mirror
/
esp-idf
kopia lustrzana https://github.com/espressif/esp-idf
1
0
Forkuj 0
Kod Zgłoszenia Projekty Wydania Wiki Aktywność
esp-idf/docs/zh_CN/api-reference/peripherals/i2s.rst

1073 wiersze
60 KiB
ReStructuredText
Czysty Wina Historia

This file contains ambiguous Unicode characters!

This file contains ambiguous Unicode characters that may be confused with others in your current locale. If your use case is intentional and legitimate, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to highlight these characters.

I2S
===
:link_to_translation:`en:[English]`
{IDF_TARGET_I2S_NUM:default="1", esp32="2", esp32s3="2"}
简介
----
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，通常用于在两个数字音频设备之间传输音频数据。
{IDF_TARGET_NAME} 包含 {IDF_TARGET_I2S_NUM} 个 I2S 外设。通过配置这些外设，可以借助 I2S 驱动来输入和输出采样数据。
标准或 TDM 通信模式下的 I2S 总线包含以下几条线路：
- **MCLK**：主时钟线。该信号线可选，具体取决于从机，主要用于向 I2S 从机提供参考时钟。
- **BCLK**：位时钟线。用于数据线的位时钟。
- **WS**：字（声道）选择线。通常用于识别声道（除 PDM 模式外）。
- **DIN/DOUT**：串行数据输入/输出线。如果 DIN 和 DOUT 被配置到相同的 GPIO，数据将在内部回环。
.. only:: SOC_I2S_SUPPORTS_PDM_TX or SOC_I2S_SUPPORTS_PDM_RX
PDM 通信模式下的 I2S 总线包含以下几条线路：
- **CLK**：PDM 时钟线。
- **DIN/DOUT**：串行数据输入/输出线。
每个 I2S 控制器都具备以下功能，可由 I2S 驱动进行配置：
- 可用作系统主机或从机
- 可用作发射器或接收器
- DMA 控制器支持流数据采样，CPU 无需单独复制每个采样数据
.. only:: SOC_I2S_HW_VERSION_1
每个控制器都支持 RX 或 TX 单工通信。由于 RX 与 TX 通道共用一个时钟，因此只有在两者拥有相同配置时，才可以实现全双工通信。
.. only:: SOC_I2S_HW_VERSION_2
每个控制器都有独立的 RX 和 TX 通道，连接到不同 GPIO 管脚，能够在不同的时钟和声道配置下工作。注意，尽管在一个控制器上 TX 通道和 RX 通道的内部 MCLK 相互独立，但输出的 MCLK 信号只能连接到一个通道。如果需要两个互相独立的 MCLK 输出，必须将其分配到不同的 I2S 控制器上。
I2S 文件结构
------------
.. figure:: ../../../_static/diagrams/i2s/i2s_file_structure.png
:align: center
:alt: I2S 文件结构
I2S 文件结构
**需要包含在 I2S 应用中的公共头文件如下所示：**
- ``i2s.h``：提供原有 I2S API（用于使用原有驱动的应用）。
- ``i2s_std.h``：提供标准通信模式的 API（用于使用标准模式的新驱动程序的应用）。
- ``i2s_pdm.h``：提供 PDM 通信模式的 API（用于使用 PDM 模式的新驱动程序的应用）。
- ``i2s_tdm.h``：提供 TDM 通信模式的 API（用于使用 TDM 模式的新驱动的应用）。
.. note::
原有驱动与新驱动无法共存。包含 ``i2s.h`` 以使用原有驱动，或包含其他三个头文件以使用新驱动。原有驱动未来可能会被删除。
**已包含在上述头文件中的公共头文件如下所示：**
- ``i2s_types_legacy.h``：提供只在原有驱动中使用的原有公共类型。
- ``i2s_types.h``：提供公共类型。
- ``i2s_common.h``：提供所有通信模式通用的 API。
I2S 时钟
--------
时钟源
^^^^^^
- :cpp:enumerator:`i2s_clock_src_t::I2S_CLK_SRC_DEFAULT`：默认 PLL 时钟。
.. only:: not esp32h2
- :cpp:enumerator:`i2s_clock_src_t::I2S_CLK_SRC_PLL_160M`：160 MHz PLL 时钟。
.. only:: esp32h2
- :cpp:enumerator:`i2s_clock_src_t::I2S_CLK_SRC_PLL_96M`：96 MHz PLL 时钟。
.. only:: SOC_I2S_SUPPORTS_APLL
- :cpp:enumerator:`i2s_clock_src_t::I2S_CLK_SRC_APLL`：音频 PLL 时钟，在高采样率应用中比 ``I2S_CLK_SRC_PLL_160M`` 更精确。其频率可根据采样率进行配置，但如果 APLL 已经被 EMAC 或其他通道占用，则无法更改 APLL 频率，驱动程序将尝试在原有 APLL 频率下工作。如果原有 APLL 频率无法满足 I2S 的需求，时钟配置将失败。
时钟术语
^^^^^^^^
- **采样率**：单声道每秒采样数据数量。
- **SCLK**：源时钟频率，即时钟源的频率。
- **MCLK**：主时钟频率，BCLK 由其产生。MCLK 信号通常作为参考时钟，用于同步 I2S 主机和从机之间的 BCLK 和 WS。
- **BCLK**：位时钟频率，一个 BCLK 时钟周期代表数据管脚上的一个数据位。通过 :cpp:member:`i2s_std_slot_config_t::slot_bit_width` 配置的通道位宽即为一个声道中的 BCLK 时钟周期数量，因此一个声道中可以有 8/16/24/32 个 BCLK 时钟周期。
- **LRCK** / **WS**：左/右时钟或字选择时钟。在非 PDM 模式下，其频率等于采样率。
.. note::
通常，MCLK 应该同时是 ``采样率`` 和 BCLK 的倍数。字段 :cpp:member:`i2s_std_clk_config_t::mclk_multiple` 表示 MCLK 相对于 ``采样率`` 的倍数。在大多数情况下，将其设置为 ``I2S_MCLK_MULTIPLE_256`` 即可。但如果 ``slot_bit_width`` 被设置为 ``I2S_SLOT_BIT_WIDTH_24BIT``，为了保证 MCLK 是 BCLK 的整数倍，应该将 :cpp:member:`i2s_std_clk_config_t::mclk_multiple` 设置为能被 3 整除的倍数，如 ``I2S_MCLK_MULTIPLE_384``，否则 WS 会不精准。
.. _i2s-communication-mode:
I2S 通信模式
------------
模式概览
^^^^^^^^
========= ======== ======== ======== ======== ======== ==========
芯片 I2S 标准 PDM TX PDM RX TDM ADC/DAC LCD/摄像头
========= ======== ======== ======== ======== ======== ==========
ESP32 I2S 0/1 I2S 0 I2S 0 无 I2S 0 I2S 0
ESP32-S2 I2S 0 无 无 无 无 I2S 0
ESP32-C3 I2S 0 I2S 0 无 I2S 0 无 无
ESP32-C6 I2S 0 I2S 0 无 I2S 0 无 无
ESP32-S3 I2S 0/1 I2S 0 I2S 0 I2S 0/1 无 无
ESP32-H2 I2S 0 I2S 0 无 I2S 0 无 无
========= ======== ======== ======== ======== ======== ==========
标准模式
^^^^^^^^
标准模式中有且仅有左右两个声道，驱动中将声道称为 slot。这些声道可以支持 8/16/24/32 位宽的采样数据，声道的通信格式主要包括以下几种：
- **Philips 格式**：数据信号与 WS 信号相比有一个位的位移。WS 信号的占空比为 50%。
.. wavedrom:: /../_static/diagrams/i2s/std_philips.json
- **MSB 格式**：与 Philips 格式基本相同，但其数据没有位移。
.. wavedrom:: /../_static/diagrams/i2s/std_msb.json
- **PCM 帧同步**：数据有一个位的位移，同时 WS 信号变成脉冲，持续一个 BCLK 周期。
.. wavedrom:: /../_static/diagrams/i2s/std_pcm.json
.. only:: SOC_I2S_SUPPORTS_PDM_TX
PDM 模式 (TX)
^^^^^^^^^^^^^
在 PDM（Pulse-density Modulation，脉冲密度调制）模式下，TX 通道可以将 PCM 数据转换为 PDM 格式，该格式始终有左右两个声道。PDM TX 只在 I2S0 中受支持，且只支持 16 位宽的采样数据。PDM TX 至少需要一个 CLK 管脚用于时钟信号，一个 DOUT 管脚用于数据信号（即下图中的 WS 和 SD 信号。BCK 信号为内部位采样时钟，在 PDM 设备之间不需要）。PDM 模式允许用户配置上采样参数 :cpp:member:`i2s_pdm_tx_clk_config_t::up_sample_fp` 和 :cpp:member:`i2s_pdm_tx_clk_config_t::up_sample_fs`，上采样率可以通过公式 ``up_sample_rate = i2s_pdm_tx_clk_config_t::up_sample_fp / i2s_pdm_tx_clk_config_t::up_sample_fs`` 来计算。在 PDM TX 中有以下两种上采样模式：
