《DNESP32S3使用指南-IDF版_V1.6》第四十一章 音乐播放器实验

正点原子

1）实验平台：正点原子ESP32S3开发板
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第四十一章 音乐播放器实验

       正点原子DNESP32S3开发板拥有串行音频接口（SAI），支持SAI、LSB/MSB对齐、PCM/DSP、TDM和AC’97等协议，且外扩了一颗HIFI级CODEC芯片：ES8388，支持最高192K 24BIT的音频播放，并且支持录音（下一章介绍）本章，我们将利用DNESP32S3开发板实现一个简单的音乐播放器（仅支持WAV播放）。
       本章分为如下几个小节：
       41.1 WAV&ES8388&SAI简介
       41.2 硬件设计
       41.3 程序设计
       41.4 下载验证

       41.1 WAV&ES8388&SAI简介
       本章知识点比较多，包括：WAV、ES8388和SAI等三个知识点。下面我们将分别向大家介绍。

       41.1.1 WAV简介
       WAV即WAVE文件，WAV是计算机领域最常用的数字化声音文件格式之一，它是微软专门为Windows系统定义的波形文件格式（Waveform Audio），由于其扩展名为"*.wav"。它符合RIFF(Resource Interchange File Format)文件规范，用于保存Windows平台的音频信息资源，被Windows平台及其应用程序所广泛支持，该格式也支持MSADPCM，CCITT A LAW 等多种压缩运算法，支持多种音频数字，取样频率和声道，标准格式化的WAV文件和CD格式一样，也是44.1K的取样频率，16 位量化数字，因此在声音文件质量和CD相差无几！
       WAV一般采用线性PCM（脉冲编码调制）编码，本章，我们也主要讨论PCM的播放，因为这个最简单。
       WAV 文件是由若干个Chunk组成的。按照在文件中的出现位置包括：RIFF WAVE Chunk、Format Chunk、 Fact Chunk(可选)和Data Chunk。每个Chunk由块标识符、数据大小和数据三部分组成，如图 41.1.1 所示：

图41.1.1 Chunk组成结构

       对于一个基本的WAVE文件而言，以下三种Chunk是必不可少的：文件中第一个Chunk是RIFF Chunk，然后是FMT Chunk，最后是Data Chunk。对于其他的Chunk，顺序没有严格的限制。使用WAVE文件的应用程序必须具有读取以上三种chunk信息的能力，如果程序想要复制WAVE文件，必须拷贝文件中所有的chunk。本章，我们主要讨论PCM，因为这个最简单，它只包含3个Chunk，我们看一下它的文件构成，如图41.1.2。

图41.1.2 PCM格式的wav文件构成

       可以看到，不同的Chunk有不同的长度，编码文件时，按照Chunk的字节和位序排列好之后写入文件头，加上wav的后缀，就可以生成一个能被正确解析的wav文件了，对于PCM结构，我们只需要把获取到的音频数据填充到Data Chunk中即可。我们将利用ES8388实现16位，8Khz采样率的单声道WAV录音(PCM格式)。
       首先，我们来看看RIFF块（RIFF WAVE Chunk），该块以“RIFF”作为标示，紧跟wav文件大小（该大小是wav文件的总大小-8），然后数据段为“WAVE”，表示是wav文件。RIFF块的Chunk结构如下：
typedef __PACKED_STRUCT

1. {
   
2.     uint32_t ChunkID;              /* chunk id;这里固定为"RIFF",即0X46464952 */
   
3.     uint32_t ChunkSize;          /* 集合大小;文件总大小-8 */
   
4.     uint32_t Format;               /* 格式;WAVE,即0X45564157 */
   
5. }ChunkRIFF;                                     /* RIFF块 */

复制代码

       接着，我们看看Format块（Format Chunk），该块以“fmt”作为标示（注意有个空格！），一般情况下，该段的大小为16个字节，但是有些软件生成的wav格式，该部分可能有18个字节，含有2个字节的附加信息。Format块的Chunk结构如下：

1. typedef __PACKED_STRUCT
   
2. {
   
3.     uint32_t ChunkID;                 /* chunk id;这里固定为"fmt ",即0X20746D66 */
   
4.     uint32_t ChunkSize ;              /* 子集合大小(不包括ID和Size);这里为:20. */
   
5.     uint16_t AudioFormat;              /* 音频格式;0X01,表示线性PCM;0X11表示IMA ADPCM */
   
6.     uint16_t NumOfChannels;           /* 通道数量;1,表示单声道;2,表示双声道; */
   
7.     uint32_t SampleRate;               /* 采样率;0X1F40,表示8Khz */
   
8.     uint32_t ByteRate;                 /* /字节速率; */
   
9.     uint16_t BlockAlign;               /* 块对齐(字节); */
   
10.     uint16_t BitsPerSample;            /* 单个采样数据大小;4位ADPCM,设置为4 */
    
11. }ChunkFMT;                             /* fmt块 */

复制代码

       接下来，我们再看看Fact块（Fact Chunk），该块为可选块，以“fact”作为标示，不是每个WAV文件都有，在非PCM格式的文件中，一般会在Format结构后面加入一个Fact块，该块Chunk结构如下：

1. typedef __PACKED_STRUCT
   
2. {
   
3.     uint32_t ChunkID;                   /* chunk id;这里固定为"fact",即0X74636166; */
   
4.     uint32_t ChunkSize ;                /* 子集合大小(不包括ID和Size);这里为:4. */
   
5.     uint32_t NumOfSamples;              /* 采样的数量; */
   
6. }ChunkFACT;                        /* fact块 */

复制代码

       DataFactSize是这个Chunk中最重要的数据，如果这是某种压缩格式的声音文件，那么从这里就可以知道他解压缩后的大小。对于解压时的计算会有很大的好处！不过本章我们使用的是PCM格式，所以不存在这个块。
       最后，我们来看看数据块（Data Chunk），该块是真正保存wav数据的地方，以“data”作为该Chunk的标示，然后是数据的大小。数据块的Chunk结构如下：

1. typedef __PACKED_STRUCT
   
2. {
   
3.     uint32_t ChunkID;                 /* chunk id;这里固定为"data",即0X5453494C */
   
4.     uint32_t ChunkSize;              /* 子集合大小(不包括ID和Size) */
   
5. }ChunkDATA;                            /* data块 */

复制代码

       ChunkSize后紧接着就是wav数据。根据Format Chunk中的声道数以及采样bit数，wav数据的bit位置可以分成如表41.1.1.1所示的几种形式：

表41.1.1.1 WAVE文件数据采样格式

       本章，我们播放的音频支持：16位和24位，立体声，所以每个取样为4/6个字节，低字节在前，高字节在后。在得到这些wav数据以后，通过SAI丢给ES8388，就可以欣赏音乐了。

       41.1.2 ES8388简介
       ES8388是上海顺芯推出的一款高性能、低功耗、高性价比的音频编解码器，有2个ADC通道和2个DAC通道，麦克风放大器，耳机放大器，数字音效以及模拟混合和增益功能组成。
       ES8388的主要特性有：

       ●SAI接口，支持最高192K，24bit音频播放

       ●DAC信噪比96dB；ADC信噪比95dB

       ●支持主机和从机模式

       ●支持立体声差分输入/麦克风输入

       ●支持左右声道音量独立调节

       ●支持40mW耳机输出，无爆音

       ES8388的控制通过I2S接口（即数字音频接口）同MCU进行音频数据传输（支持音频接收和发送），通过两线（CE=0/1，即IIC接口）或三线（CE脚产生一个下降沿，即SPI接口）接口进行配置。ES8388的SAI接口，由4个引脚组成：

       ASDOUT:ADC数据输出

       DSDIN：DAC数据输入

       LRC：数据左/右对齐时钟

       SCLK：位时钟，用于同步

       ES8388可作为SAI主机，输出LRC和SLCK时钟，不过我们一般使用ES8388作为从机，接收LRC和SLCK。另外，ES8388的SAI接口支持4种不同的音频数据模式：左（MSB）对齐标准、右（LSB）对齐标准、飞利浦（SAI）标准、DSP/PCM。本章，我们用飞利浦标准来传输SAI数据。
       飞利浦（SAI）标准模式，数据在跟随LRC传输的BCLK的第二个上升沿时传输MSB，其他位一直到LSB按顺序传输。传输依赖于字长、BCLK频率和采样率，在每个采样的LSB和下一个采样的MSB之间都应该有未用的BCLK周期。飞利浦标准模式的SAI数据传输协议如图41.1.2.1所示：

图41.1.2.1 飞利浦标准模式SAI数据传输图

       图中，fs即音频信号的采样率，比如44.1Khz，因此可以知道，LRC的频率就是音频信号的采样率。另外，ES8388还需要一个MCLK，本章我们采用DNESP32S3为其提供MCLK时钟，MCLK的频率必须等于256fs，也就是音频采样率的256倍。
       ES8388的框图如图41.1.2.2所示：

