【技术干货】原来ARM+Linux音频方案如此简单!

发表时间:2022-07-13 09:55

  嵌入式产品开发中经常遇到音频的输入输出问题,如何为其添加“喇叭”、“麦克风”设备呢?本文将简单介绍ARM+Linux产品中的音频解决方案。

  我们先认识下I2S(Inter-IC Sound)总线。I2S又称集成电路内置音频总线,该总线专门用于音频设备之间的数据传输,广泛应用于各种多媒体系统。它采用了沿独立的导线传输时钟与数据信号的设计,通过将数据和时钟信号分离,有效避免因时差诱发的失真。

  以HDG2L-IoT评估套件为例,RZ/G2L处理器提供至少一路I2S总线,通过该总线与音频编解码芯片(IC型号WM8960)连接,用于提供高质量的录音播音功能。音频模块的硬件部署如下所示。


HDG2L-IoT音频接口

图1   HDG2L-IoT音频接口

  G2L核心板与WM8960的音频通讯引脚如下所示:

音频通讯引脚


  在Linux系统的音频编解码驱动中,通过I2C通讯接口与音频IC通讯,把音频IC内的各个功能寄存器抽象成音频控件,这样用户即可在User空间内直接调整IC内的参数。I2S音频引脚,则是数字信号发送、接收的通道。

播音时,音频IC接收到数字信号后则转换为模拟信号发送出去,录音时,音频IC把收到的音频模拟量转换为数字量,发送给处理器。

  ALSA是linux的主流音频体系结构,它包含内核驱动集合, API 库和工具对 Linux 声音进行支持,应用程序只要调用alsa-lib提供的API,即可以完成对底层音频硬件的控制。

  Linux通过alsa库以及alsa工具管理音频IC的控件,通过“amixer controls”列出当前系统内的音频控制项:


音频控制项


  音频功能的关键控件信息如下所示。(录音通道、播音通道、耳机音量大小、喇叭音量大小)。


音频功能的关键控件信息


  在开发板下,运行aplay程序可以对音频播放进行测试。在测试前,需要将耳机插入开发板的耳机插孔中。

为测试基于I2S的音频输出接口,在命令行下执行如下命令:

5.jpg

  其中2.wav为需要播放的音频文件,且此处假定2.wav位于/home/root/audios目录下。

在进行音频播放时,对于基于I2S的音频输出接口,可以使用amixer程序对音量进行调节。使用amixer程序对耳机播放音量进行调节的命令行格式为:

6.jpg

  其音量值取值范围在0~127之间,127表明最大音量。例如要将音量设置为100,可在命令行下执行如下命令:

7.jpg

  将扬声器接入HDG2L-IOT开发板的左右声道插座中,在播放音频前可先设置扬声器播放音量以及总音量,然后播放音频文件:


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  录音功能需设置录音控件的参数,如下所示。

9.jpg

  用arecord命令录音并保存为“/tmp/t.wav”,然后用aplay命令回放进行验证。

10.jpg


  由于当前的麦克风输出信号仅接到了音频处理的Left端作为输入,所以播放录音文件时仅左声道有输出,若希望将麦克风输出信号同时记录在左右声道可做如下设置:

11.jpg

  将“ADC Data Output Select”设定为1,其值含义为“Left Data = Left ADC;   Right Data = Left ADC”。

  由上可知,音频编解码芯片在Linux系统中以控件的形式存在,内部的参数一般只记录在内存中,当系统掉电时,修改的参数就会消失,所以需要保存和恢复指令将上次的参数保存在配置文件中。

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

  控件修改后的写入操作如下所示。

12.jpg

  控件恢复参数的操作如下所示(注:重启板子后会自动读取配置文件)。

13.jpg

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