- **固定时钟频率模式**：在这种模式下，上采样率将根据采样率的变化而变化。设置 ``fp = 960``、 ``fs = sample_rate / 100``，则 CLK 管脚上的时钟频率 (Fpdm) 将固定为 ``128 * 48 KHz = 6.144 MHz``。注意此频率不等于采样率 (Fpcm)。
- **固定上采样率模式**：在这种模式下，上采样率固定为 2。设置 ``fp = 960``、 ``fs = 480``，则 CLK 管脚上的时钟频率 (Fpdm) 将为 ``128 * sample_rate``。
.. wavedrom:: /../_static/diagrams/i2s/pdm.json
.. only:: SOC_I2S_SUPPORTS_PDM_RX
PDM 模式 (RX)
^^^^^^^^^^^^^
在 PDM（Pulse-density Modulation，脉冲密度调制）模式下，RX 通道可以接收 PDM 格式的数据并将数据转换成 PCM 格式。PDM RX 只在 I2S0 中受支持，且只支持 16 位宽的采样数据。PDM RX 至少需要一个 CLK 管脚用于时钟信号，一个 DIN 管脚用于数据信号。此模式允许用户配置下采样参数 :cpp:member:`i2s_pdm_rx_clk_config_t::dn_sample_mode`。在 PDM RX 中有以下两种下采样模式：
- :cpp:enumerator:`i2s_pdm_dsr_t::I2S_PDM_DSR_8S`：在这种模式下，WS 管脚的时钟频率 (Fpdm) 将为 ``sample_rate (Fpcm) * 64``。
- :cpp:enumerator:`i2s_pdm_dsr_t::I2S_PDM_DSR_16S`： 在这种模式下，WS 管脚的时钟频率 (Fpdm) 将为 ``sample_rate (Fpcm) * 128``。
.. only:: SOC_I2S_SUPPORTS_TDM
TDM 模式
^^^^^^^^
TDM（Time Division Multiplexing，时分多路复用）模式最多支持 16 个声道，可通过 :cpp:member:`i2s_tdm_slot_config_t::slot_mask` 启用通道。
.. only:: SOC_I2S_TDM_FULL_DATA_WIDTH
该模式下无论启用多少声道，都支持任意数据位宽，也即一个帧中最多可以有 ``32 位宽 * 16 个声道 = 512 位`` 的数据。
.. only:: not SOC_I2S_TDM_FULL_DATA_WIDTH
但由于硬件限制，声道设置为 32 位宽时最多只能支持 4 个声道，16 位宽时最多只能支持 8 个声道，8 位宽时最多只能支持 16 个声道。TDM 的声道通信格式与标准模式基本相同，但有一些细微差别。
- **Philips 格式**：数据信号与 WS 信号相比有一个位的位移。无论一帧中包含多少个声道，WS 信号的占空比将始终保持为 50%。
.. wavedrom:: /../_static/diagrams/i2s/tdm_philips.json
- **MSB 格式**：与 Philips 格式基本相同，但数据没有位移。
.. wavedrom:: /../_static/diagrams/i2s/tdm_msb.json
- **PCM 短帧同步**：数据有一个位的位移，同时 WS 信号变为脉冲，每帧持续一个 BCLK 周期。
.. wavedrom:: /../_static/diagrams/i2s/tdm_pcm_short.json
- **PCM 长帧同步**：数据有一个位的位移，同时 WS 信号将在每一帧持续一个声道的宽度。例如，如果启用了四个声道，那么 WS 的占空比将是 25%，如果启用了五个声道，则为 20%。
.. wavedrom:: /../_static/diagrams/i2s/tdm_pcm_long.json
.. only:: SOC_I2S_SUPPORTS_LCD_CAMERA
LCD/摄像头模式
^^^^^^^^^^^^^^^
LCD/摄像头模式只支持在 I2S0 上通过并行总线运行。在 LCD 模式下，I2S0 应当设置为主机 TX 模式；在摄像头模式下，I2S0 应当设置为从机 RX 模式。这两种模式不是由 I2S 驱动实现的，关于 LCD 模式的实现，请参阅 :doc:`/api-reference/peripherals/lcd`。更多信息请参考 *{IDF_TARGET_NAME} 技术参考手册* > *I2S 控制器 (I2S)* > LCD 模式 [`PDF <{IDF_TARGET_TRM_EN_URL}#camlcdctrl>`__]。
.. only:: SOC_I2S_SUPPORTS_ADC_DAC
ADC/DAC 模式
^^^^^^^^^^^^^
仅 ESP32 支持在 I2S0 上运行 ADC 和 DAC 模式。实际上，ADC 和 DAC 模式是 LCD/摄像头模式的两个子模式。I2S0 可以直接路由到内部模数转换器 (ADC) 和数模转换器 (DAC)，也即 ADC 和 DAC 外设可以通过 I2S0 的 DMA 连续读取或写入数据。由于 ADC 和 DAC 并非通信模式，因此并没有在 I2S 驱动中实现。
功能概览
--------
I2S 驱动提供以下服务：
资源管理
^^^^^^^^
I2S 驱动中的资源可分为三个级别：
- ``平台级资源``：当前芯片中所有 I2S 控制器的资源。
- ``控制器级资源``：一个 I2S 控制器的资源。
- ``通道级资源``：一个 I2S 控制器 TX 或 RX 通道的资源。
公开的 API 都是通道级别的 API，通道句柄 :cpp:type:`i2s_chan_handle_t` 可以帮助用户管理特定通道下的资源，而无需考虑其他两个级别的资源。高级别资源为私有资源，由驱动自动管理。用户可以调用 :cpp:func:`i2s_new_channel` 来分配通道句柄，或调用 :cpp:func:`i2s_del_channel` 来删除该句柄。
电源管理
^^^^^^^^
电源管理启用（即开启 :ref:`CONFIG_PM_ENABLE`）时，系统将在进入 Light-sleep 前调整或停止 I2S 时钟源，这可能会影响 I2S 信号，从而导致传输或接收的数据无效。
I2S 驱动可以获取电源管理锁，从而防止系统设置更改或时钟源被禁用。时钟源为 APB 时，锁的类型将被设置为 :cpp:enumerator:`esp_pm_lock_type_t::ESP_PM_APB_FREQ_MAX`。时钟源为 APLL（若支持）时，锁的类型将被设置为 :cpp:enumerator:`esp_pm_lock_type_t::ESP_PM_NO_LIGHT_SLEEP`。用户通过 I2S 读写时（即调用 :cpp:func:`i2s_channel_read` 或 :cpp:func:`i2s_channel_write`），驱动程序将获取电源管理锁，并在读写完成后释放锁。
有限状态机
^^^^^^^^^^
I2S 通道有三种状态，分别为 ``registered（已注册）``、 ``ready（准备就绪）`` 和 ``running（运行中）``，它们的关系如下图所示：
.. figure:: ../../../_static/diagrams/i2s/i2s_state_machine.png
:align: center
:alt: I2S 有限状态机
I2S 有限状态机
图中的 ``<mode>`` 可用相应的 I2S 通信模式来代替，如 ``std`` 代表标准的双声道模式。更多关于通信模式的信息，请参考 :ref:`i2s-communication-mode` 小节。
数据传输
^^^^^^^^
I2S 的数据传输（包括数据发送和接收）由 DMA 实现。在传输数据之前，请调用 :cpp:func:`i2s_channel_enable` 来启用特定的通道。发送或接收的数据达到 DMA 缓冲区的大小时，将触发 ``I2S_OUT_EOF`` 或 ``I2S_IN_SUC_EOF`` 中断。注意，DMA 缓冲区的大小不等于 :cpp:member:`i2s_chan_config_t::dma_frame_num`，这里的一帧是指一个 WS 周期内的所有采样数据。因此， ``dma_buffer_size = dma_frame_num * slot_num * slot_bit_width / 8``。传输数据时，可以调用 :cpp:func:`i2s_channel_write` 来输入数据，并把数据从源缓冲区复制到 DMA TX 缓冲区等待传输完成。此过程将重复进行，直到发送的字节数达到配置的大小。接收数据时，用户可以调用函数 :cpp:func:`i2s_channel_read` 来等待接收包含 DMA 缓冲区地址的消息队列，从而将数据从 DMA RX 缓冲区复制到目标缓冲区。
:cpp:func:`i2s_channel_write` 和 :cpp:func:`i2s_channel_read` 都是阻塞函数，在源缓冲区的数据发送完毕前，或是整个目标缓冲区都被加载数据占用时，它们会一直保持等待状态。在等待时间达到最大阻塞时间时，返回 `ESP_ERR_TIMEOUT` 错误。要实现异步发送或接收数据，可以通过 :cpp:func:`i2s_channel_register_event_callback` 注册回调，随即便可在回调函数中直接访问 DMA 缓冲区，无需通过这两个阻塞函数来发送或接收数据。但请注意，该回调是一个中断回调，不要在该回调中添加复杂的逻辑、进行浮点运算或调用不可重入函数。
配置
^^^^
用户可以通过调用相应函数（即 :func:`i2s_channel_init_std_mode`、 :func:`i2s_channel_init_pdm_rx_mode`、 :func:`i2s_channel_init_pdm_tx_mode` 或 :func:`i2s_channel_init_tdm_mode`）将通道初始化为特定模式。如果初始化后需要更新配置，必须先调用 :cpp:func:`i2s_channel_disable` 以确保通道已经停止运行，然后再调用相应的 'reconfig' 函数，例如 :cpp:func:`i2s_channel_reconfig_std_slot`、 :cpp:func:`i2s_channel_reconfig_std_clock` 和 :cpp:func:`i2s_channel_reconfig_std_gpio`。
IRAM 安全
^^^^^^^^^
默认情况下，由于写入或擦除 flash 等原因导致 cache 被禁用时，I2S 中断将产生延迟，无法及时执行 EOF 中断。
在实时应用中，可通过启用 Kconfig 选项 :ref:`CONFIG_I2S_ISR_IRAM_SAFE` 来避免此种情况发生，启用后：
