基于MM32F0163D7P的USB Audio Class(UAC)音頻設(shè)備

1 TinyUSB(UAC)音頻簡介

UAC是USB Audio Class的縮寫，USB音頻類，一個像USB這樣的通用數(shù)據(jù)接口，可以有很多種實現(xiàn)數(shù)字音頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?。不同?a target="_blank">開發(fā)者可以根據(jù)自己的喜好和需求，定義任意的控制方式，傳輸模式，音頻格式等等參數(shù)。

在上一節(jié)我們在MM32F0163D7P 平臺上成功的移植了TinyUSB，基于這個平臺，今天我們來實現(xiàn)一個 uac2_headset 音頻設(shè)備，這個設(shè)備支持基礎(chǔ)的錄音和放音功能，如果要支持音量調(diào)節(jié)/靜音功能，還需要再添加一個 HID 變成復(fù)合設(shè)備。

2 快速移植一個UAC+HID復(fù)合設(shè)備

按照前面兩篇文章，我們可以快速的移植出一個基于TinyUSB的UAC+HID復(fù)合設(shè)備，主要的代碼片段如下：

/*------------- MAIN -------------*/
int main(void)
{
  USB_DeviceClockInit();//board_init();

  CONSOLE_Init(460800);  //enable printf debug

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

  TU_LOG1("UAC Headset & HID runningrn");   // CFG_TUSB_DEBUG for debugging #if CFG_TUSB_DEBUG
// 0 : no debug 
// 1 : print error
// 2 : print warning
// 3 : print info

  while (1)
  {
    tud_task(); // TinyUSB device task
    audio_task();
    hid_task();
  }

  return 0;
}

#define EPNUM_AUDIO_IN    0x01
#define EPNUM_AUDIO_OUT   0x01

#define EPNUM_HID   0x03


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

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

    // Interface number, string index, protocol, report descriptor len, EP Out & In address, size & polling interval
    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), 

};

//--------------------------------------------------------------------+
// String Descriptors
//--------------------------------------------------------------------+

// array of pointer to string descriptors
char const* string_desc_arr [] =
{
  (const char[]) { 0x09, 0x04 },  // 0: is supported language is English (0x0409)
  "TinyUSB",                      // 1: Manufacturer
  "TinyUSB headset",              // 2: Product
  "000001",                       // 3: Serials, should use chip ID
  "TinyUSB Speakers",             // 4: Audio Interface
  "TinyUSB Microphone",           // 5: Audio Interface
  "TinyUSB HID",                  // 6: HID Interface
};

圖1 枚舉過程

圖2 枚舉設(shè)備

工程文件樹：

3 耳機設(shè)備設(shè)置修改音量

在耳機屬性里面可以操作修改音量大小，同時通過抓包工具可以抓到主機下發(fā)的SET CUR命令。

圖3 設(shè)置音量

4 耳機設(shè)備設(shè)置修改采樣頻率和位深度

在耳機屬性高級里面默認格式可以看到下拉框有兩種格式，一個是2通道 16位48000Hz，另外一個是2通道 24位 48000Hz，播放聲音下發(fā)ISOC包的時候根據(jù)這個選擇傳輸。

圖4 設(shè)置采樣頻率和位深度

通過設(shè)置，下位機可以在播放或者錄音時處理不同的采樣頻率和位深度。樣例中全局變量current_resolution是位深度，current_sample_rate是采樣頻率。

5 音頻數(shù)據(jù)的收發(fā)處理

播放時ISOC下發(fā)的數(shù)據(jù)包緩存在spk_buf里面。

錄用時麥克風(fēng)的聲音采樣數(shù)據(jù)寫入mic_buf，通過ISOC同步上傳到電腦端。（例程是將播放的數(shù)據(jù)包處理后通過接口又返回電腦端，由tud_audio_write((uint8_t * ) mic_buf, (uint16_t) (spk_data_size / 2))實現(xiàn)）

//--------------------------------------------------------------------+
// AUDIO Task
//--------------------------------------------------------------------+

void audio_task(void)
{
  // When new data arrived, copy data from speaker buffer, to microphone buffer
  // and send it over
  // Only support speaker & headphone both have the same resolution
  // If one is 16bit another is 24bit be care of LOUD noise !
  if (spk_data_size)
  {
    if (current_resolution == 16)         
    {
      int16_t *src = (int16_t*)spk_buf;
      int16_t *limit = (int16_t*)spk_buf + spk_data_size / 2;
      int16_t *dst = (int16_t*)mic_buf;
      while (src < limit)
      {
        // Combine two channels into one
        int32_t left = *src++;
        int32_t right = *src++;
        *dst++ = (int16_t) ((left > > 1) + (right > > 1));
      }
      memset(mic_buf,0xCC,sizeof(mic_buf));  //mm32 test code 
      tud_audio_write((uint8_t *)mic_buf, (uint16_t) (spk_data_size / 2));
      spk_data_size = 0;
    }
    else if (current_resolution == 24)
    {
      int32_t *src = spk_buf;
      int32_t *limit = spk_buf + spk_data_size / 4;
      int32_t *dst = mic_buf;
      while (src < limit)
      {
        // Combine two channels into one
        int32_t left = *src++;
        int32_t right = *src++;
        *dst++ = (int32_t) ((uint32_t) ((left > > 1) + (right > > 1)) & 0xffffff00ul);
      }
      tud_audio_write((uint8_t *)mic_buf, (uint16_t) (spk_data_size / 2));
      spk_data_size = 0;
    }
  }
}

6 功能驗證測試

將uac2_headset 音頻設(shè)備插入PC，在計算機管理->設(shè)備管理器->音頻輸入和輸出里面出現(xiàn)耳機和麥克風(fēng)兩個TinyUSB headset設(shè)備證明枚舉成功。

圖5 設(shè)備管理器音頻設(shè)備

電腦端播放音樂使用抓包工具抓到ISOC的數(shù)據(jù)包：

圖6 ISOC數(shù)據(jù)包