图41.1.2.2 ES8388框图

       从上图可以看出，ES8388内部有很多的模拟开关，用来选择通道，同时还有一些运放调节器，用来设置增益和音量。
       本章，我们通过IIC接口（CE=0）连接ES8388，ES8388的IIC地址为：0X10。关于ES8388的IIC详细介绍，请看其数据手册第10页5.2节。
       这里我们简单介绍一下要正常使用ES8388来播放音乐，应该执行哪些配置。

       1，寄存器R0（00h），是芯片控制寄存器1，需要用到的位有：最高位SCPRese(bit7)用于控制ES8388的软复位，写0X80到该寄存器地址，即可实现软复位ES8388，复位后，再写0X00，ES8388恢复正常。VMIDSEL[1:0]位用于控制VMID（校正噪声用），我们一般设置为10，即用500KΩ校正。

       2，寄存器R1（01h），是芯片控制寄存器2，主要要设置PdnAna(bit3)，该位设置为1，模拟部分掉电，相当于复位模拟部分；设置为0，模拟部分才会工作，才可以听到声音。

       3，寄存器R2（02h），是芯片电源管理控制寄存器，所有位都要用到：adc_DigPDN(bit7)和dac_DigPDN(bit6)分别用于控制ADC和DAC的DSM、DEM、滤波器和数字接口的复位，1复位，0正常；adc_stm_rst(bit5)和dac_stm_rst(bit4)分别用于控制ADC和DAC的状态机掉电，1掉电，0正常；ADCDLL_PDN(bit3)和DACDLL_PDN(bit2)分别用于控制ADC和DAC的DLL掉电，停止时钟，1掉电，0正常；adcVref_PDN(bit1)和dacVref_PDN(bit0)分别控制ADC和DAC的模拟参考电压掉电，1掉电，0正常；因此想要ADC和DAC都正常工作，R2寄存器必须全部设置为0，否则ADC或者DAC就会不能正常工作。

       4，寄存器R3（03h），是ADC电源管理控制寄存器，需要用到的位有：PdnAINL(bit7)和PdnAINR(bit6)用于控制左右输入模拟通道的电源，1掉电，0正常；PdnADCL(bit5)和PdnADCR(bit4)用于控制左右通道ADC的电源，1掉电，0正常；pdnMICB(bit3)用于控制麦克风的偏置电源，1掉电，0正常；PdnADCBiasgen(bit2)用于控制偏置电源的产生，1掉电，0正常；这里6个位，我们全部设置为0，ADC部分就可以正常工作了。

       5，寄存器R4（04h），是DAC电源管理控制寄存器，需要用到的位有：PdnDACL(bit7)和PdnDACR(bit6)分别用于左右声道DAC的电源控制，1掉电；0正常；LOUT1(bit5)和ROUT1(bit4)分别用于控制通道1的左右声道输出是能，1使能，0禁止；LOUT2(bit3)和ROUT2(bit2)分别用于控制通道2的左右声道输出是能，1使能，0禁止；我们一般设置PdnDACL和PdnDACR为0，使能左右声道DAC，另外，两个输出通道则根据自己的需要设置。

       6，寄存器R8（08h），是主模式控制寄存器，需要用到的位有：MSC(bit7)用于控制接口模式，0从模式，1主模式；MCKDIV2(bit6)用于控制MCLK的2分频，0不分频，1二分频；BCLK_INV(bit5)用于控制BCLK的反相，0不反相；1，反相；一般设置这3个位都为0。

       7，寄存器R9（09h），是ADC控制寄存器1，所有位都要用到：MicAmpL(bit7:4)和MicAmpR(bit3:0)，这两个分别用于控制MIC的左右通道增益，从0开始，3dB一个档，最大增益为24dB，我们一般设置MicAmpR/L[3:0]=1000，即24dB。

       8，寄存器R10（0Ah），是ADC控制寄存器2，需要用到的位有：LINSE(bit7:6)和RINSE(bit5:4)分别选择左右输入通道，0选择通道1，1选择通道2。

       9，寄存器R12（0Ch），是ADC控制寄存器4，全部位都要用到：DATSEL(bit7:6)用于选择数据格式，一般设置为01，左右边数据等于左右声道ADC数据；ADCLRP（bit5）在I2S模式下用于设置数据对其方式，一般设置为0，正常极性；ADCWL(bit4:2)用于选择数据长度，我们设置011，选择16位数据长度；ADCFORMAT(bit1:0)用于设置ADC数据格式，一般设置为00，选择I2S数据格式。

       10，寄存器R13（0Dh），是ADC控制寄存器5，全部位都要用到：ADCFsMode(bit7)用于设置Fs模式，0单速模式，1双倍速模式，一般设置为0；ADCFsRatio(bit4:0)用于设置ADC的MCLK和FS的比率，我们设置00010，即256倍关系。

       11，寄存器R16（10h）和R17（11h），这两个寄存器分别用于控制ADC左右声道的音量衰减，LADCVOL(bit7:0)和RADCVOL(bit7:0)分别控制左声道和右声道ADC的衰减，0.5dB每步，我们一般设置为0，即不衰减。

       12，寄存器R18（12h），是ADC控制寄存器10，全部位都要用到：ALCSEL(bit7:6)用于控制ALC，00表示ALC关闭，01表示ALC仅控制左声道，10表示ALC仅控制右声道11表示ALC立体声控制；我们一般设置为11。

       13，寄存器R23（17h），是DAC控制寄存器1，需要用到的位有：DACLRSWAP(bit7)用于控制左右声道数据交换，0正常，1互换，一般设置为0；DACLRP(bit6) 在I2S模式下用于设置数据对其方式，一般设置为0，正常极性；DACWL(bit5:3)用于选择数据长度，我们设置011，选择16位数据长度；ADCFORMAT(bit1:0)用于设置DAC数据格式，一般设置为00，选择I2S数据格式。

       14，寄存器R24（18h），是DAC控制寄存器2，全部位都要用到：DACFsMode(bit7)用于设置Fs模式，0单速模式，1双倍速模式，一般设置为0；DACFsRatio(bit4:0)用于设置DAC的MCLK和FS的比率，我们设置00010，即256倍关系。

       15，寄存器R26（1Ah）和R27（1Bh），这两个寄存器分别用于控制DAC左右声道的音量衰减，LDACVOL(bit7:0)和RDACVOL(bit7:0)分别控制左声道和右声道DAC的衰减，0.5dB每步，0表示0dB衰减，192表示96dB衰减；通过这两个寄存器可以完成输出音量的调节。

       16，寄存器R29（1Dh），是DAC控制寄存器7，需要用到的位有：ZeroL(bit7)和ZeroR(bit6)分别控制左右声道的全0输出，类似静音，1输出0，0正常；一般设置为0。Mono(bit5)用于单声道控制，0立体声，1单声道；一般设置为0。SE(bit4:2)用于设置3D音效，0~7表示3D效果的强弱，0表示关闭。

       17，寄存器39（27h）和42（2Ah），分别控制DAC左右通道的混音器，LD2LO(bit7)和RD2RO(bit7)分别控制左右DAC的混音器开关，0关闭，1开启，需设置为1；LI2LO(bit6)和RI2RO(bit6)分别控制左右输入通道的混音器开关，0关闭，1开启，一般设置为1；LI2LOVOL(bit5:3)和RI2ROVOL(bit5:3)分别控制左右输入通道的增益，0~7表示-6 ~ -15dB的增益调节范围，默认设置为111，即-15dB。

       18，寄存器43（2Bh），是DAC控制寄存器21，这里我们只关心slrck(bit7)这个位，用于控制DACLRC和ADCLRC是否共用，我们设置为1，表示共用。

       以上，就是我们使用ES8388时所需要用到的一些寄存器，按照以上所述，对各个寄存器进行相应的配置，即可使用ES8388正常播放音乐了。关于ES8388更详细的寄存器设置说明，我们这里就不再介绍了，请大家参考ES8388的数据手册自行研究。

       41.1.3 I²S控制器介绍
       I²S(Inter-IC Sound，集成电路内置音频总线)是一种同步串行通信协议，通常用于两个数字音频设备之间传输音频数据。DNESP32S3内置两个I²S接口(I²S0和I²S1)，为多媒体应用，尤其是为数字音频应用提供了灵活的数据通信接口。
       I²S标准总线定义了三种信号：串行时钟信号BCK、字选择信号WS和串行数据信号SD。一个基本的I²S数据总线有一个主机和一个从机。主机和从机的角色在通信过程中保持不变。DNESP32S3的I²S模块包含独立的发送单元和接收单元，能够保证优良的通信性能。
       I²S有如下功能：