1. 即使在 cache 被禁用的情况下，中断仍可继续运行。
2. 驱动程序将存放进 DRAM 中（以防其意外映射到 PSRAM 中）。
启用该选项可以保证 cache 禁用时的中断运行，但会相应增加 IRAM 占用。
线程安全
^^^^^^^^
驱动程序可保证所有公开的 I2S API 的线程安全，使用时，可以直接从不同的 RTOS 任务中调用此类 API，无需额外锁保护。注意，I2S 驱动使用 mutex 锁来保证线程安全，因此不允许在 ISR 中使用这些 API。
Kconfig 选项
^^^^^^^^^^^^
- :ref:`CONFIG_I2S_ISR_IRAM_SAFE` 控制默认 ISR 处理程序能否在禁用 cache 的情况下工作。更多信息可参考 `IRAM 安全 <#iram-safe>`__。
- :ref:`CONFIG_I2S_SUPPRESS_DEPRECATE_WARN` 控制是否在使用原有 I2S 驱动时关闭警告信息。
- :ref:`CONFIG_I2S_ENABLE_DEBUG_LOG` 用于启用调试日志输出。启用该选项将增加固件的二进制文件大小。
应用实例
--------
I2S 驱动例程请参考 :example:`peripherals/i2s` 目录。以下为每种模式的简单用法：
标准 TX/RX 模式的应用
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
不同声道的通信格式可通过以下标准模式的辅助宏来生成。如上所述，在标准模式下有三种格式，辅助宏分别为：
- :c:macro:`I2S_STD_PHILIPS_SLOT_DEFAULT_CONFIG`
- :c:macro:`I2S_STD_PCM_SLOT_DEFAULT_CONFIG`
- :c:macro:`I2S_STD_MSB_SLOT_DEFAULT_CONFIG`
时钟配置的辅助宏为：
- :c:macro:`I2S_STD_CLK_DEFAULT_CONFIG`。
请参考 :ref:`i2s-api-reference-i2s_std` 了解 STD API 的相关信息。更多细节请参考 :component_file:`driver/i2s/include/driver/i2s_std.h`。
STD TX 模式
~~~~~~~~~~~~~
以 16 位数据位宽为例，如果 ``uint16_t`` 写缓冲区中的数据如下所示：
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
| 数据 0 | 数据 1 | 数据 2 | 数据 3 | 数据 4 | 数据 5 | 数据 6 | 数据 7 | ... |
+========+========+========+========+========+========+========+========+========+
| 0x0001 | 0x0002 | 0x0003 | 0x0004 | 0x0005 | 0x0006 | 0x0007 | 0x0008 | ... |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
下表展示了在不同 :cpp:member:`i2s_std_slot_config_t::slot_mode` 和 :cpp:member:`i2s_std_slot_config_t::slot_mask` 设置下线路上的真实数据。
.. only:: esp32
+----------------+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| 数据位宽 | 声道模式 | 声道掩码 | WS 低电平| WS 高电平| WS 低电平| WS 高电平| WS 低电平| WS 高电平| WS 低电平| WS 高电平|
+================+===========+===========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+
| | 单声道 | 左 | 0x0002 | 0x0000 | 0x0001 | 0x0000 | 0x0004 | 0x0000 | 0x0003 | 0x0000 |
| 16 位 | +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | | 右 | 0x0000 | 0x0002 | 0x0000 | 0x0001 | 0x0000 | 0x0004 | 0x0000 | 0x0003 |
| | +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | | 左右 | 0x0002 | 0x0002 | 0x0001 | 0x0001 | 0x0004 | 0x0004 | 0x0003 | 0x0003 |
| +-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | 立体声 | 左 | 0x0001 | 0x0001 | 0x0003 | 0x0003 | 0x0005 | 0x0005 | 0x0007 | 0x0007 |
| | +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | | 右 | 0x0002 | 0x0002 | 0x0004 | 0x0004 | 0x0006 | 0x0006 | 0x0008 | 0x0008 |
| | +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | | 左右 | 0x0001 | 0x0002 | 0x0003 | 0x0004 | 0x0005 | 0x0006 | 0x0007 | 0x0008 |
+----------------+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
.. note::
当数据位宽为 32 位时，情况与上表类似，但当位宽为 8 位和 24 位时需要额外注意。数据位宽为 8 时，写入的缓冲区仍应使用 ``uint16_t`` （即以 2 字节对齐），并且只有高 8 位有效，低 8 位将被丢弃；数据位宽为 24 时，缓冲区应该使用 ``uint32_t`` （ 即以 4 字节对齐），并且只有高 24 位有效，低 8 位将被丢弃。
另外，在 8 位宽和 16 位宽单声道模式下，线路上的真实数据顺序会被调换。为了获取正确的数据顺序，写入缓冲区时，每两个字节需要调换一次数据顺序。
.. only:: esp32s2
+----------------+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| 数据位宽 | 声道模式 | 声道掩码 | WS 低电平| WS 高电平| WS 低电平| WS 高电平| WS 低电平| WS 高电平| WS 低电平| WS 高电平|
+================+===========+===========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+
| | 单声道 | 左 | 0x0001 | 0x0000 | 0x0002 | 0x0000 | 0x0003 | 0x0000 | 0x0004 | 0x0000 |
| 16 位 | +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | | 右 | 0x0000 | 0x0001 | 0x0000 | 0x0002 | 0x0000 | 0x0003 | 0x0000 | 0x0004 |
| | +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | | 左右 | 0x0001 | 0x0001 | 0x0002 | 0x0002 | 0x0003 | 0x0003 | 0x0004 | 0x0004 |
| +-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | 立体声 | 左 | 0x0001 | 0x0001 | 0x0003 | 0x0003 | 0x0005 | 0x0005 | 0x0007 | 0x0007 |
| | +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | | 右 | 0x0002 | 0x0002 | 0x0004 | 0x0004 | 0x0006 | 0x0006 | 0x0008 | 0x0008 |
| | +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | | 左右 | 0x0001 | 0x0002 | 0x0003 | 0x0004 | 0x0005 | 0x0006 | 0x0007 | 0x0008 |
+----------------+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
.. note::
数据位宽为 8 位和 32 位时，缓冲区的类型最好为 ``uint8_t`` 和 ``uint32_t``。但需注意，数据位宽为 24 位时，数据缓冲区应该以 3 字节对齐，即每 3 个字节代表一个 24 位数据，另外，:cpp:member:`i2s_chan_config_t::dma_frame_num`、 :cpp:member:`i2s_std_clk_config_t::mclk_multiple` 和写缓冲区的大小应该为 ``3`` 的倍数，否则线路上的数据或采样率可能会不准确。
.. only:: not (esp32 or esp32s2)
+----------------+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| 数据位宽 | 声道模式 | 声道掩码 | WS 低电平| WS 高电平| WS 低电平| WS 高电平| WS 低电平| WS 高电平| WS 低电平| WS 高电平|
+================+===========+===========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+
| | 单声道 | 左 | 0x0001 | 0x0000 | 0x0002 | 0x0000 | 0x0003 | 0x0000 | 0x0004 | 0x0000 |
| 16 位 | +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | | 右 | 0x0000 | 0x0001 | 0x0000 | 0x0002 | 0x0000 | 0x0003 | 0x0000 | 0x0004 |
