灵动微课堂 (第192讲) | 基于MM32F3270 I2S 使用

程序设计
根据接口电路配置GPIO初始化
static void I2S3_GPIO_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    // I2S  MCLK, SD, CK and WS pins configuration
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA | RCC_AHBPeriph_GPIOB, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1ENR_SPI3, ENABLE);

    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource15, GPIO_AF_6); //I2S WS
    GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource3, GPIO_AF_6);      //I2S CK  I2S_SCK
    GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_6);     //I2S SD  I2S_DATAOUT  MOSI
    GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_5);  //I2S MCK I2S_MCLK

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_5;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);


    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

    // config as the control I/O for power on or enter standby
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

I2S配置初始化   static void I2S_Mode_Config(SPI_I2S_STANDARD_TypeDef usStandard, SPI_I2S_DATAFORMAT_TypeDef usWordLen, SPI_I2S_AUDIO_FREQ_TypeDef usAudioFreq, SPI_I2S_TRANS_MODE_TypeDef usMode)
{
    I2S_InitTypeDef I2S_InitStructure;

    if ((usMode == I2S_Mode_SlaveTx) && (usMode == I2S_Mode_SlaveRx)) {
        return;
    }
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1ENR_SPI3, ENABLE);
    SPI_DeInit(SPI3);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1ENR_SPI3, ENABLE);
    if (usMode == I2S_Mode_MasterTx) {
        I2S_InitStructure.I2S_Mode = I2S_Mode_MasterTx;
        I2S_InitStructure.I2S_Standard = usStandard;
        I2S_InitStructure.I2S_DataFormat = usWordLen;
        I2S_InitStructure.I2S_MCLKOutput = I2S_MCLKOutput_Enable;
        I2S_InitStructure.I2S_AudioFreq = usAudioFreq;
        I2S_InitStructure.I2S_CPOL = I2S_CPOL_Low;
        I2S_Init(SPI3, &I2S_InitStructure);
    }
    else if (usMode == I2S_Mode_MasterRx) {
        I2S_InitStructure.I2S_Mode = I2S_Mode_MasterRx;
        I2S_InitStructure.I2S_Standard = usStandard;
        I2S_InitStructure.I2S_DataFormat = usWordLen;
        I2S_InitStructure.I2S_MCLKOutput = I2S_MCLKOutput_Enable;
        I2S_InitStructure.I2S_AudioFreq = usAudioFreq;
        I2S_InitStructure.I2S_CPOL = I2S_CPOL_Low;
        I2S_Init(SPI3, &I2S_InitStructure);
    }

    SPI_DMACmd(SPI3, ENABLE);
    I2S_Cmd(SPI3, ENABLE);
}

（1）I2S_Mode：I2S 模式选择，可选主机发送、主机接收、从机发送以及从机接收模式，它设定SPI_I2S_GCTL寄存器MODE位的值。一般设置 MM32 控制器为主机模式，当播放声音时选择发送模式，当录制声音时选择接收模式。
（2） I2S_Standard：通信标准格式选择，可选 I2S Philips 标准、左对齐标准、右对齐标准、 PCM 短帧标准或 PCM 长帧标准，它设定SPI_I2S_I2SCFGR 寄存器 I2SSTD位和 PCMSYNC位的值。一般设置为 I2S Philips 标准即可。
（3）I2S_DataFormat：数据格式选择，设定有效数据长度和帧长度，可选标准 16bit 格式、扩展16bit(32bit 帧长度) 格式、 24bit 格式和 32bit 格式，它设定 SPI_I2SCFGR 寄存器 DATLEN 位和CHLEN 位的值。对应 16bit 数据长度可选 16bit 或 32bit 帧长度，其他都是 32bit 帧长度。
（4）I2S_MCLKOutput：主时钟输出使能控制，可选使能输出或禁止输出，它设定 SPI_I2SPR 寄存器 MCKOE 位的值。为提高系统性能一般使能主时钟输出。
（5）I2S_AudioFreq：采样频率设置，标准库提供采样采样频率选择，分别为 4KHz、8kHz、 11kHz、12KHz、16kHz、22kHz、32kHz、44kHz、48kHz、96kHz、192kHz 以及默认 2Hz，它设定 SPI_I2S_SPBRG 寄存器的值。
（6）I2S_CPOL：空闲状态的 CK 线电平，可选高电平或低电平，它设定 SPI_I2S_CCTL 寄存器 CPOL位的值。一般设置为低电平即可。