       主机模式：I²Sn作为主机，BCK/WS向外部输出，向从机发送或从其接收数据。

       从机模式：I²Sn作为从机，BCK/WS从外部输入，从主机接收或向其发送数据。

       全双工：主机与从机之间的发送线和接收线各自独立，发送数据和接收数据同时进行。

       半双工：主机和从机只能有一方先发送数据，另一方接收数据。发送数据和接收数据不能同时进行。

       TDM RX模式：利用时分复用方式接收脉冲编码调制(PCM)数据，并将其通过DMA存入储存器的模式。信号线包括

       BCK、WS和DATA。可以接收最多16个通道的数据。通过用户配置，可支持TDM Philips格式、TDM MSB对齐格式、TDM PCM格式等。

       PDM RX模式：接收脉冲密度调制(PDM)数据，并将其通过DMA存入储存器的模式。信号线包括WS和DATA。通过用户配置，可支持PDM标准格式等。

       TDM TX模式：通过DMA从储存器中取得脉冲编码调制(PCM)数据，并利用时分复用方式将其发送的模式。信号线包括BCK、WS和DATA，可以发送最多16个通道的数据。通过用户配置，可支持TDM Philips格式、TDM MSB对齐格式、TDM PCM格式等。

       PDM TX模式：通过DMA从储存器中取得脉冲密度调制(PDM)数据，并将其发送的模式。信号线包括WS和DATA。通过用户配置，可支持PDM标准格式等。

       PCMtoPDM TX模式（仅对I²S0有效）：通过DMA从储存器中取得脉冲编码调制(PCM)数据，将其转换为脉冲密度调制(PDM)数据，并将其发送的主机模式。信号线包括WS和DATA。通过用户配置，可支持PDM标准格式等。

       PDMtoPCM RX模式（仅对I²S0有效）：接收脉冲密度调制(PDM)数据，将其转换为脉冲编码调制(PCM)数据，并将其通过DMA存入储存器的主机模式或从机模式。信号线包括WS和DATA。通过用户配置，可支持PDM标准格式等。

       更详细的内容请大家参考《ESP32-S3技术参考手册.pdf》第28章。

       41.2 硬件设计

       41.2.1 例程功能
       本章实验功能简介：开机后，先初始化各外设，然后检测字库是否存在，如果检测无问题，则开始循环播放SD卡MUSIC文件夹里面的歌曲（必须在SD卡根目录建立一个MUSIC文件夹，并存放歌曲在里面），在SPILCD上显示歌曲名字、播放时间、歌曲总时间、歌曲总数目、当前歌曲的编号等信息。KEY0用于选择下一曲，KEY2用于选择上一曲，KEY3用来控制暂停/继续播放。LED闪烁，提示程序运行状态。

       41.2.2 硬件资源
       本实验，大家需要准备1个SD卡（在里面新建一个MUSIC文件夹，并存放一些歌曲在MUSIC文件夹下）和一个耳机（非必备），分别插入SD卡接口和耳机接口，然后下载本实验就可以通过耳机或板载喇叭来听歌了。实验用到的硬件资源如下：

       1. LED灯
              LED -IO0

       2.独立按键
              KEY0(XL9555) - IO1_7
              KEY1(XL9555) - IO1_6
              KEY2(XL9555) - IO1_5
              KEY3(XL9555) - IO1_4

       3. XL9555
              IIC_SDA-IO41
              IIC_SCL-IO42

       4. SPILCD
              CS-IO21
              SCK-IO12
              SDA-IO11
              DC-IO40（在P5端口，使用跳线帽将IO_SET和LCD_DC相连）
              PWR- IO1_3（XL9555）
              RST- IO1_2（XL9555）

       5. SD
              CS-IO2
              SCK-IO12
              MOSI-IO11
              MISO-IO13

       6. ES8388音频CODEC芯片（IIC端口0）
              IIC_SDA-IO41
              IIC_SCL-IO42
              I2S_BCK_IO-IO46
              I2S_WS_IO-IO9
              I2S_DO_IO-IO10
              I2S_DI_IO-IO14
              IS2_MCLK_IO-IO3

       41.2.3 原理图
       DNESP32S3开发板板载了ES8388解码芯片的驱动电路，原理图如图41.1.1所示：

图41.2.3.1 ES838原理图

       图中，PHONE接口可以用来插耳机，并连接了板载的喇叭SPEAKER（开发板正上方）。

       41.3 程序设计

       41.3.1 程序流程图
       程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程，对学习和设计工程有很好的主导作用。下面看看本实验的程序流程图：

图41.3.1.1 音频播放实验程序流程图

       41.3.2 I2S函数解析
       ESP-IDF提供了一套API来配置I2S。要使用此功能，需要导入必要的头文件：

1. #include "driver/i2s.h"
   
2. #include "driver/i2s_std.h"
   
3. #include "driver/i2s_pdm.h"

复制代码

       接下来，作者将介绍一些常用的ESP32-S3中的I2S函数，这些函数的描述及其作用如下：

       1，设置I2S引脚
       该函数用给定的配置，来配置I2S总线，该函数原型如下所示：

1. esp_err_t i2s_set_pin(i2s_port_t i2s_num, const i2s_pin_config_t *pin);

复制代码

       该函数的形参描述如下表所示：

表41.3.2.1 i2s_set_pin()函数形参描述

       该函数的返回值描述，如下表所示：

表41.3.2.2 函数i2s_set_pin ()返回值描述

       该函数使用i2s_pin_config_t类型的结构体变量传入，该结构体的定义如下所示：

表41.3.2.3 i2s_pin_config_t结构体参数值描述

       完成上述结构体参数配置之后，可以将结构传递给 i2s_set_pin () 函数，用以实例化IIC并返回IIC句柄。

       2，安装I2S驱动
       该函数安装I2S驱动，该函数原型如下所示：

1. esp_err_t i2s_driver_install(i2s_port_t i2s_num,
   
2.                              const i2s_config_t *i2s_config,
   
3.                              int queue_size,
   
4.                              void *i2s_queue);

复制代码

       该函数的形参描述如下表所示：

表41.3.2.4 i2s_driver_install()函数形参描述

       该函数的返回值描述，如下表所示：

表41.3.2.5 函数i2s_driver_install ()返回值描述

       3，处理缓冲区
       该函数将TX DMA缓冲区的内容归零，该函数原型如下所示：

1. esp_err_t i2s_zero_dma_buffer(i2s_port_t i2s_num);

复制代码

       该函数的形参描述如下表所示：

表41.3.2.6 i2s_zero_dma_buffer ()函数形参描述

       该函数的返回值描述，如下表所示：

表41.3.2.7 函数i2s_zero_dma_buffer ()返回值描述

       41.3.3 音频播放驱动解析
       在IDF版的30_music例程中，作者在30_music \components\BSP路径下新增了一个I2S文件夹和一个ES8388文件夹，分别用于存放i2s.c、i2s.h和es8388.c以及es8388.h这四个文件。其中，i2s.h和es8388.h文件负责声明I2S以及ES8388相关的函数和变量，而i2s.c和es8388.c文件则实现了I2S以及ES8388的驱动代码。下面，我们将详细解析这四个文件的实现内容。

       1，i2s驱动
       音乐文件我们要通过SD卡来传给单片机，那我们自然要用到文件系统。LCD、按键交互这些我们也需要实现。
       由于播放功能涉及到多个外设的配合使用，用文件系统读音频文件，做播放控制等，所以我们把ES8388的硬件驱动放到components\BSP目录下，播放功能作为APP放到main目录下。
       这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码，I²S的驱动主要包括两个文件：i2s.c和i2s.h。
       除去I²S的管脚，我们需要初始其它IO的模式，我们在头文件sai.h中定义SAI的引脚，方便如果IO变更之后作修改：

1. #define I2S_NUM            (I2S_NUM_0)                /* I2S端口 */
   
2. #define I2S_BCK_IO    (GPIO_NUM_46)            /* 设置串行时钟引脚，ES8388_SCLK */
   
3. #define I2S_WS_IO     (GPIO_NUM_9)                        /* 设置左右声道的时钟引脚，ES8388_LRCK */
   
4. #define I2S_DO_IO     (GPIO_NUM_10)                /* ES8388_SDOUT */
   
5. #define I2S_DI_IO          (GPIO_NUM_14)                   /* ES8388_SDIN */
   
6. #define IS2_MCLK_IO          (GPIO_NUM_3)                     /* ES8388_MCLK */
   
7. #define SAMPLE_RATE          (44100)                                /* 采样率 */]

复制代码

       接下来开始介绍i2s.c，主要是I²S的初始化代码如下：

1. /* I2S默认配置 */
   
2. #define I2S_CONFIG_DEFAULT() { \
   
3.     .mode = (i2s_mode_t)(I2S_MODE_MASTER | I2S_MODE_TX | I2S_MODE_RX),            \
   
4.     .sample_rate = SAMPLE_RATE,                                                             \
   
5.     .bits_per_sample = I2S_BITS_PER_SAMPLE_16BIT,                                   \
   
6.     .channel_format = I2S_CHANNEL_FMT_RIGHT_LEFT,                                   \
   
7.     .communication_format = I2S_COMM_FORMAT_STAND_I2S,                              \
   
8.     .intr_alloc_flags = 0,                                                                  \
   
9.     .dma_buf_count = 8,                                                                     \
   
10.     .dma_buf_len = 256,                                                                     \
    
11.     .use_apll = false                                                                       \
    
12. }
    
13. 
    