| | +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | | 左右 | 0x0001 | 0x0001 | 0x0002 | 0x0002 | 0x0003 | 0x0003 | 0x0004 | 0x0004 |
| +-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | 立体声 | 左 | 0x0001 | 0x0000 | 0x0003 | 0x0000 | 0x0005 | 0x0000 | 0x0007 | 0x0000 |
| | +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | | 右 | 0x0000 | 0x0002 | 0x0000 | 0x0004 | 0x0000 | 0x0006 | 0x0000 | 0x0008 |
| | +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | | 左右 | 0x0001 | 0x0002 | 0x0003 | 0x0004 | 0x0005 | 0x0006 | 0x0007 | 0x0008 |
+----------------+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
.. note::
数据位宽为 8 位和 32 位时，缓冲区的类型最好为 ``uint8_t`` 和 ``uint32_t``。但需注意，数据位宽为 24 位时，数据缓冲区应该以 3 字节对齐，即每 3 个字节代表一个 24 位数据，另外，:cpp:member:`i2s_chan_config_t::dma_frame_num`、 :cpp:member:`i2s_std_clk_config_t::mclk_multiple` 和写缓冲区的大小应该为 ``3`` 的倍数，否则线路上的数据或采样率可能会不准确。
.. code-block:: c
#include "driver/i2s_std.h"
#include "driver/gpio.h"
i2s_chan_handle_t tx_handle;
/* 通过辅助宏获取默认的通道配置
* 这个辅助宏在 'i2s_common.h' 中定义，由所有 I2S 通信模式共享
* 它可以帮助指定 I2S 角色和端口 ID */
i2s_chan_config_t chan_cfg = I2S_CHANNEL_DEFAULT_CONFIG(I2S_NUM_AUTO, I2S_ROLE_MASTER);
/* 分配新的 TX 通道并获取该通道的句柄 */
i2s_new_channel(&chan_cfg, &tx_handle, NULL);
/* 进行配置，可以通过宏生成声道配置和时钟配置
* 这两个辅助宏在 'i2s_std.h' 中定义，只能用于 STD 模式
* 它们可以帮助初始化或更新声道和时钟配置 */
i2s_std_config_t std_cfg = {
.clk_cfg = I2S_STD_CLK_DEFAULT_CONFIG(48000),
.slot_cfg = I2S_STD_MSB_SLOT_DEFAULT_CONFIG(I2S_DATA_BIT_WIDTH_32BIT, I2S_SLOT_MODE_STEREO),
.gpio_cfg = {
.mclk = I2S_GPIO_UNUSED,
.bclk = GPIO_NUM_4,
.ws = GPIO_NUM_5,
.dout = GPIO_NUM_18,
.din = I2S_GPIO_UNUSED,
.invert_flags = {
.mclk_inv = false,
.bclk_inv = false,
.ws_inv = false,
},
},
};
/* 初始化通道 */
i2s_channel_init_std_mode(tx_handle, &std_cfg);
/* 在写入数据之前，先启用 TX 通道 */
i2s_channel_enable(tx_handle);
i2s_channel_write(tx_handle, src_buf, bytes_to_write, bytes_written, ticks_to_wait);
/* 如果需要更新声道或时钟配置
* 需要在更新前先禁用通道 */
// i2s_channel_disable(tx_handle);
// std_cfg.slot_cfg.slot_mode = I2S_SLOT_MODE_MONO; // 默认为立体声
// i2s_channel_reconfig_std_slot(tx_handle, &std_cfg.slot_cfg);
// std_cfg.clk_cfg.sample_rate_hz = 96000;
// i2s_channel_reconfig_std_clock(tx_handle, &std_cfg.clk_cfg);
/* 删除通道之前必须先禁用通道 */
i2s_channel_disable(tx_handle);
/* 如果不再需要句柄，删除该句柄以释放通道资源 */
i2s_del_channel(tx_handle);
STD RX 模式
~~~~~~~~~~~~
例如，当数据位宽为 16 时，如线路上的数据如下所示：
+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| WS 低电平| WS 高电平| WS 低电平| WS 高电平| WS 低电平| WS 高电平| WS 低电平| WS 高电平| ... |
+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+
| 0x0001 | 0x0002 | 0x0003 | 0x0004 | 0x0005 | 0x0006 | 0x0007 | 0x0008 | ... |
+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
不同 :cpp:member:`i2s_std_slot_config_t::slot_mode` 和 :cpp:member:`i2s_std_slot_config_t::slot_mask` 配置下缓冲区中收到的数据如下所示。
.. only:: esp32
+----------------+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| 数据位宽 | 声道模式 | 声道掩码 | 数据 0 | 数据 1 | 数据 2 | 数据 3 | 数据 4 | 数据 5 | 数据 6 | 数据 7 |
+================+===========+===========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+
| | 单声道 | 左 | 0x0001 | 0x0000 | 0x0005 | 0x0003 | 0x0009 | 0x0007 | 0x000d | 0x000b |
| | +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| 16 位 | | 右 | 0x0002 | 0x0000 | 0x0006 | 0x0004 | 0x000a | 0x0008 | 0x000e | 0x000c |
| +-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | 立体声 | 任意 | 0x0001 | 0x0002 | 0x0003 | 0x0004 | 0x0005 | 0x0006 | 0x0007 | 0x0008 |
+----------------+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
.. note::
ESP32 上的接收有些复杂。首先，当数据位宽为 8 位或 24 位时，接收的数据仍将以 2 个字节或 4 个字节对齐，这意味着有效数据被放在每两个字节的高 8 位和每四个字节的高 24 位。例如，当线路上的数据是 8 位宽度的 ``0x5A`` 时，接收的数据将是 ``0x5A00``；当数据是 ``0x00 005A`` 时，则收到 ``0x0000 5A00``。其次，在 8 位宽和 16 位宽单声道传输中，缓冲区内每两个数据会进行一次数据翻转，因此可能需要手动将顺序回转，以获取正确的数据顺序。
.. only:: esp32s2
+----------------+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| 数据位宽 | 声道模式 | 声道掩码 | 数据 0 | 数据 1 | 数据 2 | 数据 3 | 数据 4 | 数据 5 | 数据 6 | 数据 7 |
+================+===========+===========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+
| | 单声道 | 左 | 0x0001 | 0x0003 | 0x0005 | 0x0007 | 0x0009 | 0x000b | 0x000d | 0x000f |
| | +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| 16 位 | | 右 | 0x0002 | 0x0004 | 0x0006 | 0x0008 | 0x000a | 0x000c | 0x000e | 0x0010 |
| +-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | 立体声 | 任意 | 0x0001 | 0x0002 | 0x0003 | 0x0004 | 0x0005 | 0x0006 | 0x0007 | 0x0008 |
+----------------+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
.. note::
8 位、24 位和 32 位与 16 位的情况类似，接收缓冲区的数据位宽与线路上的数据位宽相等。此外需注意，数据位宽为 24 位时， :cpp:member:`i2s_chan_config_t::dma_frame_num`、 :cpp:member:`i2s_std_clk_config_t::mclk_multiple` 和接收缓冲区的大小应该为 ``3`` 的倍数，否则线路上的数据或采样率可能会不准确。
