【技術干貨】原來ARM+Linux音頻方案如此簡單！

  嵌入式產品開發中經常遇到音頻的輸入輸出問題，如何為其添加“喇叭”、“麥克風”設備呢？本文將簡單介紹ARM+Linux產品中的音頻解決方案。

  我們先認識下I2S（Inter-IC Sound）總線。I2S又稱集成電路內置音頻總線，該總線專門用于音頻設備之間的數據傳輸，廣泛應用于各種多媒體系統。它采用了沿獨立的導線傳輸時鐘與數據信號的設計，通過將數據和時鐘信號分離，有效避免因時差誘發的失真。

  以HDG2L-IoT評估套件為例，RZ/G2L處理器提供至少一路I2S總線，通過該總線與音頻編解碼芯片（IC型號WM8960）連接，用于提供高質量的錄音播音功能。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系統的音頻編解碼驅動中，通過I2C通訊接口與音頻IC通訊，把音頻IC內的各個功能寄存器抽象成音頻控件，這樣用戶即可在User空間內直接調整IC內的參數。I2S音頻引腳，則是數字信號發送、接收的通道。

播音時，音頻IC接收到數字信號后則轉換為模擬信號發送出去，錄音時，音頻IC把收到的音頻模擬量轉換為數字量，發送給處理器。

  ALSA是linux的主流音頻體系結構，它包含內核驅動集合， API 庫和工具對 Linux 聲音進行支持，應用程序只要調用alsa-lib提供的API，即可以完成對底層音頻硬件的控制。

  Linux通過alsa庫以及alsa工具管理音頻IC的控件，通過“amixer controls”列出當前系統內的音頻控制項： 

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

  在開發板下，運行aplay程序可以對音頻播放進行測試。在測試前，需要將耳機插入開發板的耳機插孔中。

為測試基于I2S的音頻輸出接口，在命令行下執行如下命令：

  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。

在進行音頻播放時，對于基于I2S的音頻輸出接口，可以使用amixer程序對音量進行調節。使用amixer程序對耳機播放音量進行調節的命令行格式為：

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

  將揚聲器接入HDG2L-IOT開發板的左右聲道插座中，在播放音頻前可先設置揚聲器播放音量以及總音量，然后播放音頻文件：

  錄音功能需設置錄音控件的參數，如下所示。

  用arecord命令錄音并保存為“/tmp/t.wav”，然后用aplay命令回放進行驗證。

  由于當前的麥克風輸出信號僅接到了音頻處理的Left端作為輸入，所以播放錄音文件時僅左聲道有輸出，若希望將麥克風輸出信號同時記錄在左右聲道可做如下設置：

  將“ADC Data Output Select”設定為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系統中以控件的形式存在，內部的參數一般只記錄在內存中，當系統掉電時，修改的參數就會消失，所以需要保存和恢復指令將上次的參數保存在配置文件中。

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

  控件修改后的寫入操作如下所示。

  控件恢復參數的操作如下所示（注：重啟板子后會自動讀取配置文件）。