14. /**
    
15. * @brief       初始化I2S
    
16. * @param       无
    
17. * @retval      ESP_OK:初始化成功;其他:失败
    
18. */
    
19. esp_err_t i2s_init(void)
    
20. {
    
21.     esp_err_t ret_val = ESP_OK;
    
22. 
    
23.     i2s_pin_config_t pin_config = {
    
24.         .bck_io_num = I2S_BCK_IO,
    
25.         .ws_io_num = I2S_WS_IO,
    
26.         .data_out_num = I2S_DO_IO,
    
27.         .data_in_num = I2S_DI_IO,
    
28.         .mck_io_num = IS2_MCLK_IO,
    
29.     };
    
30.    
    
31.     i2s_config_t i2s_config = I2S_CONFIG_DEFAULT();
    
32.     i2s_config.sample_rate = SAMPLE_RATE;
    
33.     i2s_config.bits_per_sample = I2S_BITS_PER_SAMPLE_16BIT;
    
34.     i2s_config.use_apll = true;
    
35.     ret_val |= i2s_driver_install(I2S_NUM, &i2s_config, 0, NULL);
    
36.     ret_val |= i2s_set_pin(I2S_NUM, &pin_config);
    
37.     ret_val |= i2s_zero_dma_buffer(I2S_NUM);
    
38.     return ret_val;
    
39. }
    
40. 
    
41. /**
    
42. * @brief       I2S TRX启动
    
43. * @param       无
    
44. * @retval      无
    
45. */
    
46. void i2s_trx_start(void)
    
47. {
    
48.     i2s_start(I2S_NUM);
    
49. }
    
50. 
    
51. /**
    
52. * @brief       I2S TRX停止
    
53. * @param       无
    
54. * @retval      无
    
55. */
    
56. void i2s_trx_stop(void)
    
57. {
    
58.     i2s_stop(I2S_NUM);
    
59. }
    
60. 
    
61. /**
    
62. * @brief       I2S卸载
    
63. * @param       无
    
64. * @retval      无
    
65. */
    
66. void i2s_deinit(void)
    
67. {
    
68.     i2s_driver_uninstall(I2S_NUM);
    
69. }
    
70. 
    
71. /**
    
72. * @brief       设置采样率
    
73. * @param       sampleRate  : 采样率
    
74. * @param       bits_sample :位宽
    
75. * @retval      无
    
76. */
    
77. void i2s_set_samplerate_bits_sample(int samplerate,int bits_sample)
    
78. {
    
79.     i2s_set_clk(I2S_NUM,samplerate,bits_sample,I2S_CHANNEL_STEREO);
    
80. }
    
81. 
    
82. /**
    
83. * @brief       I2S传输数据
    
84. * @param       buffer: 数据存储区的首地址
    
85. * @param       frame_size: 数据大小
    
86. * @retval      无
    
87. */
    
88. size_t i2s_tx_write(uint8_t *buffer, uint32_t frame_size)
    
89. {
    
90.     size_t bytes_written;
    
91.     i2s_write(I2S_NUM, buffer, frame_size, &bytes_written, 100);
    
92.     return bytes_written;
    
93. }
    
94. 
    
95. /**
    
96. * @brief       I2S读取数据
    
97. * @param       buffer: 读取数据存储区的首地址
    
98. * @param       frame_size: 读取数据大小
    
99. * @retval      无
    
100. */
     
101. size_t i2s_rx_read(uint8_t *buffer, uint32_t frame_size)
     
102. {
     
103.     size_t bytes_written;
     
104.     i2s_read(I2S_NUM, buffer, frame_size, &bytes_written, 1000);
     
105.     return bytes_written;
     
106. }

复制代码

       函数i2s_init()完成初始化I²S，该初始化不需要像I²C以及IO扩展芯片那样设置传参，通过配置相关的结构体并安装I²S的驱动和配置I²S引脚以及将TX DMA缓冲区的内容归零。函数sai1_samplerate_set则是用前面介绍的查表法，根据采样率来设置SAI的时钟。函数i2s_trx_start()用于启动I²S驱动，在调用了i2s_driver_install()之后不需要调用这个函数(它是自动启动的)，但是在调用了i2s_stop()之后调用该函数是必要的。而函数i2s_trx_stop()用于停止I²S驱动，在调用i2s_driver_uninstall()之前不需要调用i2s_stop()。i2s_set_samplerate_bits_sample()用于设置I2S RX和TX的时钟和位宽度。函数i2s_tx_write()用于将数据写入I2S DMA传输缓冲区。函数i2s_rx_read()从I2S DMA接收缓冲区读取数据。以上是对I²S驱动文件下部分函数的功能概述，具体内容请参照该驱动文件。

       2，ES8388驱动
       ES8388主要用来将音频信号转换为数字信号或将数字信号转换为音频信号，接下来，我们开始介绍ES8388的几个函数，代码如下：

1. /**
   
2. * @brief       ES8388初始化
   
3. * @param       无
   
4. * @retval      0,初始化正常
   
5. *               其他,错误代码
   
6. */
   
7. uint8_t es8388_init(i2c_obj_t self)
   
8. {
   
9.     esp_err_t ret_val = ESP_OK;
   
10. 
    
11.     if (self.init_flag == ESP_FAIL)
    
12.     {
    
13.         /* 初始化IIC */
    
14.         iic_init(I2C_NUM_0);
    
15.     }
    
16. 
    
17.     es8388_i2c_master = self;
    
18. 
    
19.     /* 软复位ES8388 */
    
20.     ret_val |= es8388_write_reg(0, 0x80);
    
21.     ret_val |= es8388_write_reg(0, 0x00);
    
22.     /* 等待复位 */
    
23.     vTaskDelay(100);
    
24. 
    
25.     ret_val |= es8388_write_reg(0x01, 0x58);
    
26.     ret_val |= es8388_write_reg(0x01, 0x50);
    
27.     ret_val |= es8388_write_reg(0x02, 0xF3);
    
28.     ret_val |= es8388_write_reg(0x02, 0xF0);
    
29. 
    
30.     /* 麦克风偏置电源关闭 */
    
31.     ret_val |= es8388_write_reg(0x03, 0x09);
    
32.     /* 使能参考 500K驱动使能 */
    
33.     ret_val |= es8388_write_reg(0x00, 0x06);
    
34.     /* DAC电源管理，不打开任何通道 */
    
35.     ret_val |= es8388_write_reg(0x04, 0x00);
    
36.     /* MCLK不分频 */
    
37.     ret_val |= es8388_write_reg(0x08, 0x00);
    
38.     /* DAC控制 DACLRC与ADCLRC相同 */
    
39.     ret_val |= es8388_write_reg(0x2B, 0x80);
    
40. 
    
41.     /* ADC L/R PGA增益配置为+24dB */
    
42.     ret_val |= es8388_write_reg(0x09, 0x88);
    
43.     /* ADC数据选择为left data = left ADC, right data=left ADC音频数据为16bit */
    
44.     ret_val |= es8388_write_reg(0x0C, 0x4C);
    
45.     /* ADC配置 MCLK/采样率=256 */
    
46.     ret_val |= es8388_write_reg(0x0D, 0x02);
    
47.     /* ADC数字音量控制将信号衰减 L  设置为最小！！！ */
    
48.     ret_val |= es8388_write_reg(0x10, 0x00);
    
49.     /* ADC数字音量控制将信号衰减 R  设置为最小！！！ */
    
50.     ret_val |= es8388_write_reg(0x11, 0x00);
    
51.     /* DAC 音频数据为16bit */
    
52.     ret_val |= es8388_write_reg(0x17, 0x18);
    
53.     /* DAC 配置 MCLK/采样率=256 */
    
54.     ret_val |= es8388_write_reg(0x18, 0x02);
    
55.     /* DAC数字音量控制将信号衰减 L  设置为最小！！！ */
    
56.     ret_val |= es8388_write_reg(0x1A, 0x00);
    
57.     /* DAC数字音量控制将信号衰减 R  设置为最小！！！ */
    
58.     ret_val |= es8388_write_reg(0x1B, 0x00);
    
59.     /* L混频器 */
    
60.     ret_val |= es8388_write_reg(0x27, 0xB8);
    
61.     /* R混频器 */
    
62.     ret_val |= es8388_write_reg(0x2A, 0xB8);
    
63.     vTaskDelay(100);
    
64. 
    
65.     if (ret_val != ESP_OK)
    
66.     {
    
67.         while(1)
    
68.         {
    
69.             printf("ES8388初始化失败！！！\r\n");
    
70.             vTaskDelay(500);
    
71.         }
    
72.     }
    
73.     else
    
74.     {
    
75.         printf("ES8388初始化成功！！！\r\n");
    
76.     }
    
77.    
    
78.     return 0;
    
79. }
    
80. 
    
