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

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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();
   
5. 
   
6.   CONSOLE_Init(460800);  //enable printf debug
   
7. 
   
8.   // init device stack on configured roothub port
   
9.   tud_init(BOARD_TUD_RHPORT);
   
10. 
    
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
    
16. 
    
17.   while (1)
    
18.   {
    
19.     tud_task(); // TinyUSB device task
    
20.     audio_task();
    
21.     hid_task();
    
22.   }
    
23. 
    
24.   return 0;
    
25. }
    
26. 
    
27. #define EPNUM_AUDIO_IN    0x01
    
28. #define EPNUM_AUDIO_OUT   0x01
    
29. 
    
30. #define EPNUM_HID   0x03
    
31. 
    
32. 
    
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),
    
37. 
    
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),
    
40. 
    
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),
    
43. 
    
44. };
    
45. 
    
46. //--------------------------------------------------------------------+
    
47. // String Descriptors
    
48. //--------------------------------------------------------------------+
    
49. 
    
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. };
    

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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
   
9. 
   
10.             tusb.c
    
11.             audio_device.c
    
12.             tud_fifo.c
    
13.             usbd.c
    
14.             usb_control.c
    
15.             hid_device.c

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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. //--------------------------------------------------------------------+
   
5. 
   
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. }

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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：