在I2S_StartPlay()函数中调用I2S_Mode_Config()函数，   void I2S_StartPlay(SPI_I2S_STANDARD_TypeDef usStandard, SPI_I2S_DATAFORMAT_TypeDef usWordLen, SPI_I2S_AUDIO_FREQ_TypeDef usAudioFreq)
{
    // config I2S interface as standard, bit length, frequence ,the Master Tx mode
    I2S_Mode_Config(usStandard, usWordLen, usAudioFreq, I2S_Mode_MasterTx);
    SPI3->GCTL |= 0xF;
}

在PlayMP3FileDemo()函数中调用I2S_StartPlay()函数，并配置传输模式为主机发送I2S_Mode_MasterTx，选择Phillips标准，16位数据长度，采样频率配置为44KHz。    I2S_StartPlay(I2S_Standard_Phillips, I2S_DataFormat_16b, I2S_AudioFreq_44k);

PlayMP3File()函数是 MP3 播放器的实现函数，定义如下：   void PlayMP3File(void)
{
    DIR dirs;
    FILINFO finfo;
    FRESULT res;
    static UINT br;

    DELAY_Init();
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA | RCC_AHBPeriph_GPIOB | RCC_AHBPeriph_GPIOC | RCC_AHBPeriph_GPIOD | RCC_AHBPeriph_GPIOE, ENABLE);
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_SDIO, ENABLE);
    CONSOLE_Init(115200);

    SDIO_ConfigInit();
    printf("SDCARD TESTrn");
    while(SD_Init()) {
        printf("SD Card Error!rn");
    }
    MX_FATFS_Init();
    f_mount(&SDFatFS, (TCHAR const*)SDPath, 0);

    u8 buff[2] = {0x01, 0x02};
    I2S_TX_DMA_Init(&buff[0], 1);
    DMA_Cmd(DMA2_Channel2, ENABLE);

//  while(1){
    if (f_opendir(&dirs, "") == FR_OK) {              //success to open directory
        while (f_readdir(&dirs, &finfo) == FR_OK) {       //if there is file in this directory
            if (finfo.fattrib & AM_ARC) {
                if(!finfo.fname[0])
                    break;
                printf("rn Now Playing:[");
                printf(finfo.fname);
                printf("]rn");
                res = f_open(&fsrc, finfo.fname, FA_OPEN_EXISTING | FA_READ);
                SET_BIT(SPI3->GCR, SPI_GCR_SPIEN);
                MODIFY_REG(DMA2_Channel2->CCR, DMA_CCR_EN, ENABLE << DMA_CCR_EN_Pos);

                hMP3Decoder = MP3InitDecoder();

                readPtr = readBuf;
                res = f_read(&fsrc, readBuf, READBUF_SIZE, &br);
                bytesLeft += br;

                buffer_switch = 0;
                while(1) {
                    offset = MP3FindSyncWord(readPtr, bytesLeft); //assume EOF if no sync found
                    if(offset < 0)break;
                    readPtr += offset; //data start point
                    bytesLeft -= offset; //in buffer
                    if(bytesLeft < READBUF_SIZE) {
                        memmove(readBuf, readPtr, bytesLeft);
                        res = f_read(&fsrc, readBuf + bytesLeft, READBUF_SIZE - bytesLeft, &br);
                        if((res) || (br == 0)) break;
                        if(br < READBUF_SIZE - bytesLeft)
                            memset(readBuf + bytesLeft + br, 0, READBUF_SIZE - bytesLeft - br);
                        bytesLeft = READBUF_SIZE;
                        readPtr = readBuf;
                    }
                    MP3GetLastFrameInfo(hMP3Decoder, &mp3FrameInfo);