.. only:: not (esp32 or esp32s2)
+----------------+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| 数据位宽 | 声道模式 | 声道掩码 | 数据 0 | 数据 1 | 数据 2 | 数据 3 | 数据 4 | 数据 5 | 数据 6 | 数据 7 |
+================+===========+===========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+
| | 单声道 | 左 | 0x0001 | 0x0003 | 0x0005 | 0x0007 | 0x0009 | 0x000b | 0x000d | 0x000f |
| | +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| 16 位 | | 右 | 0x0002 | 0x0004 | 0x0006 | 0x0008 | 0x000a | 0x000c | 0x000e | 0x0010 |
| +-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | 立体声 | 任意 | 0x0001 | 0x0002 | 0x0003 | 0x0004 | 0x0005 | 0x0006 | 0x0007 | 0x0008 |
+----------------+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
.. note::
8 位、24 位和 32 位与 16 位的情况类似，接收缓冲区的数据位宽与线路上的数据位宽相等。此外需注意，数据位宽为 24 位时， :cpp:member:`i2s_chan_config_t::dma_frame_num`、 :cpp:member:`i2s_std_clk_config_t::mclk_multiple` 和接收缓冲区的大小应该为 ``3`` 的倍数，否则线路上的数据或采样率可能会不准确。
.. code-block:: c
#include "driver/i2s_std.h"
#include "driver/gpio.h"
i2s_chan_handle_t rx_handle;
/* 通过辅助宏获取默认的通道配置
* 这个辅助宏在 'i2s_common.h' 中定义，由所有 I2S 通信模式共享
* 它可以帮助指定 I2S 角色和端口 ID */
i2s_chan_config_t chan_cfg = I2S_CHANNEL_DEFAULT_CONFIG(I2S_NUM_AUTO, I2S_ROLE_MASTER);
/* 分配新的 TX 通道并获取该通道的句柄 */
i2s_new_channel(&chan_cfg, NULL, &rx_handle);
/* 进行配置，可以通过宏生成声道配置和时钟配置
* 这两个辅助宏在 'i2s_std.h' 中定义，只能用于 STD 模式
* 它们可以帮助初始化或更新声道和时钟配置 */
i2s_std_config_t std_cfg = {
.clk_cfg = I2S_STD_CLK_DEFAULT_CONFIG(48000),
.slot_cfg = I2S_STD_MSB_SLOT_DEFAULT_CONFIG(I2S_DATA_BIT_WIDTH_32BIT, I2S_SLOT_MODE_STEREO),
.gpio_cfg = {
.mclk = I2S_GPIO_UNUSED,
.bclk = GPIO_NUM_4,
.ws = GPIO_NUM_5,
.dout = I2S_GPIO_UNUSED,
.din = GPIO_NUM_19,
.invert_flags = {
.mclk_inv = false,
.bclk_inv = false,
.ws_inv = false,
},
},
};
/* 初始化通道 */
i2s_channel_init_std_mode(rx_handle, &std_cfg);
/* 在读取数据之前，先启动 RX 通道 */
i2s_channel_enable(rx_handle);
i2s_channel_read(rx_handle, desc_buf, bytes_to_read, bytes_read, ticks_to_wait);
/* 删除通道之前必须先禁用通道 */
i2s_channel_disable(rx_handle);
/* 如果不再需要句柄，删除该句柄以释放通道资源 */
i2s_del_channel(rx_handle);
.. only:: SOC_I2S_SUPPORTS_PDM_TX
PDM TX 模式的应用
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
针对 TX 通道的 PDM 模式，声道配置的辅助宏为：
- :c:macro:`I2S_PDM_TX_SLOT_DEFAULT_CONFIG`
时钟配置的辅助宏为：
- :c:macro:`I2S_PDM_TX_CLK_DEFAULT_CONFIG`
PDM TX API 的相关信息，可参考 :ref:`i2s-api-reference-i2s_pdm`。更多细节请参阅 :component_file:`driver/i2s/include/driver/i2s_pdm.h`。
PDM 数据位宽固定为 16 位。如果 ``int16_t`` 写缓冲区中的数据如下：
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
| 数据 0 | 数据 1 | 数据 2 | 数据 3 | 数据 4 | 数据 5 | 数据 6 | 数据 7 | ... |
+========+========+========+========+========+========+========+========+========+
| 0x0001 | 0x0002 | 0x0003 | 0x0004 | 0x0005 | 0x0006 | 0x0007 | 0x0008 | ... |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
.. only:: esp32
下表展示了不同 :cpp:member:`i2s_pdm_tx_slot_config_t::slot_mode` 和 :cpp:member:`i2s_pdm_tx_slot_config_t::slot_mask` 设置下线路上的真实数据。为方便理解，已将线路上的数据格式由 PDM 转为 PCM。
+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| 声道模式 | 声道掩码 | 左 | 右 | 左 | 右 | 左 | 右 | 左 | 右 |
+===========+===========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+
| 单声道 | 左 | 0x0001 | 0x0000 | 0x0002 | 0x0000 | 0x0003 | 0x0000 | 0x0004 | 0x0000 |
| +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | 右 | 0x0000 | 0x0001 | 0x0000 | 0x0002 | 0x0000 | 0x0003 | 0x0000 | 0x0004 |
| +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | 左右 | 0x0001 | 0x0001 | 0x0002 | 0x0002 | 0x0003 | 0x0003 | 0x0004 | 0x0004 |
+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| 立体声 | 左 | 0x0001 | 0x0001 | 0x0003 | 0x0003 | 0x0005 | 0x0005 | 0x0007 | 0x0007 |
| +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | 右 | 0x0002 | 0x0002 | 0x0004 | 0x0004 | 0x0006 | 0x0006 | 0x0008 | 0x0008 |
| +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | 左右 | 0x0001 | 0x0002 | 0x0003 | 0x0004 | 0x0005 | 0x0006 | 0x0007 | 0x0008 |
+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
.. only:: not esp32
下表展示了不同 :cpp:member:`i2s_pdm_tx_slot_config_t::slot_mode` 和 :cpp:member:`i2s_pdm_tx_slot_config_t::slot_mask` 设置下线路上的真实数据。为方便理解，已将线路上的数据格式由 PDM 转为 PCM。
+----------------+-----------+------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
| 线路模式 | 声道模式 | 线路 | 左 | 右 | 左 | 右 | 左 | 右 | 左 | 右 |
+================+===========+======+========+========+========+========+========+========+========+========+
| | 单声道 | dout | 0x0001 | 0x0000 | 0x0002 | 0x0000 | 0x0003 | 0x0000 | 0x0004 | 0x0000 |
| 单线 Codec +-----------+------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
| | 立体声 | dout | 0x0001 | 0x0002 | 0x0003 | 0x0004 | 0x0005 | 0x0006 | 0x0007 | 0x0008 |
+----------------+-----------+------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
| 单线 DAC | 单声道 | dout | 0x0001 | 0x0001 | 0x0002 | 0x0002 | 0x0003 | 0x0003 | 0x0004 | 0x0004 |