81. /**
    
82. * @brief       IIC写入函数
    
83. * @param       slave_addr:ES8388地址
    
84. * @param       reg_add:寄存器地址
    
85. * @param       data:写入的数据
    
86. * @retval      无
    
87. */
    
88. esp_err_t es8388_write_reg(uint8_t reg_addr, uint8_t data)
    
89. {
    
90.     i2c_buf_t buf[2] = {
    
91.         {.len = 1, .buf = ®_addr},
    
92.         {.len = 1, .buf = &data},
    
93.     };
    
94. 
    
95.     i2c_transfer(&es8388_i2c_master, ES8388_ADDR >> 1, 2, buf, I2C_FLAG_STOP);
    
96. 
    
97.     return ESP_OK;
    
98. }
    
99. 
    
100. /**
     
101. * @brief       读取数据
     
102. * @param       reg_add:寄存器地址
     
103. * @param       p_data:读取的数据
     
104. * @retval      无
     
105. */
     
106. esp_err_t es8388_read_reg(uint8_t reg_addr, uint8_t *pdata)
     
107. {
     
108.     i2c_buf_t buf[2] = {
     
109.         {.len = 1, .buf = ®_addr},
     
110.         {.len = 1, .buf = pdata},
     
111.     };
     
112.     i2c_transfer(&es8388_i2c_master, ES8388_ADDR >> 1, 2, buf, I2C_FLAG_WRITE|
     
113.                                                                                     I2C_FLAG_READ |
     
114.                                                                                     I2C_FLAG_STOP);
     
115.     return ESP_OK;
     
116. }
     
117. 
     
118. /**
     
119. * @brief       设置ES8388工作模式
     
120. * @param       fmt : 工作模式
     
121. * @arg         0, 飞利浦标准I2S;
     
122. * @arg         1, MSB(左对齐);
     
123. * @arg         2, LSB(右对齐);
     
124. * @arg         3, PCM/DSP
     
125. * @param       len : 数据长度
     
126. * @arg         0, 24bit
     
127. * @arg         1, 20bit
     
128. * @arg         2, 18bit
     
129. * @arg         3, 16bit
     
130. * @arg         4, 32bit
     
131. * @retval      无
     
132. */
     
133. void es8388_sai_cfg(uint8_t fmt, uint8_t len)
     
134. {
     
135.     fmt &= 0x03;
     
136.     len &= 0x07;    /* 限定范围 */
     
137.     es8388_write_reg(23, (fmt << 1) | (len << 3));  /* R23,ES8388工作模式设置 */
     
138. }
     
139. 
     
140. /**
     
141. * @brief       设置耳机音量
     
142. * @param       volume : 音量大小(0 ~ 33)
     
143. * @retval      无
     
144. */
     
145. void es8388_hpvol_set(uint8_t volume)
     
146. {
     
147.     if (volume > 33)
     
148.     {
     
149.         volume = 33;
     
150.     }
     
151.    
     
152.     es8388_write_reg(0x2E, volume);
     
153.     es8388_write_reg(0x2F, volume);
     
154. }
     
155. 
     
156. /**
     
157. * @brief       设置喇叭音量
     
158. * @param       volume : 音量大小(0 ~ 33)
     
159. * @retval      无
     
160. */
     
161. void es8388_spkvol_set(uint8_t volume)
     
162. {
     
163.     if (volume > 33)
     
164.     {
     
165.         volume = 33;
     
166.     }
     
167.    
     
168.     es8388_write_reg(0x30, volume);
     
169.     es8388_write_reg(0x31, volume);
     
170. }
     
171. 
     
172. /**
     
173. * @brief       设置3D环绕声
     
174. * @param       depth : 0 ~ 7(3D强度,0关闭,7最强)
     
175. * @retval      无
     
176. */
     
177. void es8388_3d_set(uint8_t depth)
     
178. {
     
179.     depth &= 0x7;       /* 限定范围 */
     
180.     es8388_write_reg(0x1D, depth << 2);    /* R7,3D环绕设置 */
     
181. }
     
182. 
     
183. /**
     
184. * @brief       ES8388 DAC/ADC配置
     
185. * @param       dacen : dac使能(1)/关闭(0)
     
186. * @param       adcen : adc使能(1)/关闭(0)
     
187. * @retval      无
     
188. */
     
189. void es8388_adda_cfg(uint8_t dacen, uint8_t adcen)
     
190. {
     
191.     uint8_t tempreg = 0;
     
192.    
     
193.     tempreg |= ((!dacen) << 0);
     
194.     tempreg |= ((!adcen) << 1);
     
195.     tempreg |= ((!dacen) << 2);
     
196.     tempreg |= ((!adcen) << 3);
     
197.     es8388_write_reg(0x02, tempreg);
     
198. }
     
199. 
     
200. /**
     
201. * @brief       ES8388 DAC输出通道配置
     
202. * @param       o1en : 通道1使能(1)/禁止(0)
     
203. * @param       o2en : 通道2使能(1)/禁止(0)
     
204. * @retval      无
     
205. */
     
206. void es8388_output_cfg(uint8_t o1en, uint8_t o2en)
     
207. {
     
208.     uint8_t tempreg = 0;
     
209.     tempreg |= o1en * (3 << 4);
     
210.     tempreg |= o2en * (3 << 2);
     
211.     es8388_write_reg(0x04, tempreg);
     
212. }
     
213. 
     
214. /**
     
215. * @brief       ES8388 MIC增益设置(MIC PGA增益)
     
216. * @param       gain : 0~8, 对应0~24dB  3dB/Step
     
217. * @retval      无
     
218. */
     
219. void es8388_mic_gain(uint8_t gain)
     
220. {
     
221.     gain &= 0x0F;
     
222.     gain |= gain << 4;
     
223.     es8388_write_reg(0x09, gain);    /* R9,左右通道PGA增益设置 */
     
224. }
     
225. 
     
226. /**
     
227. * @brief       ES8388 ALC设置
     
228. * @param       sel
     
229. * @arg         0,关闭ALC
     
230. * @arg         1,右通道ALC
     
231. * @arg         2,左通道ALC
     
232. * @arg         3,立体声ALC
     
233. * @param       maxgain : 0~7,对应-6.5~+35.5dB
     
234. * @param       minigain: 0~7,对应-12~+30dB 6dB/STEP
     
235. * @retval      无
     
236. */
     
237. void es8388_alc_ctrl(uint8_t sel, uint8_t maxgain, uint8_t mingain)
     
238. {
     
239.     uint8_t tempreg = 0;
     
240.     tempreg = sel << 6;
     
241.     tempreg |= (maxgain & 0x07) << 3;
     
242.     tempreg |= mingain & 0x07;
     
243.     es8388_write_reg(0x12, tempreg);    /* R18,ALC设置 */
     
244. }
     
245. 
     
246. /**
     
247. * @brief       ES8388 ADC输出通道配置
     
248. * @param       in : 输入通道
     
249. * @arg         0, 通道1输入
     
250. * @arg         1, 通道2输入
     
251. * @retval      无
     
252. */
     
253. void es8388_input_cfg(uint8_t in)
     
254. {
     
255.     es8388_write_reg(0x0A, (5 * in) << 4);    /* ADC1 输入通道选择L/R  INPUT1 */
     
256. }

复制代码

       以上代码中，es8388_init函数用于初始化es8388，这里只是通用配置（ADC&DAC），初始化完成后，并不能正常播放音乐，还需要通过es8388_adda_cfg函数使能DAC，然后通过设置es8388_output_cfg选择DAC输出，通过es8388_sai_cfg配置ES8388工作模式，最后设置音量才可以接收I²S音频数据，实现音乐播放。

       3，wavplay驱动
       wavpaly主要用于wav格式的音频文件解码，接下来看看wavplay.c里面的几个函数，代码如下：

1. /**
   
2. * @brief       WAV解析初始化
   
3. * @param       fname : 文件路径+文件名
   
4. * @param       wavx  : 信息存放结构体指针
   
5. * @retval      0,打开文件成功
   
6. *              1,打开文件失败
   
7. *              2,非WAV文件
   
8. *              3,DATA区域未找到
   
9. */
   
10. uint8_t wav_decode_init(uint8_t *fname, __wavctrl *wavx)
    
11. {
    
12.     FIL *ftemp;
    
13.     uint8_t *buf;
    
14.     uint32_t br = 0;
    
15.     uint8_t res = 0;
    
16. 
    
17.     ChunkRIFF *riff;
    
18.     ChunkFMT *fmt;
    
19.     ChunkFACT *fact;
    
20.     ChunkDATA *data;
    
21.    
    
22.     ftemp = (FIL*)mymalloc(sizeof(FIL));
    
23.     buf = mymalloc(512);
    
24.    
    
25.     if (ftemp && buf)                                                                            /* 内存申请成功 */
    
26.     {
    
27.         res = f_open(ftemp, (TCHAR*)fname, FA_READ);           /* 打开文件 */
    
28.         
    
29.         if (res == FR_OK)
    
30.         {
    
31.             f_read(ftemp, buf, 512, (UINT *)&br);         /* 读取512字节在数据 */
    
32.             riff = (ChunkRIFF *)buf;                                    /* 获取RIFF块 */
    
33.             
    
