【匠芯创D133CBS】音频播放之I2S（IIS）驱动外置CODEC

没有口袋的哆啦

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            大家好，我又来了

这一章我们要学习的内容是I2S也可以叫IIS，学名叫做数字音频传输标准，IIS协议是一种串行协议，他和SPI有一点点像，通常用来传输音频数据流，由飞利浦发明。支持单工、半双工、全双工传输模式，支持主从机模式，支持多声道。

不过随着技术的发展，在统一的I2S硬件接口下，出现了多种不同的I2S数据格式，可分为左对齐(MSB)标准、右对齐(LSB)标准、I2S Philips 标准、PCM协议（PCM严格来说不属于IIS协议）。

对于所有数据格式和通信标准而言，始终会先发送最高有效位(MSB 优先)。

发送端和接收端必须使用相同的数据格式，确保发送和接收的数据一致。

 

(1).I2S Philips 标准

使用LRCLK信号来指示当前正在发送的数据所属的声道，为0时表示左声道数据。LRCLK信号从当前声道数据的第一个位(MSB)之前的一个时钟开始有效。LRCLK信号在BCLK的下降沿变化。发送方在时钟信号BCLK的下降沿改变数据，接收方在时钟信号BCLK的上升沿读取数据。正如上文所说，LRCLK频率等于采样频率Fs，一个LRCLK周期(1/Fs)包括发送左声道和右声道数据。

对于这种标准I2S格式的信号，无论有多少位有效数据，数据的最高位总是出现在LRCLK变化（也就是一帧开始）后的第2个BCLK脉冲处。这就使得接收端与发送端的有效位数可以不同。如果接收端能处理的有效位数少于发送端，可以放弃数据帧中多余的低位数据；如果接收端能处理的有效位数多于发送端，可以自行补足剩余的位。这种同步机制使得数字音频设备的互连更加方便，而且不会造成数据错位。

(2).左对齐(MSB)标准

在LRCLK发生翻转的同时开始传输数据。该标准较少使用。注意此时LRCLK为1时，传输的是左声道数据，这刚好与I2S Philips标准相反。

(3).右对齐(LSB)标准

声音数据LSB传输完成的同时，LRCLK完成第二次翻转（刚好是LSB和LRCLK是右对齐的，所以称为右对齐标准）。注意此时LRCLK为1时，传输的是左声道数据，这刚好与I2S Philips标准相反。

(4).PCM协议

PCM接口和I2S接口引脚一致 - 帧同步时钟、位时钟，主要有两种模式：短帧、长帧。

 

I2S信号线：

I2S总线主要有3个信号线：

(1).串行时钟BCK

串行时钟BCK，对应数字音频的每一位数据，BCK都有1个脉冲。BCK的频率 = 声道数 * 采样频率 * 采样位数。

(2).字段选择信号LRCK

字段选择信号LRCK，也叫WS，用于切换左右声道的数据。WS的频率 = 采样频率。

字段选择信号LRCK表明了正在被传输的声道。I2S Philips标准WS信号的电平含义如下：

LRCK为0，表示正在传输的是左声道的数据；

LRCK为1，表示正在传输的是右声道的数据。

(3).数据线DOU、DIN

串行数据DOU、DIN，就是用二进制补码表示的音频数据。I2S串行数据在传输的时候，由高位(MSB)到低位(LSB)依次进行传输

除以上这些信号线外还有一个MCLK，这是用于给codec提供主时钟的，部分codec不需要使用它

 

 

IIS我们了解了后再来看codec，codec其实就是一个DAC芯片，我采用的codec型号是TM8211,因为它性价比非常高，板子是我自己制作的。它支持16bit的双声道音频输出，我还在输出端添加了两个音频功放，这样就能直接驱动扬声器了。

它的接线端子排列从左到右分别是：EN、5V、GND、DIN、LRCK、BCK

我们只需要将GND、DIN、LRCK、BCK这些信号线连接到板卡即可，EN默认是可用状态，供电我们使用另外的电源就行

然后再来看软件部分，由于匠芯创官方在SDK中并没有适配我所使用的codec所以我们得自己动手了，因为codec类型太多官方不可能都适配完，不过官方支持了大部分热门的型号，然后经过楼主1天得折腾， 终于实现了。（匠芯创官方可以看看我适合当FAE不，正好最近在找工作，哈哈哈）

代码主要就两部分，IIS配置和数据读取搬运

这一部分就是IIS配置代码，首先将IIS配置为主机模式，然后将协议标准配置为右对齐标准，时钟相位为低，通道数、数据宽度这些动态获取即可，然后启动DMA传输，这样更省CPU资源

配置好后我们只需要循环的给IIS”喂“数据即可

然后再来看看效果，比PWM音频的音质略好一点，不过各有优缺点，PWM成本低，对于一般的应用可以满足要求，IIS成本略微高一点但是可以满足较高的应用要求。

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