+----------------+-----------+------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
| | 单声道 | dout | 0x0002 | 0x0002 | 0x0004 | 0x0004 | 0x0006 | 0x0006 | 0x0008 | 0x0008 |
| | +------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
| | | dout2| 0x0000 | 0x0000 | 0x0000 | 0x0000 | 0x0000 | 0x0000 | 0x0000 | 0x0000 |
| 双线 DAC +-----------+------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
| | 立体声 | dout | 0x0002 | 0x0002 | 0x0004 | 0x0004 | 0x0006 | 0x0006 | 0x0008 | 0x0008 |
| | +------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
| | | dout2| 0x0001 | 0x0001 | 0x0003 | 0x0003 | 0x0005 | 0x0005 | 0x0007 | 0x0007 |
+----------------+-----------+------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
.. note::
PDM TX 模式有三种线路模式，分别为 ``I2S_PDM_TX_ONE_LINE_CODEC``、 ``I2S_PDM_TX_ONE_LINE_DAC`` 和 ``I2S_PDM_TX_TWO_LINE_DAC``。单线 Codec 用于需要时钟信号的 PDM 编解码器，PDM 编解码器可以通过时钟电平来区分左右声道。另外两种模式可通过低通滤波器直接驱动功率放大器，而无需时钟信号，所以有两条线路来区分左右声道。此外，对于单线 Codec 的单声道模式，可以通过在 GPIO 配置中设置时钟反转标志，强制将声道改变为右声道。
.. code-block:: c
#include "driver/i2s_pdm.h"
#include "driver/gpio.h"
/* 分配 I2S TX 通道 */
i2s_chan_config_t chan_cfg = I2S_CHANNEL_DEFAULT_CONFIG(I2S_NUM_0, I2S_ROLE_MASTER);
i2s_new_channel(&chan_cfg, &tx_handle, NULL);
/* 初始化通道为 PDM TX 模式 */
i2s_pdm_tx_config_t pdm_tx_cfg = {
.clk_cfg = I2S_PDM_TX_CLK_DEFAULT_CONFIG(36000),
.slot_cfg = I2S_PDM_TX_SLOT_DEFAULT_CONFIG(I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT, I2S_SLOT_MODE_MONO),
.gpio_cfg = {
.clk = GPIO_NUM_5,
.dout = GPIO_NUM_18,
.invert_flags = {
.clk_inv = false,
},
},
};
i2s_channel_init_pdm_tx_mode(tx_handle, &pdm_tx_cfg);
...
.. only:: SOC_I2S_SUPPORTS_PDM_RX
PDM RX 模式的应用
^^^^^^^^^^^^^^^^^^
针对 RX 通道的 PDM 模式，声道配置的辅助宏为：
- :c:macro:`I2S_PDM_RX_SLOT_DEFAULT_CONFIG`
时钟配置的辅助宏为：
- :c:macro:`I2S_PDM_RX_CLK_DEFAULT_CONFIG`
PDM RX API 的相关信息，可参考 :ref:`i2s-api-reference-i2s_pdm`。更多细节请参阅 :component_file:`driver/i2s/include/driver/i2s_pdm.h`。
PDM 数据位宽固定为 16 位。如果线路上的数据如下所示。为方便理解，已将线路上的数据格式由 PDM 转为 PCM。
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
| 左 | 右 | 左 | 右 | 左 | 右 | 左 | 右 | ... |
+========+========+========+========+========+========+========+========+========+
| 0x0001 | 0x0002 | 0x0003 | 0x0004 | 0x0005 | 0x0006 | 0x0007 | 0x0008 | ... |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
下表展示了不同 :cpp:member:`i2s_pdm_rx_slot_config_t::slot_mode` 和 :cpp:member:`i2s_pdm_rx_slot_config_t::slot_mask` 设置下 'int16_t' 缓冲区接收的数据。
.. only:: esp32
+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| 声道模式 | 声道掩码 | 数据 0 | 数据 1 | 数据 2 | 数据 3 | 数据 4 | 数据 5 | 数据 6 | 数据 7 |
+===========+===========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+
| 单声道 | 左 | 0x0001 | 0x0003 | 0x0005 | 0x0007 | 0x0009 | 0x000b | 0x000d | 0x000f |
| +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | 右 | 0x0002 | 0x0004 | 0x0006 | 0x0008 | 0x000a | 0x000c | 0x000e | 0x0010 |
+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| 立体声 | 左右 | 0x0001 | 0x0002 | 0x0003 | 0x0004 | 0x0005 | 0x0006 | 0x0007 | 0x0008 |
+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
.. only:: esp32s3
+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| 声道模式 | 声道掩码 | 数据 0 | 数据 1 | 数据 2 | 数据 3 | 数据 4 | 数据 5 | 数据 6 | 数据 7 |
+===========+===========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+==========+
| 单声道 | 左 | 0x0001 | 0x0003 | 0x0005 | 0x0007 | 0x0009 | 0x000b | 0x000d | 0x000f |
| +-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| | 右 | 0x0002 | 0x0004 | 0x0006 | 0x0008 | 0x000a | 0x000c | 0x000e | 0x0010 |
+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
| 立体声 | 左右 | 0x0002 | 0x0001 | 0x0004 | 0x0003 | 0x0006 | 0x0005 | 0x0008 | 0x0007 |
+-----------+-----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
.. note::
在立体声模式下，右声道先被接收。如需切换缓冲区中的左右声道，可设置 :cpp:member:`i2s_pdm_rx_gpio_config_t::invert_flags::clk_inv` 来强制反转时钟信号。
ESP32-S3 在 PDM RX 模式下最多可以支持四条数据线，每条数据线可以连接到两个 PDM MIC 的左右两个声道，这意味着 ESP32-S3 的 PDM RX 模式最多可以支持八个 PDM MIC。如需启用多条数据线，可设置 :cpp:member:`i2s_pdm_rx_gpio_config_t::slot_mask` 中相应的位来启用相应声道，然后设置 :cpp:type:`i2s_pdm_rx_gpio_config_t` 中的数据 GPIO。
.. code-block:: c
#include "driver/i2s_pdm.h"
#include "driver/gpio.h"
i2s_chan_handle_t rx_handle;
/* 分配 I2S RX 通道 */
i2s_chan_config_t chan_cfg = I2S_CHANNEL_DEFAULT_CONFIG(I2S_NUM_0, I2S_ROLE_MASTER);
i2s_new_channel(&chan_cfg, NULL, &rx_handle);
/* 初始化通道为 PDM RX 模式 */
i2s_pdm_rx_config_t pdm_rx_cfg = {
.clk_cfg = I2S_PDM_RX_CLK_DEFAULT_CONFIG(36000),
.slot_cfg = I2S_PDM_RX_SLOT_DEFAULT_CONFIG(I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT, I2S_SLOT_MODE_MONO),
.gpio_cfg = {
.clk = GPIO_NUM_5,
.din = GPIO_NUM_19,
.invert_flags = {
.clk_inv = false,
},
},
};
i2s_channel_init_pdm_rx_mode(rx_handle, &pdm_rx_cfg);
...