34. if (riff->Format == 0x45564157)                                     /* 是WAV文件 */
    
35.             {
    
36.                 fmt = (ChunkFMT *)(buf + 12);                            /* 获取FMT块 */
    
37.                 /*读取FACT块*/
    
38.                                 fact = (ChunkFACT *)(buf + 12 + 8 + fmt->ChunkSize);  
    
39.                
    
40.                 if (fact->ChunkID == 0x74636166 || fact->ChunkID == 0x5453494C)
    
41.                 {
    
42.                     /* 具有fact/LIST块的时候(未测试)*/
    
43.                                         wavx->datastart = 12 + 8 + fmt->ChunkSize+8+fact->ChunkSize;
    
44.                 }
    
45.                 else
    
46.                 {
    
47.                     wavx->datastart = 12 + 8 + fmt->ChunkSize;
    
48.                 }
    
49.                
    
50.                 data = (ChunkDATA *)(buf + wavx->datastart);        /* 读取DATA块 */
    
51.                
    
52.                 if (data->ChunkID == 0x61746164)                   /* 解析成功! */
    
53.                 {
    
54.                     wavx->audioformat = fmt->AudioFormat;          /* 音频格式 */
    
55.                     wavx->nchannels = fmt->NumOfChannels;          /* 通道数 */
    
56.                     wavx->samplerate = fmt->SampleRate;            /* 采样率 */
    
57.                     wavx->bitrate = fmt->ByteRate * 8;             /* 得到位速 */
    
58.                     wavx->blockalign = fmt->BlockAlign;            /* 块对齐 */
    
59.                     wavx->bps = fmt->BitsPerSample;/* 位数,16/24/32位 */
    
60.                     
    
61.                     wavx->datasize = data->ChunkSize;              /* 数据块大小 */
    
62.                     wavx->datastart = wavx->datastart + 8;/* 数据流开始的地方. */
    
63.                     
    
64.                     printf("wavx->audioformat:%d\r\n", wavx->audioformat);
    
65.                     printf("wavx->nchannels:%d\r\n", wavx->nchannels);
    
66.                     printf("wavx->samplerate:%d\r\n", wavx->samplerate);
    
67.                     printf("wavx->bitrate:%d\r\n", wavx->bitrate);
    
68.                     printf("wavx->blockalign:%d\r\n", wavx->blockalign);
    
69.                     printf("wavx->bps:%d\r\n", wavx->bps);
    
70.                     printf("wavx->datasize:%d\r\n", wavx->datasize);
    
71.                     printf("wavx->datastart:%d\r\n", wavx->datastart);  
    
72.                 }
    
73.                 else
    
74.                 {
    
75.                     res = 3;         /* data区域未找到. */
    
76.                 }
    
77.             }
    
78.             else
    
79.             {
    
80.                 res = 2;       /* 非wav文件 */
    
81.             }
    
82.         }
    
83.         else
    
84.         {
    
85.             res = 1;                 /* 打开文件错误 */
    
86.         }
    
87.     }
    
88.    
    
89.     f_close(ftemp);
    
90.     free(ftemp);                            /* 释放内存 */
    
91.     free(buf);
    
92.    
    
93.     return 0;
    
94. }
    
95. 
    
96. /**
    
97. * @brief       获取当前播放时间
    
98. * @param       fname : 文件指针
    
99. * @param       wavx  : wavx播放控制器
    
100. * @retval      无
     
101. */
     
102. void wav_get_curtime(FIL *fx, __wavctrl *wavx)
     
103. {
     
104.     long long fpos;
     
105.     wavx->totsec = wavx->datasize / (wavx->bitrate / 8); /* 歌曲总长度(单位:秒) */
     
106.     fpos = fx->fptr-wavx->datastart;                 /* 得到当前文件播放到的地方 */
     
107.     wavx->cursec = fpos*wavx->totsec / wavx->datasize;  /* 当前播放到第多少秒了? */
     
108. }
     
109. 
     
110. /**
     
111. * @brief       播放某个wav文件
     
112. * @param       fname : 文件路径+文件名
     
113. * @retval      KEY0_PRES,错误
     
114. *              KEY1_PRES,打开文件失败
     
115. *              其他,非WAV文件
     
116. */
     
117. uint8_t wav_play_song(uint8_t *fname)
     
118. {
     
119.     uint8_t key = 0;
     
120.     uint8_t t = 0;
     
121.     uint8_t res;
     
122.     i2s_play_end = ESP_FAIL;
     
123.     i2s_play_next_prev = ESP_FAIL;
     
124.     g_audiodev.file = (FIL*)malloc(sizeof(FIL));
     
125.     g_audiodev.tbuf = malloc(WAV_TX_BUFSIZE);
     
126.    
     
127.     if (g_audiodev.file || g_audiodev.tbuf)
     
128.     {
     
129.         /* 得到文件的信息 */
     
130.         res = wav_decode_init(fname, &wavctrl);
     
131. 
     
132.         /* 解析文件成功 */
     
133.         if (res == 0)
     
134.         {
     
135.             if (wavctrl.bps == 16)
     
136.             {
     
137.                 /* 飞利浦标准,16位数据长度 */
     
138.                 es8388_sai_cfg(0, 3);
     
139.                 i2s_set_samplerate_bits_sample(wavctrl.samplerate,
     
140.                                                                                           I2S_BITS_PER_SAMPLE_16BIT);
     
141.             }
     
142.             else if (wavctrl.bps == 24)
     
143.             {
     
144.                 /* 飞利浦标准,24位数据长度 */
     
145.                 es8388_sai_cfg(0, 0);
     
146.                 i2s_set_samplerate_bits_sample(wavctrl.samplerate,
     
147.                                                                                           I2S_BITS_PER_SAMPLE_24BIT);
     
148.              }
     
149. 
     
150.             audio_stop();
     
151. 
     
152.             if (MUSICTask_Handler == NULL)
     
153.             {
     
154.                 taskENTER_CRITICAL(&my_spinlock);
     
155.                 /* 创建任务1,任务函数 */
     
156.                 xTaskCreatePinnedToCore((TaskFunction_t )music,
     
157.                
     
158.                                         /* 任务名称 */
     
159.                                         (const char*    )"music",
     
160.                                        
     
161.                                         /* 任务堆栈大小 */
     
162.                                         (uint16_t       )MUSIC_STK_SIZE,
     
163.                                        
     
164.                                         /* 传入给任务函数的参数 */
     
165.                                         (void*          )NULL,
     
166.                                        
     
167.                                         /* 任务优先级 */
     
168.                                         (UBaseType_t    )MUSIC_PRIO,
     
169.                                        
     
170.                                         /* 任务句柄 */
     
171.                                         (TaskHandle_t*  )&MUSICTask_Handler,
     
172.                                        
     
173.                                         /* 该任务哪个内核运行 */
     
174.                                         (BaseType_t     ) 0);
     
175.                                        
     
176.                 taskEXIT_CRITICAL(&my_spinlock);
     
177.             }
     
178. 
     
179.             /* 打开文件 */
     
180.             res = f_open(g_audiodev.file, (TCHAR*)fname, FA_READ);
     
181. 
     
182.             if (res == 0)
     
183.             {
     
184.                 /* 开始音频播放 */
     
185.                 audio_start();
     
186.                 vTaskDelay(100);
     
187.                 audio_start();
     
188.                 vTaskDelay(100);
     
189. 
     
190.                 while (res == 0)
     
191.                 {
     
192.                     while (1)
     
193.                     {
     
194.                         if (i2s_play_end == ESP_OK)
     
195.                         {
     
196.                             res = KEY0_PRES;
     
197.                             break;
     
198.                         }
     
199. 
     
200.                         key = xl9555_key_scan(0);
     
201.                         
     
202.                         /* 暂停 */
     
203.                         if (key == KEY3_PRES)
     
204.                         {
     
205.                             if ((g_audiodev.status & 0x0F) == 0x03)
     
206.                             {
     
207.                                 audio_stop();
     
208.                                 vTaskDelay(100);
     
209.                             }
     
210.                             else if ((g_audiodev.status & 0x0F) == 0x00)
     
211.                             {
     
212.                                 audio_start();
     
213.                                 vTaskDelay(100);
     
214.                             }
     
215.                         }
     
216.                         
     
217.                         /* 下一曲/上一曲 */
     
218.                         if (key == KEY2_PRES || key == KEY0_PRES)
     
219.                         {
     
220.                             i2s_play_next_prev = ESP_OK;
     
221.                             vTaskDelay(100);
     
222.                             res = KEY0_PRES;
     
223.                             break;
     
224.                         }
     
225.                         
     
226.                         /* 暂停不刷新时间 */
     
227.                         if ((g_audiodev.status & 0x0F) == 0x03)
     
228.                         {
     
229.                             /* 得到总时间和当前播放的时间 */
     
230.                             wav_get_curtime(g_audiodev.file, &wavctrl);
     
231.                             audio_msg_show(wavctrl.totsec,
     
232.                                                                             wavctrl.cursec,
     
233.                                                                             wavctrl.bitrate);
     
234.                         }
     
235.                         
     
