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标题: 灵动微课堂 基于MM32F0163D7P的USB Audio Class(UAC)音频设备 [打印本页]
作者: sunsili    时间: 2023-8-2 20:19
标题: 灵动微课堂 基于MM32F0163D7P的USB Audio Class(UAC)音频设备
本帖最后由 sunsili 于 2024-4-17 11:47 编辑

灵动微课堂  基于MM32F0163D7P的USB Audio Class(UAC)音频设备


1 TinyUSB(UAC)音频简介

UAC是USB Audio Class的缩写，USB音频类，一个像USB这样的通用数据接口，可以有很多种实现数字音频数据传输的方式。不同的开发者可以根据自己的喜好和需求，定义任意的控制方式，传输模式，音频格式等等参数。
在上一节我们在MM32F0163D7P 平台上成功的移植了TinyUSB，基于这个平台，今天我们来实现一个 uac2_headset 音频设备，这个设备支持基础的录音和放音功能，如果要支持音量调节/静音功能，还需要再添加一个 HID 变成复合设备。

2 快速移植一个UAC+HID复合设备

按照前面两篇文章，我们可以快速的移植出一个基于TinyUSB的UAC+HID复合设备，主要的代码片段如下：
  1. /*------------- MAIN -------------*/
  2. int main(void)
  3. {
  4.   USB_DeviceClockInit();//board_init();

  6.   CONSOLE_Init(460800);  //enable printf debug

  8.   // init device stack on configured roothub port
  9.   tud_init(BOARD_TUD_RHPORT);

  11.   TU_LOG1("UAC Headset & HID running\r\n");   // CFG_TUSB_DEBUG for debugging #if CFG_TUSB_DEBUG
  12. // 0 : no debug
  13. // 1 : print error
  14. // 2 : print warning
  15. // 3 : print info

  17.   while (1)
  18.   {
  19.     tud_task(); // TinyUSB device task
  20.     audio_task();
  21.     hid_task();
  22.   }

  24.   return 0;
  25. }

  27. #define EPNUM_AUDIO_IN    0x01
  28. #define EPNUM_AUDIO_OUT   0x01

  30. #define EPNUM_HID   0x03


  33. uint8_t const desc_configuration[] =
  34. {
  35.     // Interface count, string index, total length, attribute, power in mA
  36.     TUD_CONFIG_DESCRIPTOR(1, ITF_NUM_TOTAL, 0, CONFIG_TOTAL_LEN, TUSB_DESC_CONFIG_ATT_REMOTE_WAKEUP, 100),

  38.     // Interface number, string index, EP Out & EP In address, EP size
  39.     TUD_AUDIO_HEADSET_STEREO_DESCRIPTOR(2, EPNUM_AUDIO_OUT, EPNUM_AUDIO_IN | 0x80),

  41.     // Interface number, string index, protocol, report descriptor len, EP Out & In address, size & polling interval
  42.     TUD_HID_INOUT_DESCRIPTOR(ITF_NUM_HID, 6, HID_ITF_PROTOCOL_NONE, sizeof(desc_hid_report), EPNUM_HID, 0x80 | EPNUM_HID, CFG_TUD_HID_EP_BUFSIZE, 10),

  44. };

  46. //--------------------------------------------------------------------+
  47. // String Descriptors
  48. //--------------------------------------------------------------------+

  50. // array of pointer to string descriptors
  51. char const* string_desc_arr [] =
  52. {
  53.   (const char[]) { 0x09, 0x04 },  // 0: is supported language is English (0x0409)
  54.   "TinyUSB",                      // 1: Manufacturer
  55.   "TinyUSB headset",              // 2: Product
  56.   "000001",                       // 3: Serials, should use chip ID
  57.   "TinyUSB Speakers",             // 4: Audio Interface
  58.   "TinyUSB Microphone",           // 5: Audio Interface
  59.   "TinyUSB HID",                  // 6: HID Interface
  60. };
复制代码

图1 枚举过程
图2 枚举设备
工程文件树：
  1. TinyUSB_UAC_HID
  2.     │
  3.     ├─USER
  4.     │       main.c
  5.     │       usb_descriptors.c
  6.     │       usb_dcd_port.c
  7.     │  
  8.     └─TinyUSB

  10.             tusb.c
  11.             audio_device.c
  12.             tud_fifo.c
  13.             usbd.c
  14.             usb_control.c
  15.             hid_device.c
复制代码

3 耳机设备设置修改音量

在耳机属性里面可以操作修改音量大小，同时通过抓包工具可以抓到主机下发的SET CUR命令。
图3 设置音量

4 耳机设备设置修改采样频率和位深度

在耳机属性高级里面默认格式可以看到下拉框有两种格式，一个是2通道 16位48000Hz，另外一个是2通道 24位 48000Hz，播放声音下发ISOC包的时候根据这个选择传输。
图4 设置采样频率和位深度

通过设置，下位机可以在播放或者录音时处理不同的采样频率和位深度。样例中全局变量current_resolution是位深度，current_sample_rate是采样频率。

5 音频数据的收发处理

播放时ISOC下发的数据包缓存在spk_buf里面。
录用时麦克风的声音采样数据写入mic_buf，通过ISOC同步上传到电脑端。（例程是将播放的数据包处理后通过接口又返回电脑端，由
  1. tud_audio_write((uint8_t *)mic_buf, (uint16_t) (spk_data_size / 2))实现）
  2. //--------------------------------------------------------------------+
  3. // AUDIO Task
  4. //--------------------------------------------------------------------+

  6. void audio_task(void)
  7. {
  8.   // When new data arrived, copy data from speaker buffer, to microphone buffer
  9.   // and send it over
  10.   // Only support speaker & headphone both have the same resolution
  11.   // If one is 16bit another is 24bit be care of LOUD noise !
  12.   if (spk_data_size)
  13.   {
  14.     if (current_resolution == 16)         
  15.     {
  16.       int16_t *src = (int16_t*)spk_buf;
  17.       int16_t *limit = (int16_t*)spk_buf + spk_data_size / 2;
  18.       int16_t *dst = (int16_t*)mic_buf;
  19.       while (src < limit)
  20.       {
  21.         // Combine two channels into one
  22.         int32_t left = *src++;
  23.         int32_t right = *src++;
  24.         *dst++ = (int16_t) ((left >> 1) + (right >> 1));
  25.       }
  26.       memset(mic_buf,0xCC,sizeof(mic_buf));  //mm32 test code
  27.       tud_audio_write((uint8_t *)mic_buf, (uint16_t) (spk_data_size / 2));
  28.       spk_data_size = 0;
  29.     }
  30.     else if (current_resolution == 24)
  31.     {
  32.       int32_t *src = spk_buf;
  33.       int32_t *limit = spk_buf + spk_data_size / 4;
  34.       int32_t *dst = mic_buf;
  35.       while (src < limit)
  36.       {
  37.         // Combine two channels into one
  38.         int32_t left = *src++;
  39.         int32_t right = *src++;
  40.         *dst++ = (int32_t) ((uint32_t) ((left >> 1) + (right >> 1)) & 0xffffff00ul);
  41.       }
  42.       tud_audio_write((uint8_t *)mic_buf, (uint16_t) (spk_data_size / 2));
  43.       spk_data_size = 0;
  44.     }
  45.   }
  46. }
复制代码


6 功能验证测试

将uac2_headset 音频设备插入PC，在计算机管理->设备管理器->音频输入和输出里面出现耳机和麦克风两个TinyUSB headset设备证明枚举成功。
图5 设备管理器音频设备

电脑端播放音乐使用抓包工具抓到ISOC的数据包：





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