【技術(shù)干貨】原來(lái)ARM+Linux音頻方案如此簡(jiǎn)單！

  嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中經(jīng)常遇到音頻的輸入輸出問(wèn)題，如何為其添加“喇叭”、“麥克風(fēng)”設(shè)備呢？本文將簡(jiǎn)單介紹ARM+Linux產(chǎn)品中的音頻解決方案。

  我們先認(rèn)識(shí)下I2S（Inter-IC Sound）總線。I2S又稱(chēng)集成電路內(nèi)置音頻總線，該總線專(zhuān)門(mén)用于音頻設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，廣泛應(yīng)用于各種多媒體系統(tǒng)。它采用了沿獨(dú)立的導(dǎo)線傳輸時(shí)鐘與數(shù)據(jù)信號(hào)的設(shè)計(jì)，通過(guò)將數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)分離，有效避免因時(shí)差誘發(fā)的失真。

  以HDG2L-IoT評(píng)估套件為例，RZ/G2L處理器提供至少一路I2S總線，通過(guò)該總線與音頻編解碼芯片（IC型號(hào)WM8960）連接，用于提供高質(zhì)量的錄音播音功能。音頻模塊的硬件部署如下所示。

圖1  HDG2L-IoT音頻接口

  G2L核心板與WM8960的音頻通訊引腳如下所示：

  在Linux系統(tǒng)的音頻編解碼驅(qū)動(dòng)中，通過(guò)I2C通訊接口與音頻IC通訊，把音頻IC內(nèi)的各個(gè)功能寄存器抽象成音頻控件，這樣用戶(hù)即可在User空間內(nèi)直接調(diào)整IC內(nèi)的參數(shù)。I2S音頻引腳，則是數(shù)字信號(hào)發(fā)送、接收的通道。

播音時(shí)，音頻IC接收到數(shù)字信號(hào)后則轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)發(fā)送出去，錄音時(shí)，音頻IC把收到的音頻模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，發(fā)送給處理器。

  ALSA是linux的主流音頻體系結(jié)構(gòu)，它包含內(nèi)核驅(qū)動(dòng)集合， API 庫(kù)和工具對(duì) Linux 聲音進(jìn)行支持，應(yīng)用程序只要調(diào)用alsa-lib提供的API，即可以完成對(duì)底層音頻硬件的控制。

  Linux通過(guò)alsa庫(kù)以及alsa工具管理音頻IC的控件，通過(guò)“amixer controls”列出當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)的音頻控制項(xiàng)： 

  音頻功能的關(guān)鍵控件信息如下所示。（錄音通道、播音通道、耳機(jī)音量大小、喇叭音量大?。?。

  在開(kāi)發(fā)板下，運(yùn)行aplay程序可以對(duì)音頻播放進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試前，需要將耳機(jī)插入開(kāi)發(fā)板的耳機(jī)插孔中。

為測(cè)試基于I2S的音頻輸出接口，在命令行下執(zhí)行如下命令：

  其中2.wav為需要播放的音頻文件，且此處假定2.wav位于/home/root/audios目錄下。

在進(jìn)行音頻播放時(shí)，對(duì)于基于I2S的音頻輸出接口，可以使用amixer程序?qū)σ袅窟M(jìn)行調(diào)節(jié)。使用amixer程序?qū)Χ鷻C(jī)播放音量進(jìn)行調(diào)節(jié)的命令行格式為：

  其音量值取值范圍在0~127之間，127表明最大音量。例如要將音量設(shè)置為100，可在命令行下執(zhí)行如下命令：

  將揚(yáng)聲器接入HDG2L-IOT開(kāi)發(fā)板的左右聲道插座中，在播放音頻前可先設(shè)置揚(yáng)聲器播放音量以及總音量，然后播放音頻文件：

  錄音功能需設(shè)置錄音控件的參數(shù)，如下所示。

  用arecord命令錄音并保存為“/tmp/t.wav”，然后用aplay命令回放進(jìn)行驗(yàn)證。

  由于當(dāng)前的麥克風(fēng)輸出信號(hào)僅接到了音頻處理的Left端作為輸入，所以播放錄音文件時(shí)僅左聲道有輸出，若希望將麥克風(fēng)輸出信號(hào)同時(shí)記錄在左右聲道可做如下設(shè)置：

  將“ADC Data Output Select”設(shè)定為1，其值含義為“Left Data = Left ADC;  Right Data = Left ADC”。

  由上可知，音頻編解碼芯片在Linux系統(tǒng)中以控件的形式存在，內(nèi)部的參數(shù)一般只記錄在內(nèi)存中，當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，修改的參數(shù)就會(huì)消失，所以需要保存和恢復(fù)指令將上次的參數(shù)保存在配置文件中。

  alsa的配置文件為：/var/lib/alsa/asound.state

  控件修改后的寫(xiě)入操作如下所示。

  控件恢復(fù)參數(shù)的操作如下所示（注：重啟板子后會(huì)自動(dòng)讀取配置文件）。