236.                         t++;
     
237.                         if (t == 20)
     
238.                         {
     
239.                             t = 0 ;
     
240.                             LED_TOGGLE();
     
241.                         }
     
242.                         
     
243.                         if ((g_audiodev.status & 0x01) == 0)
     
244.                         {
     
245.                             vTaskDelay(10);
     
246.                         }
     
247.                         else
     
248.                         {
     
249.                             break;
     
250.                         }
     
251.                     }
     
252. 
     
253.                     /* 退出切换歌曲 */
     
254.                     if (key == KEY2_PRES || key == KEY0_PRES)
     
255.                     {
     
256.                         res = key;
     
257.                         break;
     
258.                     }
     
259.                 }
     
260.                 audio_stop();
     
261.             }
     
262.             else
     
263.             {
     
264.                 res = 0xFF;
     
265.             }
     
266.         }
     
267.         else
     
268.         {
     
269.             res = 0xFF;
     
270.         }
     
271.     }
     
272.     else
     
273.     {
     
274.         res = 0xFF;
     
275.     }
     
276.    
     
277.     /* 释放内存 */
     
278.     free(g_audiodev.tbuf);
     
279.    
     
280.     /* 释放内存 */
     
281.     free(g_audiodev.file);
     
282.    
     
283.     return res;
     
284. }

复制代码

       以上代码中，wav_decode_init函数，用来对wav音频文件进行解析，得到wav的详细信息（音频采样率，位数，数据流起始位置等）；wav_play_song函数，是播放WAV最终执行的函数，该函数解析完WAV文件后，设置ES8388和I²S的参数（采样率，位数等），然后不断填充数据，实现WAV播放，该函数中还进行了按键检测，实现上下曲切换和暂停/播放等操作。

       4，audioplay驱动
       这部分我们需要根据ES8388推荐的初始化顺序时行配置。我们需要借助SD卡和文件系统把我们需要播放的歌曲传给ES8388播放。我们在User目录下新建一个《APP》文件夹，同时在该目录下新建audioplay.c和audioplay.h并加入到工程。
       首先判断音乐文件类型，符合条件的再把相应的文件数据发送给ES8388，我们在FATFS的扩展文件中已经实现了判断文件类型这个功能，在图片显示实验也演示了这部分代码的使用，我们把这个功能封装成了audio_get_tnum()函数，这部分参考我们光盘源码即可。接下来我们来分析一下audio play()和audio_play_song ()函数，实现播放歌曲的功能，代码如下：

1. /**
   
2. * @brief       播放音乐
   
3. * @param       无
   
4. * @retval      无
   
5. */
   
6. void audio_play(void)
   
7. {
   
8.     uint8_t res;
   
9.    
   
10.     /* 目录 */
    
11.     FF_DIR wavdir;
    
12.    
    
13.     /* 文件信息 */
    
14.     FILINFO *wavfileinfo;
    
15.    
    
16.     /* 带路径的文件名 */
    
17.     uint8_t *pname;
    
18.    
    
19.     /* 音乐文件总数 */
    
20.     uint16_t totwavnum;
    
21.    
    
22.     /* 当前索引 */
    
23.     uint16_t curindex;
    
24.    
    
25.     /* 键值 */
    
26.     uint8_t key;
    
27.     uint32_t temp;
    
28.    
    
29.     /* 音乐offset索引表 */
    
30.     uint32_t *wavoffsettbl;
    
31. 
    
32.     /* 开启DAC关闭ADC */
    
33.     es8388_adda_cfg(1, 0);
    
34.    
    
35.     /* DAC选择通道1输出 */
    
36.     es8388_output_cfg(1, 1);
    
37. 
    
38.     /* 打开音乐文件夹 */
    
39.     while (f_opendir(&wavdir, "0:/MUSIC"))
    
40.     {
    
41.         text_show_string(30, 190, 240, 16, "MUSIC文件夹错误!", 16, 0, BLUE);
    
42.         vTaskDelay(200);
    
43.         
    
44.         /* 清除显示 */
    
45.         lcd_fill(30, 190, 240, 206, WHITE);
    
46.         vTaskDelay(200);
    
47.     }
    
48. 
    
49.     /* 得到总有效文件数 */
    
50.     totwavnum = audio_get_tnum((uint8_t *)"0:/MUSIC");
    
51.    
    
52.     /* 音乐文件总数为0 */
    
53.     while (totwavnum == NULL)
    
54.     {
    
55.         text_show_string(30, 190, 240, 16, "没有音乐文件!", 16, 0, BLUE);
    
56.         vTaskDelay(200);
    
57.         
    
58.         /* 清除显示 */
    
59.         lcd_fill(30, 190, 240, 146, WHITE);
    
60.         vTaskDelay(200);
    
61.     }
    
62.    
    
63.     /* 申请内存 */
    
64.     wavfileinfo = (FILINFO*)malloc(sizeof(FILINFO));
    
65.    
    
66.     /* 为带路径的文件名分配内存 */
    
67.     pname = malloc(255 * 2 + 1);
    
68.    
    
69.     /* 申请4*totwavnum个字节的内存,用于存放音乐文件off block索引 */
    
70.     wavoffsettbl = malloc(4 * totwavnum);
    
71.    
    
72.     /* 内存分配出错 */
    
73.     while (!wavfileinfo || !pname || !wavoffsettbl)
    
74.     {
    
75.         text_show_string(30, 190, 240, 16, "内存分配失败!", 16, 0, BLUE);
    
76.         vTaskDelay(200);
    
77.         
    
78.         /* 清除显示 */
    
79.         lcd_fill(30, 190, 240, 146, WHITE);
    
80.         vTaskDelay(200);
    
81.     }
    
82.    
    
83.     /* 记录索引,打开目录 */
    
84.     res = f_opendir(&wavdir, "0:/MUSIC");
    
85.    
    
86.     if (res == FR_OK)
    
87.     {
    
88.         /* 当前索引为0 */
    
89.         curindex = 0;
    
90.         
    
91.         /* 全部查询一遍 */
    
92.         while (1)
    
93.         {
    
94.             /* 记录当前index */
    
95.             temp = wavdir.dptr;
    
96. 
    
97.             /* 读取目录下的一个文件 */
    
98.             res = f_readdir(&wavdir, wavfileinfo);
    
99.             
    
100.             if ((res != FR_OK) || (wavfileinfo->fname[0] == 0))
     
101.             {
     
102.                 break;  /* 错误了/到末尾了,退出 */
     
103.             }
     
104. 
     
105.             res = exfuns_file_type(wavfileinfo->fname);
     
106.             
     
107.             /* 取高四位,看看是不是音乐文件 */
     
108.             if ((res & 0xF0) == 0x40)
     
109.             {
     
110.                 /* 记录索引 */
     
111.                 wavoffsettbl[curindex] = temp;
     
112.                 curindex++;
     
113.             }
     
114.         }
     
115.     }
     
116.    
     
117.     /* 从0开始显示 */
     
118.     curindex = 0;
     
119.    
     
120.     /* 打开目录 */
     
121.     res = f_opendir(&wavdir, (const TCHAR*)"0:/MUSIC");
     
122.    
     
123.     /* 打开成功 */
     
124.     while (res == FR_OK)
     
125.     {
     
126.         /* 改变当前目录索引 */
     
127.         dir_sdi(&wavdir, wavoffsettbl[curindex]);
     
128.         
     
129.         /* 读取目录下的一个文件 */
     
130.         res = f_readdir(&wavdir, wavfileinfo);
     
131.         
     
132.         if ((res != FR_OK) || (wavfileinfo->fname[0] == 0))
     
133.         {
     
134.             /* 错误了/到末尾了,退出 */
     
135.             break;
     
136.         }
     
137.         
     
138.         /* 复制路径(目录) */
     
139.         strcpy((char *)pname, "0:/MUSIC/");
     
140.         
     
141.         /* 将文件名接在后面 */
     
142.         strcat((char *)pname, (const char *)wavfileinfo->fname);
     
143.         
     
144.         /* 清除之前的显示 */
     
145.         lcd_fill(30, 190, lcd_self.width - 1, 190 + 16, WHITE);
     
146.         audio_index_show(curindex + 1, totwavnum);
     
147.         
     
148.         /* 显示歌曲名字 */
     
149.         text_show_string(30, 190, lcd_self.width - 60, 16,
     
150.                                             (char *)wavfileinfo->fname, 16, 0, BLUE);
     
151.         
     
152.         /* 播放这个音频文件 */
     
153.         key = audio_play_song(pname);
     
154.         
     
155.         /* 上一曲 */
     
156.         if (key == KEY2_PRES)
     
157.         {
     
158.             if (curindex)
     
159.             {
     
160.                 curindex--;
     
161.             }
     
162.             else
     
163.             {
     
164.                 curindex = totwavnum - 1;
     
165.             }
     
166.         }
     
167.         
     
