ESP32 快速入門（十二）： i2s 外設驅動實踐

此篇博客從 esp-idf 的 i2s 示例 出發來學習實踐 i2s。

1. i2s 配置

直接查看 i2s 示例中配置 i2s 的部分。

    i2s_config_t i2s_config = {
        .mode = I2S_MODE_MASTER | I2S_MODE_TX,                                  // Only TX
        .sample_rate = SAMPLE_RATE,
        .bits_per_sample = 16,
        .channel_format = I2S_CHANNEL_FMT_RIGHT_LEFT,                           //2-channels
        .communication_format = I2S_COMM_FORMAT_I2S | I2S_COMM_FORMAT_I2S_MSB,
        .dma_buf_count = 6,
        .dma_buf_len = 60,
        .use_apll = false,
        .intr_alloc_flags = ESP_INTR_FLAG_LEVEL1                                //Interrupt level 1
    };
    i2s_pin_config_t pin_config = {
        .bck_io_num = I2S_BCK_IO,
        .ws_io_num = I2S_WS_IO,
        .data_out_num = I2S_DO_IO,
        .data_in_num = I2S_DI_IO                                               //Not used
    };
    i2s_driver_install(I2S_NUM, &i2s_config, 0, NULL);
    i2s_set_pin(I2S_NUM, &pin_config);

以上我們可以發現使用 i2s 前需要配置使用以下內容 & API：

• 配置 i2s_config
  • mode 設置模式，目前只支持 TX
  • sample_rate 設置採樣率
  • bits_per_sample 設置採樣深度
  • channel_format 設置左右聲道
  • communication_format 設置交流格式
  • dma_buf_count 設置 DMA Buffer 計數
  • dma_buf_len 設置 DMA Buffer 長度
  • use_apll 設置是否獲得精確時鐘
  • intr_alloc_flags 設置用來分配中斷
• 配置 pin_config
  • bck_io_num 設置串行時鐘引腳
  • ws_io_num 設置左右聲道的時鐘引腳
  • data_out_num 設置數據輸出引腳
  • data_in_num 此條一般設置爲 -1
• 使用 i2s_driver_install 來安裝 i2s 驅動，函數定義爲 esp_err_t i2s_driver_install(i2s_port_t i2s_num, const i2s_config_t *i2s_config, int queue_size, void* i2s_queue)
• 使用 i2s_set_pin 來設置 i2s 引腳，函數定義爲 esp_err_t i2s_set_pin(i2s_port_t i2s_num, const i2s_pin_config_t *pin)

2. i2s 使用

直接查看 i2s 示例中使用 i2s 的部分。

    int *samples_data = malloc(((bits+8)/16)*SAMPLE_PER_CYCLE*4);
    unsigned int i, sample_val;
    double sin_float, triangle_float, triangle_step = (double) pow(2, bits) / SAMPLE_PER_CYCLE;
    size_t i2s_bytes_write = 0;

    printf("\r\nTest bits=%d free mem=%d, written data=%d\n", bits, esp_get_free_heap_size(), ((bits+8)/16)*SAMPLE_PER_CYCLE*4);

    triangle_float = -(pow(2, bits)/2 - 1);

    for(i = 0; i < SAMPLE_PER_CYCLE; i++) {
        sin_float = sin(i * 2 * PI / SAMPLE_PER_CYCLE);
        if(sin_float >= 0)
            triangle_float += triangle_step;
        else
            triangle_float -= triangle_step;

        sin_float *= (pow(2, bits)/2 - 1);

        if (bits == 16) {
            sample_val = 0;
            sample_val += (short)triangle_float;
            sample_val = sample_val << 16;
            sample_val += (short) sin_float;
            samples_data[i] = sample_val;
        } else if (bits == 24) { //1-bytes unused
            samples_data[i*2] = ((int) triangle_float) << 8;
            samples_data[i*2 + 1] = ((int) sin_float) << 8;
        } else {
            samples_data[i*2] = ((int) triangle_float);
            samples_data[i*2 + 1] = ((int) sin_float);
        }

    }

    i2s_set_clk(I2S_NUM, SAMPLE_RATE, bits, 2);
    //Using push
    // for(i = 0; i < SAMPLE_PER_CYCLE; i++) {
    //     if (bits == 16)
    //         i2s_push_sample(0, &samples_data[i], 100);
    //     else
    //         i2s_push_sample(0, &samples_data[i*2], 100);
    // }
    // or write
    i2s_write(I2S_NUM, samples_data, ((bits+8)/16)*SAMPLE_PER_CYCLE*4, &i2s_bytes_write, 100);

    free(samples_data);

以上我們可以發現使用 i2s 需要使用以下內容 & API：

• 首先創建一個空間來儲存要播放的音頻，如上述代碼中的 samples_data
• 在 samples_data 中放置需要播放的音頻數據段
• 使用 i2s_set_clk(I2S_NUM, SAMPLE_RATE, bits, 2) 進行時鐘調整，函數定義爲 esp_err_t i2s_set_clk(i2s_port_t i2s_num, uint32_t rate, i2s_bits_per_sample_t bits, i2s_channel_t ch)
• 使用 i2s_write(I2S_NUM, samples_data, ((bits+8)/16)*SAMPLE_PER_CYCLE*4, &i2s_bytes_write, 100) 進行音頻播放，函數定義爲 i2s_write(i2s_port_t i2s_num, const void *src, size_t size, size_t *bytes_written, TickType_t ticks_to_wait)
• 循環以上步驟來進行完整的音頻播放

3. i2s 注意事項

1. i2s 一次讀取播放的字節選擇 512 或 1024 字節比較合適，字節效果越大越好，但是越大越吃資源。
2. i2s_set_clk API 如果較 i2s 初始配置有太多改動，考慮在此 API 後加個 1 ms 的延時。
3. 如果提前知道音頻的信息（採樣率，單雙聲道等），可以在 i2s config 裏提前配置。
4. BCLK = sample_rate x sample_length x channel。