《STM32H7R7开发指南 V1.1 》第六十九章 USB声卡(Slave)实验

正点原子运营

第六十九章 USB声卡(Slave)实验

1）实验平台：正点原子STM32H7R7开发板

2）章节摘自【正点原子】STM32H7R7开发指南 V1.1

3）购买链接： https://detail.tmall.com/item.htm?id=820823382459

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/stm32/zdyz_stm32h7rx.html

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

6）正点原子STM32开发板技术交流群：756580169





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_V1.0.0Projects STM32H7S78-DKApplicationsUSB_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MiddlewaresUSBUSB_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。

1. /* AUDIO Class Config */
   
2. /* 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 */
   
3. #define USBD_AUDIO_FREQ                       48000U

复制代码

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：

1. /**
   
2.   * @brief  Audio_Init
   
3.   *         Initializes the AUDIO media low layer
   
4.   * [url=home.php?mod=space&uid=271674]@param[/url]  None
   
5.   * @retval Result of the operation: USBD_OK if all operations are OK else
   
6. USBD_FAIL
   
7.   */
   
8. static int8_t Audio_Init(uint32_t  AudioFreq, uint32_t Volume, uint32_t options)
   
9. {
   
10.     UNUSED(options);
    
11.    
    
12.     es8388_adda_cfg(1, 0);
    
13.     es8388_output_cfg(1, 1);
    
14.     es8388_hpvol_set(Volume * 0.3);
    
15.     es8388_spkvol_set(Volume * 0.3);
    
16.     es8388_sai_cfg(0, 3);
    
17. sai1_saia_init(SAI_MODEMASTER_TX, SAI_CLOCKSTROBING_RISINGEDGE,
    
18. SAI_DATASIZE_16);
    
19.     sai1_samplerate_set(AudioFreq);
    
20.     sai1_tx_callback = audio_sai_dma_callback;
    
21.    
    
22.     return USBD_OK;
    
23. }
    
24. /**
    
25.   * @brief  Audio_AudioCmd
    
26.   *         AUDIO command handler
    
27.   * @param  Buf: Buffer of data to be sent
    
28.   * @param  size: Number of data to be sent (in bytes)
    
29.   * @param  cmd: command opcode
    
30.   * @retval Result of the operation: USBD_OK if all operations are OK
    
31.   else USBD_FAIL
    
32.   */
    
33. static int8_t Audio_AudioCmd(uint8_t *pbuf, uint32_t size, uint8_t cmd)
    
34. {
    
35.     switch (cmd)
    
36.     {
    
37.         case AUDIO_CMD_START:
    
38.         {
    
39.             sai1_tx_dma_init(pbuf, 0, size, 1);
    
40.             break;
    
41.         }
    
42.         case AUDIO_CMD_PLAY:
    
43.         {
    
44.             sai1_play_start();
    
45.             break;
    
46.         }
    
47.         case AUDIO_CMD_STOP:
    
48.         {
    
49.             sai1_play_stop();
    
50.             break;
    
51.         }
    
52.     }
    
53.    
    
54.     return USBD_OK;
    
55. }
    
56. 
    
57. /**
    
58.   * @brief  Audio_VolumeCtl
    
59.   * @param  vol: volume level (0..100)
    
60.   * @retval Result of the operation: USBD_OK if all operations are OK else
    
61. USBD_FAIL
    
62.   */
    
63. static int8_t Audio_VolumeCtl(uint8_t vol)
    
64. {
    
65.     es8388_hpvol_set(vol * 0.3);
    
66.     es8388_spkvol_set(vol * 0.3);
    
67.    
    
68.     return USBD_OK;
    
69. }
    
70. 
    
71. /**
    
72.   * @brief  Audio_MuteCtl
    
73.   * @param  cmd: vmute command
    
74.   * @retval Result of the operation: USBD_OK if all operations are OK else
    
75. USBD_FAIL
    
76.   */
    
77. static int8_t Audio_MuteCtl(uint8_t cmd)
    
78. {
    
79.     if (cmd != 0)
    
80.     {
    
81.         es8388_output_cfg(0, 0);
    
82.     }
    
83.     else
    
84.     {
    
85.         es8388_output_cfg(1, 1);
    
86.     }
    
87.    
    
