t res;  
     
139.    
     
140.     res = exfuns_file_type((char *)fname);
     
141. 
     
142.     switch (res)
     
143.     {
     
144.         case T_WAV:
     
145.             res = wav_play_song(fname);
     
146.             break;
     
147.         case T_MP3:
     
148.             /* 自行实现 */
     
149.             break;
     
150. 
     
151.         default:            /* 其他文件,自动跳转到下一曲 */
     
152.             printf("can't play:%s\r\n", fname);
     
153.             res = KEY0_PRES;
     
154.             break;
     
155.     }
     
156.     return res;
     
157. }

复制代码

这里，audio_play函数在main函数里面被调用，该函数首先设置ES8388相关配置，然后查找SD卡里面的MUSIC文件夹，并统计该文件夹里面总共有多少音频文件（统计包括：WAV/MP3/APE/FLAC等），然后，该函数调用audio_play_song函数，按顺序播放这些音频文件。
在audio_play_song函数里面，通过判断文件类型，调用不同的解码函数，本实验，只支持WAV文件，通过wav_play_song函数实现WAV解码。

5，CMakeLists.txt文件
本例程的功能实现主要依靠MYI2S驱动。要在main函数中，成功调用MYI2S文件中的内容，就得需要修改BSP文件夹下的CMakeLists.txt文件，修改如下：

1. set(src_dirs
   
2.                     LED
   
3.                     KEY
   
4.                     MYIIC
   
5.                     XL9555
   
6.                     LCD
   
7.                     ES8388
   
8.                     MYI2S
   
9.                     SDMMC)
   
10. 
    
11. set(include_dirs
    
12.                     LED
    
13.                     KEY
    
14.                     MYIIC
    
15.                     XL9555
    
16.                     LCD
    
17.                     ES8388
    
18.                     MYI2S
    
19.                     SDMMC)
    
20. 
    
21. set(requires
    
22.                     driver
    
23.                     esp_lcd
    
24.                     esp_common
    
25.                     fatfs)
    
26. 
    
27. idf_component_register(SRC_DIRS ${src_dirs} INCLUDE_DIRS ${include_dirs}
    
28.                        REQUIRES ${requires})
    
29. 
    
30. component_compile_options(-ffast-math -O3 -Wno-error=format=-Wno-format)

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6，main.c驱动代码
在main.c里面编写如下代码。

1. void app_main(void)
   
2. {
   
3.     esp_err_t ret;
   
4.     uint8_t key = 0;
   
5. 
   
6.     ret = nvs_flash_init();                             /* 初始化NVS */
   
7. 
   
8.     if(ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES || ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND)
   
9.     {
   
10.         ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
    
11.         ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_init());
    
12.     }
    
13. 
    
14.     key_init();                                                             /* 初始化KEY */
    
15.     myiic_init();                                                   /* IIC0初始化 */
    
16.     xl9555_init();                                                  /* XL9555初始化 */
    
17.     lcd_init();                                                     /* LCD屏初始化 */
    
18. 
    
19.     es8388_init();                              /* ES8388初始化 */
    
20.     xl9555_pin_write(SPK_EN_IO, 1);             /* 打开喇叭 */
    
21. 
    
22.     while (sdmmc_init())                                    /* 检测不到SD卡 */
    
23.     {
    
24.         lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "SD Card Error!", RED);
    
25.         vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(200));
    
26.         lcd_fill(30, 110, 239, 126, WHITE);
    
27.         vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(200));
    
28.     }
    
29. 
    
30.     ret = exfuns_init();                                    /* 为fatfs相关变量申请内存 */
    
31. 
    
32.     while (fonts_init())                                    /* 检查字库 */
    
33.     {
    
34.         lcd_clear(WHITE);
    
35.         lcd_show_string(30, 30, 200, 16, 16, "ESP32-P4", RED);
    
36.         
    
37.         key = fonts_update_font(30, 50, 16, (uint8_t *)"0:", RED);  /* 更新字库 */
    
38.         
    
39.         while (key)                                         /* 更新失败 */
    
40.         {
    
41.             lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "Font Update Failed!", RED);
    
42.             vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(200));
    
43.             lcd_fill(20, 50, 200 + 20, 90 + 16, WHITE);
    
44.             vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(200));
    
45.         }
    
46. 
    
47.         lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "Font Update Success!   ", RED);
    
48.         vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    
49.         lcd_clear(WHITE);   
    
50.     }
    
51. 
    
52.     text_show_string(30, 50,  200, 16, "正点原子ESP32-P4开发板",16, 0, RED);
    
53.     text_show_string(30, 70,  200, 16, "音乐播放器 实验", 16, 0, RED);
    
54.     text_show_string(30, 90,  200, 16, "正点原子@ALIENTEK", 16, 0, RED);
    
55.     text_show_string(30, 110, 200, 16, "KEY0:NEXT  KEY1:PREV", 16, 0, RED);
    
56.     text_show_string(30, 130, 200, 16, "KEY2:PAUSE/PLAY", 16, 0, RED);
    
57. 
    
58.     vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    
59. 
    
60.     while (1)
    
61.     {
    
62.         audio_play();       /* 播放音乐 */
    
63.     }
    
64. }

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该函数就相对简单了，在初始化各个外设后，通过 audio_play 函数，开始音频播放，到这里本实验的代码基本就编写完成了。

43.4 下载验证
在代码编译成功之后，我们下载代码到开发板上，程序先执行字库检测，然后当检测到SD卡根目录的MUSIC文件夹有音频文件（WAV格式音频）的时候，就开始自动播放歌曲了，如下图所示：

图43.1.1 音乐播放中

从上图可以看出，总共10首歌曲，当前正在播放第2首歌曲，歌曲名、播放时间、总时长、码率等信息等也都有显示。LED0闪烁表现程序正在运行。
此时我们便可以听到开发板板载喇叭播放出来的音乐了，也可以在开发板的PHONE端子插入耳机来听歌。同时，我们可以通过按KEY0和KEY1来切换下一曲和上一曲，通过KEY2暂停和继续播放。
至此，我们就完成了一个简单的音乐播放器了，虽然只支持WAV文件，但是大家可以在此基础上，增加其他音频格式解码器，便可实现其他音频格式解码了。