168.         /* 下一曲 */
     
169.         else if (key == KEY0_PRES)
     
170.         {
     
171.             curindex++;
     
172. 
     
173.             if (curindex >= totwavnum)
     
174.             {
     
175.                 /* 到末尾的时候,自动从头开始 */
     
176.                 curindex = 0;
     
177.             }
     
178.         }
     
179.         else
     
180.         {
     
181.             break;  /* 产生了错误 */
     
182.         }
     
183.     }
     
184. 
     
185.     /* 释放内存 */
     
186.     free(wavfileinfo);
     
187.    
     
188.     /* 释放内存 */
     
189.     free(pname);
     
190.    
     
191.     /* 释放内存 */
     
192.     free(wavoffsettbl);
     
193. }
     
194. 
     
195. /**
     
196. * @brief       播放某个音频文件
     
197. * @param       fname : 文件名
     
198. * @retval      按键值
     
199. * @arg         KEY0_PRES , 下一曲.
     
200. * @arg         KEY2_PRES , 上一曲.
     
201. * @arg         其他 , 错误
     
202. */
     
203. uint8_t audio_play_song(uint8_t *fname)
     
204. {
     
205.     uint8_t res;  
     
206.    
     
207.     res = exfuns_file_type((char *)fname);
     
208. 
     
209.     switch (res)
     
210.     {
     
211.         case T_WAV:
     
212.             res = wav_play_song(fname);
     
213.             break;
     
214.         case T_MP3:
     
215.             /* 自行实现 */
     
216.             break;
     
217. 
     
218.         default:            /* 其他文件,自动跳转到下一曲 */
     
219.             printf("can't play:%s\r\n", fname);
     
220.             res = KEY0_PRES;
     
221.             break;
     
222.     }
     
223.     return res;
     
224. }

复制代码

       这里，audio_play函数在main函数里面被调用，该函数首先设置ES8388相关配置，然后查找SD卡里面的MUSIC文件夹，并统计该文件夹里面总共有多少音频文件（统计包括：WAV/MP3/APE/FLAC等），然后，该函数调用audio_play_song函数，按顺序播放这些音频文件。
       在audio_play_song函数里面，通过判断文件类型，调用不同的解码函数，本章，支持WAV文件，通过wav_play_song函数实现WAV解码。

       41.3.4 CMakeLists.txt文件
       打开本实验BSP下的CMakeLists.txt文件，其内容如下所示：

1. set(src_dirs
   
2.             IIC
   
3.             LCD
   
4.             LED
   
5.             SDIO
   
6.             SPI
   
7.             XL9555
   
8.             ES8388
   
9.             I2S)
   
10. 
    
11. set(include_dirs
    
12.             IIC
    
13.             LCD
    
14.             LED
    
15.             SDIO
    
16.             SPI
    
17.             XL9555
    
18.             ES8388
    
19.             I2S)
    
20. 
    
21. set(requires
    
22.             driver
    
23.             fatfs)
    
24. 
    
25. idf_component_register(SRC_DIRS ${src_dirs}
    
26. INCLUDE_DIRS ${include_dirs} REQUIRES ${requires})
    
27. 
    
28. component_compile_options(-ffast-math -O3 -Wno-error=format=-Wno-format)

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       上述的红色I2C、ES8388驱动需要由开发者自行添加，以确保音频播放驱动能够顺利集成到构建系统中。这一步骤是必不可少的，它确保了音频播放驱动的正确性和可用性，为后续的开发工作提供了坚实的基础。
       打开本实验main文件下的CMakeLists.txt文件，其内容如下所示：

1. idf_component_register(
   
2.     SRC_DIRS
   
3.         "."
   
4.         "APP"
   
5.     INCLUDE_DIRS
   
6.         "."
   
7.         "APP")

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       上述的红色APP驱动需要由开发者自行添加，在此便不做赘述了。

       41.3.5 实验应用代码
       打开main/main.c文件，该文件定义了工程入口函数，名为app_main。该函数代码如下。

1. i2c_obj_t i2c0_master;
   
2. 
   
3. /**
   
4. * @brief       程序入口
   
5. * @param       无
   
6. * @retval      无
   
7. */
   
8. void app_main(void)
   
9. {
   
10.     esp_err_t ret;
    
11.     uint8_t key = 0;
    
12. 
    
13.     /* 初始化NVS */
    
14.     ret = nvs_flash_init();
    
15. 
    
16. if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES ||
    
17. ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND)
    
18.     {
    
19.         ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
    
20.         ret = nvs_flash_init();
    
21.     }
    
22. 
    
23.     /* 初始化LED */
    
24.     led_init();
    
25.    
    
26.     /* 初始化IIC0 */
    
27.     i2c0_master = iic_init(I2C_NUM_0);
    
28.    
    
29.     /* 初始化SPI */
    
30.     spi2_init();
    
31.    
    
32.     /* 初始化IO扩展芯片 */  
    
33.     xl9555_init(i2c0_master);
    
34.    
    
35.     /* 初始化LCD */
    
36.     lcd_init();
    
37.    
    
38.     /* ES8388初始化 */
    
39.     es8388_init(i2c0_master);
    
40.    
    
41.     /* 开启DAC关闭ADC */
    
42.     es8388_adda_cfg(1, 0);
    
43.     es8388_input_cfg(0);
    
44.    
    
45.     /* DAC选择通道输出 */
    
46.     es8388_output_cfg(1, 1);
    
47.    
    
48.     /* 设置耳机音量 */
    
49.     es8388_hpvol_set(20);
    
50.    
    
51.     /* 设置喇叭音量 */
    
52.     es8388_spkvol_set(20);
    
53.    
    
54.     /* 打开喇叭 */
    
55.     xl9555_pin_write(SPK_EN_IO,0);
    
56.    
    
57.     /* I2S初始化 */
    
58.     i2s_init();
    
59.    
    
60.     /* 检测不到SD卡 */
    
61.     while (sd_spi_init())
    
62.     {
    
63.         lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "SD Card Error!", RED);
    
64.         vTaskDelay(500);
    
65.         lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "Please Check! ", RED);
    
66.         vTaskDelay(500);
    
67.     }
    
68.    
    
69.     /* 检查字库 */
    
70.     while (fonts_init())
    
71.     {
    
72.         /* 清屏 */
    
73.         lcd_clear(WHITE);
    
74.         lcd_show_string(30, 30, 200, 16, 16, "ESP32-S3", RED);
    
75.         
    
76.         /* 更新字库 */
    
77.         key = fonts_update_font(30, 50, 16, (uint8_t *)"0:", RED);
    
78. 
    
79.         /* 更新失败 */
    
80.         while (key)
    
81.         {
    
82.             lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "Font Update Failed!", RED);
    
83.             vTaskDelay(200);
    
84.             lcd_fill(20, 50, 200 + 20, 90 + 16, WHITE);
    
85.             vTaskDelay(200);
    
86.         }
    
87. 
    
88.         lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "Font Update Success!   ", RED);
    
89.         vTaskDelay(1500);
    
90.         
    
91.         /* 清屏 */
    
92.         lcd_clear(WHITE);
    
93.     }
    
94. 
    
95.     /* 为fatfs相关变量申请内存 */
    
96.     ret = exfuns_init();
    
97.    
    
98.     /* 实验信息显示延时 */
    
99.     vTaskDelay(500);
    
100.     text_show_string(30, 50, 200, 16, "正点原子ESP32开发板",16,0, RED);
     
101.     text_show_string(30, 70, 200, 16, "音乐播放器 实验", 16, 0, RED);
     
102.     text_show_string(30, 90, 200, 16, "正点原子@ALIENTEK", 16, 0, RED);
     
103.     text_show_string(30, 110, 200, 16, "KEY0:NEXT   KEY2:PREV", 16, 0, RED);
     
104.     text_show_string(30, 130, 200, 16, "KEY3:PAUSE/PLAY", 16, 0, RED);
     
105. 
     
106.     while (1)
     
107.     {
     
108.         /* 播放音乐 */
     
109.         audio_play();
     
110.     }
     
111. }

复制代码

       到这里本实验的代码基本就编写完成了，我们准备好音乐文件放到SD卡根目录下的《MUSIC》夹下测试本实验的代码。

       41.4 下载验证
       在代码编译成功之后，我们下载代码到开发板上，程序先执行字库检测，然后当检测到SD卡根目录的MUSIC文件夹有音频文件（WAV格式音频）的时候，就开始自动播放歌曲了，如图41.4.1所示：

图41.4.1音乐播放中

       从上图可以看出，总共1首歌曲，当前正在播放第1首歌曲，歌曲名、播放时间、总时长、码率等也都有显示。此时LED会随着音乐的播放而闪烁。
       此时我们便可以听到开发板板载喇叭播放出来的音乐了，也可以在开发板的PHONE端子插入耳机来听歌。同时，我们可以通过按KEY0和KEY2来切换下一曲和上一曲，通过KEY_UP暂停和继续播放。