                    if((samprate != mp3FrameInfo.samprate) && (mp3FrameInfo.samprate != 0)) {
//                                               wm8978_CfgAudioIF(I2S_Standard_Phillips, mp3FrameInfo.bitsPerSample, SPI_Mode_Master);
                        //   I2S_StartPlay((SPI_I2S_STANDARD_TypeDef)I2S_Standard_Phillips, (SPI_I2S_DATAFORMAT_TypeDef)mp3FrameInfo.bitsPerSample, (SPI_I2S_AUDIO_FREQ_TypeDef)mp3FrameInfo.samprate);
                        samprate = (SPI_I2S_AUDIO_FREQ_TypeDef) mp3FrameInfo.samprate;
                    }
                    while(1) {
                        if(DMA_GetITStatus(DMA2_IT_TC2) == SET) {
                            DMA_ClearITPendingBit(DMA2_IT_TC2);

                            if(buffer_switch == 0) {
                                Audio_MAL_Play((u32)buffer4, BUFF_SIZE);
                                MP3Decode(hMP3Decoder, &readPtr, &bytesLeft, buffer3, 0);
                                buffer_switch = 1;
                                break;
                            }
                            else {
                                Audio_MAL_Play((u32)buffer3, BUFF_SIZE);
                                MP3Decode(hMP3Decoder, &readPtr, &bytesLeft, buffer4, 0);
                                buffer_switch = 0;
                                break;
                            }
                        }
                    }

                }
                CLEAR_BIT(SPI3->GCR, SPI_GCR_SPIEN);
                MODIFY_REG(DMA2_Channel2->CCR, DMA_CCR_EN, DISABLE << DMA_CCR_EN_Pos);
                f_close(&fsrc);
                bytesLeft = 0;
            }
        }
    }
    while(1);
//   }

}

MP3文件是经过压缩算法压缩而存在的，为得到 PCM 信号，需要对 MP3 文件进行解码。本实验使用Helix MP3解码器，Helix MP3 解码器的源代码是开源代码，受制于源代码随附文件中描述的许可协议。该算法支持浮点和定点实现，可移植到任意32位定点处理器上运行，提供对 MPEG-1、 MPEG-2 以及 MPEG-2.5 标准的 Layer3 解码，以及支持可变位速率、恒定位速率，以及立体声和单声道音频格式。关于Helix MP3解码器的移植，在本文中不做重点讲述，更多信息可访问网站：
https://datatype.helixcommunity.org/Mp3dec  

f_open 函数用于打开文件，如果文件打开失败则直接退出播放。

MP3InitDecoder 函数用于初始化Helix 解码器，分配解码器必须内存空间，如果初始化解码器失败直接退出播放。

f_read 函数从 SD 卡读取 MP3 文件数据，存放在 readBuf缓冲区中， br变量保存实际读取到的数据的字节数。如果读取数据失败则运行 MP3FreeDecoder 函数关闭解码器后退出播放器。

MP3Decode 函数开始对源数据缓冲区中帧数据进行解码，通过函数返回值可判断得到解码状态，如果发生解码错误则执行对应的代码。

读取到文件末尾就退出循环， 此时MP3文件已经完整播放。

实验演示
SD卡中存储有MP3文件，并将SD卡、耳机设备接入MB-039开发板，运行程序，就可以听到音乐播放。

本次实验的例程可以通过MindMotion的官网下载MM32F3270 lib_Samples：
https://www.mindmotion.com.cn/pr ... instream/mm32f3270/
工程路径如下：
~MM32F327x_SamplesDemo_appPlayWave_DemoSPI_I2S_SDIO_FatFsMP3_CS4344_Demo
可以看到详细的样例与功能操作。