88.     return USBD_OK;
    
89. }
    
90. 
    

复制代码

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：

1. /* USBD句柄 */
   
2. USBD_HandleTypeDef g_usbd_handle = {0};
   
3. 
   
4. int main(void)
   
5. {
   
6.     uint8_t t = 0;
   
7.     uint8_t key;
   
8.     uint8_t volume;
   
9.     uint8_t conn_sta;
   
10.    
    
11.     sys_mpu_config();                   /* 配置MPU */
    
12.     sys_cache_enable();                 /* 使能Cache */
    
13.     HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    
14.     sys_stm32_clock_init(300, 6, 2);    /* 配置时钟，600MHz */
    
15.     delay_init(600);                    /* 初始化延时 */
    
16.     usart_init(115200);                 /* 初始化串口 */
    
17.     led_init();                         /* 初始化LED */
    
18.     hyperram_init();                    /* 初始化HyperRAM */
    
19.     lcd_init();                         /* 初始化LCD */
    
20.     key_init();                         /* 初始化按键 */
    
21.     es8388_init();                      /* 初始化ES8388 */
    
22.     my_mem_init(SRAMIN);                /* 初始化AXI-SRAM1~4内存池 */
    
23.     my_mem_init(SRAMEX);                /* 初始化XSPI2 HyperRAM内存池 */
    
24.     my_mem_init(SRAM12);                /* 初始化AHB-SRAM1~2内存池 */
    
25.     my_mem_init(SRAMDTCM);              /* 初始化DTCM内存池 */
    
26.     my_mem_init(SRAMITCM);              /* 初始化ITCM内存池 */
    
27.    
    
28.     lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    
29.     lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "USB Audio Card TEST", RED);
    
30.     lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    
31.     lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY0: Vol+", RED);
    
32.     lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "KEY2: Vol-", RED);
    
33.    
    
34.     volume = AUDIO_DEFAULT_VOLUME;
    
35.     lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "Volume: ", RED);
    
36.     lcd_show_num(94, 150, AUDIO_DEFAULT_VOLUME, 3, 16, BLUE);
    
37.     lcd_show_string(30, 170, 200, 16, 16, "USB Disconnected", BLUE);
    
38.    
    
39.     USBD_Init(&g_usbd_handle, &AUDIO_Desc, DEVICE_FS);
    
40.     USBD_RegisterClass(&g_usbd_handle, USBD_AUDIO_CLASS);
    
41.     USBD_AUDIO_RegisterInterface(&g_usbd_handle, &USBD_AUDIO_fops);
    
42.     USBD_Start(&g_usbd_handle);
    
43.    
    
44.     while (1)
    
45.     {
    
46.         key = key_scan(1);
    
47.         if (key != NONE_PRES)
    
48.         {
    
49.             if (key == KEY0_PRES)
    
50.             {
    
51.                 if (++volume > 100)
    
52.                 {
    
53.                     volume = 100;
    
54.                 }
    
55.             }
    
56.             else if (key == KEY2_PRES)
    
57.             {
    
58.                 if (volume != 0)
    
59.                 {
    
60.                     volume--;
    
61.                 }
    
62.             }
    
63.             USBD_AUDIO_fops.VolumeCtl(volume);
    
64.             lcd_show_num(94, 150, volume, 3, 16, BLUE);
    
65.         }
    
66.         
    
67.         if (conn_sta != g_usb_conn_state)
    
68.         {
    
69.             conn_sta = g_usb_conn_state;
    
70.             
    
71.             if (g_usb_conn_state != 0)
    
72.             {
    
73.                 lcd_show_string(30, 170, 200, 16, 16, "USB Connected  ", BLUE);
    
74.             }
    
75.             else
    
76.             {
    
77.                 lcd_show_string(30, 170, 200, 16, 16, "USB Disconnected",BLUE);
    
78.             }
    
79.         }
    
80.         
    
81.         if (++t == 20)
    
82.         {
    
83.             t = 0;
    
84.             LED0_TOGGLE();
    
85.         }
    
86.         
    
87.         delay_ms(10);
    
88.     }
    
89. }

复制代码

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→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）。