.. only:: SOC_I2S_SUPPORTS_TDM
TDM TX/RX 模式的应用
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
可以通过以下 TDM 模式的辅助宏生成不同的声道通信格式。如上所述，TDM 模式有四种格式，它们的辅助宏分别为：
- :c:macro:`I2S_TDM_PHILIPS_SLOT_DEFAULT_CONFIG`
- :c:macro:`I2S_TDM_MSB_SLOT_DEFAULT_CONFIG`
- :c:macro:`I2S_TDM_PCM_SHORT_SLOT_DEFAULT_CONFIG`
- :c:macro:`I2S_TDM_PCM_LONG_SLOT_DEFAULT_CONFIG`
时钟配置的辅助宏为：
- :c:macro:`I2S_TDM_CLK_DEFAULT_CONFIG`
有关 TDM API 的信息，请参阅 :ref:`i2s-api-reference-i2s_tdm`。更多细节请参阅 :component_file:`driver/i2s/include/driver/i2s_tdm.h`。
.. note::
在为从机配置时钟时，由于硬件限制，请注意 :cpp:member:`i2s_tdm_clk_config_t::bclk_div` 不应小于 8，增加此字段的值可以减少从机发送数据的延迟。使用高采样率时，数据可能会延迟一个 BCLK 周期以上，这将导致数据错位。可以通过缓慢增加 :cpp:member:`i2s_tdm_clk_config_t::bclk_div` 的值来进行校正。
由于 :cpp:member:`i2s_tdm_clk_config_t::bclk_div` 是 MCLK 基于 BCLK 的除数，增加该值也可以提高 MCLK 频率。因此，如果 MCLK 频率太高，将会无法从源时钟分频，此时时钟计算可能会失败，也就是说 :cpp:member:`i2s_tdm_clk_config_t::bclk_div` 不是越大越好。
TDM TX 模式
~~~~~~~~~~~
.. code-block:: c
#include "driver/i2s_tdm.h"
#include "driver/gpio.h"
/* 分配 I2S TX 通道 */
i2s_chan_config_t chan_cfg = I2S_CHANNEL_DEFAULT_CONFIG(I2S_NUM_AUTO, I2S_ROLE_MASTER);
i2s_new_channel(&chan_cfg, &tx_handle, NULL);
/* 初始化通道为 TDM 模式 */
i2s_tdm_config_t tdm_cfg = {
.clk_cfg = I2S_TDM_CLK_DEFAULT_CONFIG(44100),
.slot_cfg = I2S_TDM_MSB_SLOT_DEFAULT_CONFIG(I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT, I2S_SLOT_MODE_STEREO,
I2S_TDM_SLOT0 | I2S_TDM_SLOT1 | I2S_TDM_SLOT2 | I2S_TDM_SLOT3),
.gpio_cfg = {
.mclk = I2S_GPIO_UNUSED,
.bclk = GPIO_NUM_4,
.ws = GPIO_NUM_5,
.dout = GPIO_NUM_18,
.din = I2S_GPIO_UNUSED,
.invert_flags = {
.mclk_inv = false,
.bclk_inv = false,
.ws_inv = false,
},
},
};
i2s_channel_init_tdm_mode(tx_handle, &tdm_cfg);
...
TDM RX 模式
~~~~~~~~~~~
.. code-block:: c
#include "driver/i2s_tdm.h"
#include "driver/gpio.h"
/* 将通道模式设置为 TDM */
i2s_chan_config_t chan_cfg = I2S_CHANNEL_CONFIG(I2S_ROLE_MASTER, I2S_COMM_MODE_TDM, &i2s_pin);
i2s_new_channel(&chan_cfg, NULL, &rx_handle);
/* 初始化通道为 TDM 模式 */
i2s_tdm_config_t tdm_cfg = {
.clk_cfg = I2S_TDM_CLK_DEFAULT_CONFIG(44100),
.slot_cfg = I2S_TDM_MSB_SLOT_DEFAULT_CONFIG(I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT, I2S_SLOT_MODE_STEREO,
I2S_TDM_SLOT0 | I2S_TDM_SLOT1 | I2S_TDM_SLOT2 | I2S_TDM_SLOT3),
.gpio_cfg = {
.mclk = I2S_GPIO_UNUSED,
.bclk = GPIO_NUM_4,
.ws = GPIO_NUM_5,
.dout = I2S_GPIO_UNUSED,
.din = GPIO_NUM_18,
.invert_flags = {
.mclk_inv = false,
.bclk_inv = false,
.ws_inv = false,
},
},
};
i2s_channel_init_tdm_mode(rx_handle, &tdm_cfg);
...
全双工
^^^^^^
全双工模式可以在 I2S 端口中同时注册 TX 和 RX 通道，同时通道共享 BCLK 和 WS 信号。目前，STD 和 TDM 通信模式支持以下方式的全双工通信，但不支持 PDM 全双工模式，因为 PDM 模式下 TX 和 RX 通道的时钟不同。
请注意，一个句柄只能代表一个通道，因此仍然需要对 TX 和 RX 通道逐个进行声道和时钟配置。
以下示例展示了如何分配两个全双工通道：
.. code-block:: c
#include "driver/i2s_std.h"
#include "driver/gpio.h"
i2s_chan_handle_t tx_handle;
i2s_chan_handle_t rx_handle;
/* 分配两个 I2S 通道 */
i2s_chan_config_t chan_cfg = I2S_CHANNEL_DEFAULT_CONFIG(I2S_NUM_AUTO, I2S_ROLE_MASTER);
/* 同时分配给 TX 和 RX 通道，使其进入全双工模式。 */
i2s_new_channel(&chan_cfg, &tx_handle, &rx_handle);
/* 配置两个通道，因为在全双工模式下，TX 和 RX 通道必须相同。 */
i2s_std_config_t std_cfg = {
.clk_cfg = I2S_STD_CLK_DEFAULT_CONFIG(32000),
.slot_cfg = I2S_STD_PHILIPS_SLOT_DEFAULT_CONFIG(I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT, I2S_SLOT_MODE_STEREO),
.gpio_cfg = {
.mclk = I2S_GPIO_UNUSED,
.bclk = GPIO_NUM_4,
.ws = GPIO_NUM_5,
.dout = GPIO_NUM_18,
.din = GPIO_NUM_19,
.invert_flags = {
.mclk_inv = false,
.bclk_inv = false,
.ws_inv = false,
},
},
};
i2s_channel_init_std_mode(tx_handle, &std_cfg);
i2s_channel_init_std_mode(rx_handle, &std_cfg);
i2s_channel_enable(tx_handle);
i2s_channel_enable(rx_handle);
...
