stm32移植ecos #30，ecos i2s driver，音频驱动（下）



整个eCos音频驱动所花费的精力大部分集中于stm32 i2s驱动实现及其调试上。在整个调试过程中，最烦人的就是播放出来的声音有噪声，有噼噼啪啪的杂音。即使是目前提供下载的音频驱动，也还有这些问题，当然，用还是能用的，至少播放驱动包里面所带的wav音频文件是正常的！

本节主要介绍eCos STM32 I2S驱动的实现，侧重点是DMA的使用和DMA中断双缓存机制的实现。

eCos STM32 I2S驱动

eCos STM32 I2S驱动是以eCos STM32 SPI驱动为模板并在此基础上实现。不同的是，SPI驱动除了DMA中断模式外，还支持DMA POLL模式。在本音频驱动中，I2S驱动仅使用DMA中断工作模式。

这里，我们把焦点主要聚集在DMA中断和DMA双缓存机制的实现上。

eCos DMA的使用

在eCos中，中断非常容易使用，DMA亦是如此，它只有简单几个步骤就可以使用。这里以STM32平台为例进行说明，

stm32 DMA的实现位于stm32_dma.c和var_dma.h两源文件中。看下所提供的API接口：

所以，DMA的使用只需要以下几个步骤：

• 调用hal_stm32_dma_init()函数对指定的DMA stream（DMA流）进行初始化，注意：DMA流在初始化之前要预先指定好DMA流对应的描述符、回调函数及其参数数据，如下图所示：

• 调用hal_stm32_dma_configure()函数配置DMA流，如DMA传输bits、POLL模式还是中断模式等，具体详见STM32参考手册第10章节；
• 调用hal_stm32_dma_start()函数启动DMA传输；
• 如果有需要，可调用hal_stm32_dma_show()函数展示当前DMA流的配置；

I2S DMA双缓存机制

开始的时候，I2S驱动并未使用双缓存机制，实际上我也没有想到要这样实现。说来可笑，由于I2S驱动是以SPI驱动为模板加以修改的，加之本人并未对DMA进行了解，所以开始时，I2S驱动实际使用的还是DMA POLL工作模式。

正是因为如此，驱动调试前期，播放出来的声音一直有杂音，噼噼啪啪作响。在此期间呢，我也仿照安富莱开发板所带的录音回放例程使用I2S中断方式去实现I2S驱动，有可能是当时心浮气噪的原因，当时也并未认真去调试，反正不管怎么折腾，出来的声音依旧如此！

后面网上搜索，发现遇到此类问题的同学还真不少。下面两个链接对我十分有用，大家不妨也看看：

• http://erji.net/simple/index.php?t1310079.html
• http://wenku.baidu.com/view/01428601bb68a98271fefacf.html

当然，你也可以参考下面摘录的信息：

zenghuipeng
2012-09-04 22:00

我的噪音可能是DMA发送的速度问题。
主线程读取wav数据，中断喂dma。
主线程分两个buff交替填充，dma吃完一个buffer就吃第二个。
这两者的速度怎么控制得好呢？

zhangdu
2012-09-05 08:29

Quote:

引用第18楼zenghuipeng于2012-09-04 22:00发表的  :
我的噪音可能是DMA发送的速度问题。
主线程读取wav数据，中断喂dma。
主线程分两个buff交替填充，dma吃完一个buffer就吃第二个。
这两者的速度怎么控制得好呢？

dma要用乒乓模式，这样，它自己就会在中断里面轮流续传两个buffer的数据，主线程里面只需要检测哪个buffer里面的数据被用完了，然后更新该buffer就可以了
我用的TI的M3，LM3S9B96，最开始出声音的时候，也是有一点咔咔咔的声音，很规律，间隔很短，当时我开的两个buffer是512字节，然后直接开了两个4096字节的buffer，从SD卡也是直接读出一整个簇的数据直接放里面，中间不经过任何周转，于是声音正常了，这样做的效率和RAM的利用率太低了，以后再慢慢优化吧，但至少可以知道咔咔咔的噪音是因为数据断流引起的，供你参考[s:2]

所以后面我也决定采用DMA双缓存机制来实现。然后在修改代码过程中，发现居然我之前一直使用的是DMA POLL模式。当然，既然改为中断模式，问题依旧！

前面一段都是废话，在本音频I2S驱动中，双缓存机制主要关注3个函数：

• i2s_transaction_dma()：DMA主线程，给DMA缓存喂音频数据；
• stm32_dma_callback()：DMA中断回调函数，用于启动下个DMA缓存数据的传输；
• dma_channel_setup()：DMA通道配置函数。

信号的使用

在DMA中断回调函数和DMA主线程中，通过signal来同步数据。

DMA主线程等待一个DMA帧传输完成，当一个DMA帧传输完成后，产生中断，并在DMA中断DSR中回调DMA的回调函数stm32_dma_callback()。DMA回调函数启动另一个缓存数据传输后，发送信号唤醒DMA主线程，这时，DMA主线程把音频数据流填充到数据已传输完成的DMA缓存里，供下一次DMA传输使用。这个过程周而复始，直到全部音频数据流传输完成。

关于音频驱动配置key

在WM8978驱动和I2S驱动中都用到的配置key，如下图所示：

这些KEY的定义按照正常的做法应该是添加到eCos的config_keys.h文件，供用户应用程序和驱动使用。不过，这里我我没有这样做，而是在用户应用程序和驱动程序都要定义这些key。这可是不合理的！

音频采集问题

做录音回放测试时，如果是用耳机回放，则可听到一会儿左耳有声音，一会儿又切换到右耳。扬声器听不出来。然后打印部分采集到声音的数据，发现DMA缓存切换之间有数据错位，如下图所示（注意打紫色那里）：

我的理解是：DMA双缓存切换时，左右声道数据没有对齐或者说没有实现连续，有可能切换时丢掉了某个声道数据，从而导致声道数据不对齐。但怎么做到双缓存切换时保证声道数据对齐呢？

用户测试程序

在http://52ecos.net/thread-558-1-1.html提供的音频驱动源码包中，提供了3种类型的测试程序：

• 录音和回放的测试，对应sound_record()函数；
• 播放存储在Nor flash 0x6402 0000位置上wav文件，对应sound_play_wav()函数。wav文件对应03_i2s wav音频文件目录下的谢谢使用 再见.wav文件，测试时，只需要把这个wav文件烧写到or flash 0x6402 0000位置上即可；
• 播放wave_file.h文件中存储的音频数据（固化在代码中），对应sound_play_wave_data()函数；

驱动声卡的时候，应该按照打开声卡设备、配置声卡参数、播放音频数据流的顺序进行操作。

留个问题给大家思考

I2S驱动的DMA双缓存机制设计时并未考虑：从SD卡读取音频数据，然后播放音频数据流 这种应用情况。因为为了播放流畅，从SD卡读取音频数据必然也是使用DMA机制，那么SD卡DMA缓存和I2S驱动DMA缓存怎样处理呢？在驱动上怎么实现两者DMA缓存的统一？？