.. only:: SOC_I2S_HW_VERSION_1
单工模式
^^^^^^^^
在单工模式下分配通道句柄，应该为每个通道调用 :cpp:func:`i2s_new_channel`。在 {IDF_TARGET_NAME} 上，TX/RX 通道的时钟和 GPIO 管脚不是相互独立的，因此在单工模式下，TX 和 RX 通道不能共存于同一个 I2S 端口中。
.. code-block:: c
#include "driver/i2s_std.h"
#include "driver/gpio.h"
i2s_chan_handle_t tx_handle;
i2s_chan_handle_t rx_handle;
i2s_chan_config_t chan_cfg = I2S_CHANNEL_DEFAULT_CONFIG(I2S_NUM_AUTO, I2S_ROLE_MASTER);
i2s_new_channel(&chan_cfg, &tx_handle, NULL);
i2s_std_config_t std_tx_cfg = {
.clk_cfg = I2S_STD_CLK_DEFAULT_CONFIG(48000),
.slot_cfg = I2S_STD_PHILIPS_SLOT_DEFAULT_CONFIG(I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT, I2S_SLOT_MODE_STEREO),
.gpio_cfg = {
.mclk = GPIO_NUM_0,
.bclk = GPIO_NUM_4,
.ws = GPIO_NUM_5,
.dout = GPIO_NUM_18,
.din = I2S_GPIO_UNUSED,
.invert_flags = {
.mclk_inv = false,
.bclk_inv = false,
.ws_inv = false,
},
},
};
/* 初始化通道 */
i2s_channel_init_std_mode(tx_handle, &std_tx_cfg);
i2s_channel_enable(tx_handle);
/* 如果没有找到其他可用的 I2S 设备，RX 通道将被注册在另一个 I2S 上
* 并返回 ESP_ERR_NOT_FOUND */
i2s_new_channel(&chan_cfg, NULL, &rx_handle);
i2s_std_config_t std_rx_cfg = {
.clk_cfg = I2S_STD_CLK_DEFAULT_CONFIG(16000),
.slot_cfg = I2S_STD_MSB_SLOT_DEFAULT_CONFIG(I2S_DATA_BIT_WIDTH_32BIT, I2S_SLOT_MODE_STEREO),
.gpio_cfg = {
.mclk = I2S_GPIO_UNUSED,
.bclk = GPIO_NUM_6,
.ws = GPIO_NUM_7,
.dout = I2S_GPIO_UNUSED,
.din = GPIO_NUM_19,
.invert_flags = {
.mclk_inv = false,
.bclk_inv = false,
.ws_inv = false,
},
},
};
i2s_channel_init_std_mode(rx_handle, &std_rx_cfg);
i2s_channel_enable(rx_handle);
.. only:: SOC_I2S_HW_VERSION_2
单工模式
^^^^^^^^
在单工模式下分配通道，应该为每个通道调用 :cpp:func:`i2s_new_channel`。{IDF_TARGET_NAME} 上，TX/RX 通道的时钟和 GPIO 管脚相互独立，因此可以配置为不同的模式和时钟，并且能够在单工模式下共存于同一个 I2S 端口中。对于 PDM 模式，用户可以通过在同一个 I2S 端口上注册 PDM TX 单工和 PDM RX 单工来实现 PDM 双工。但在这种情况下，PDM TX/RX 可能会使用不同的时钟，因此在配置 GPIO 管脚和时钟时需多加注意。
以下为单工模式的示例。请注意，如果 TX 和 RX 通道来自同一个控制器，则 TX 和 RX 通道的内部 MCLK 信号虽然是分开的，但输出的 MCLK 信号只能绑定到其中一个通道。如果两个通道都初始化了 MCLK，则该信号会绑定到后初始化的通道。
.. code-block:: c
#include "driver/i2s_std.h"
#include "driver/gpio.h"
i2s_chan_handle_t tx_handle;
i2s_chan_handle_t rx_handle;
i2s_chan_config_t chan_cfg = I2S_CHANNEL_DEFAULT_CONFIG(I2S_NUM_0, I2S_ROLE_MASTER);
i2s_new_channel(&chan_cfg, &tx_handle, NULL);
i2s_std_config_t std_tx_cfg = {
.clk_cfg = I2S_STD_CLK_DEFAULT_CONFIG(48000),
.slot_cfg = I2S_STD_PHILIPS_SLOT_DEFAULT_CONFIG(I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT, I2S_SLOT_MODE_STEREO),
.gpio_cfg = {
.mclk = GPIO_NUM_0,
.bclk = GPIO_NUM_4,
.ws = GPIO_NUM_5,
.dout = GPIO_NUM_18,
.din = I2S_GPIO_UNUSED,
.invert_flags = {
.mclk_inv = false,
.bclk_inv = false,
.ws_inv = false,
},
},
};
/* 初始化通道 */
i2s_channel_init_std_mode(tx_handle, &std_tx_cfg);
i2s_channel_enable(tx_handle);
/* 如果没有找到其他可用的 I2S 设备，RX 通道将被注册在另一个 I2S 上
* 并返回 ESP_ERR_NOT_FOUND */
i2s_new_channel(&chan_cfg, NULL, &rx_handle); // RX 和 TX 通道都将注册在 I2S0 上，但配置可以不同
i2s_std_config_t std_rx_cfg = {
.clk_cfg = I2S_STD_CLK_DEFAULT_CONFIG(16000),
.slot_cfg = I2S_STD_MSB_SLOT_DEFAULT_CONFIG(I2S_DATA_BIT_WIDTH_32BIT, I2S_SLOT_MODE_STEREO),
.gpio_cfg = {
.mclk = I2S_GPIO_UNUSED,
.bclk = GPIO_NUM_6,
.ws = GPIO_NUM_7,
.dout = I2S_GPIO_UNUSED,
.din = GPIO_NUM_19,
.invert_flags = {
.mclk_inv = false,
.bclk_inv = false,
.ws_inv = false,
},
},
};
i2s_channel_init_std_mode(rx_handle, &std_rx_cfg);
i2s_channel_enable(rx_handle);
应用注意事项
------------
防止数据丢失
^^^^^^^^^^^^
对于需要高频采样率的应用，数据的巨大吞吐量可能会导致数据丢失。用户可以通过注册 ISR 回调函数来接收事件队列中的数据丢失事件：
.. code-block:: c
static IRAM_ATTR bool i2s_rx_queue_overflow_callback(i2s_chan_handle_t handle, i2s_event_data_t *event, void *user_ctx)
{
// 处理 RX 队列溢出事件 ...
return false;
}
i2s_event_callbacks_t cbs = {
.on_recv = NULL,
.on_recv_q_ovf = i2s_rx_queue_overflow_callback,
.on_sent = NULL,
.on_send_q_ovf = NULL,
};
TEST_ESP_OK(i2s_channel_register_event_callback(rx_handle, &cbs, NULL));
请按照以下步骤操作，以防止数据丢失：
1. 确定中断间隔。通常来说，当发生数据丢失时，为减少中断次数，中断间隔应该越久越好。因此，在保证 DMA 缓冲区大小不超过最大值 4092 的前提下，应使 ``dma_frame_num`` 尽可能大。具体转换关系如下::
interrupt_interval(unit: sec) = dma_frame_num / sample_rate
dma_buffer_size = dma_frame_num * slot_num * data_bit_width / 8 <= 4092
2. 确定 ``dma_desc_num`` 的值。``dma_desc_num`` 由 ``i2s_channel_read`` 轮询周期的最大时间决定，所有接收到的数据都应该存储在两个 ``i2s_channel_read`` 之间。这个周期可以通过计时器或输出 GPIO 信号来计算。具体转换关系如下::
dma_desc_num > polling_cycle / interrupt_interval
3. 确定接收缓冲区大小。在 ``i2s_channel_read`` 中提供的接收缓冲区应当能够容纳所有 DMA 缓冲区中的数据，这意味着它应该大于所有 DMA 缓冲区的总大小::
recv_buffer_size > dma_desc_num * dma_buffer_size
例如，如果某个 I2S 应用的已知值包括::
sample_rate = 144000 Hz
data_bit_width = 32 bits
slot_num = 2
polling_cycle = 10 ms
那么可以按照以下公式计算出参数 ``dma_frame_num``、 ``dma_desc_num`` 和 ``recv_buf_size``::
dma_frame_num * slot_num * data_bit_width / 8 = dma_buffer_size <= 4092
dma_frame_num <= 511
interrupt_interval = dma_frame_num / sample_rate = 511 / 144000 = 0.003549 s = 3.549 ms
dma_desc_num > polling_cycle / interrupt_interval = cell(10 / 3.549) = cell(2.818) = 3
recv_buffer_size > dma_desc_num * dma_buffer_size = 3 * 4092 = 12276 bytes
API 参考
--------
.. _i2s-api-reference-i2s_std:
标准模式
^^^^^^^^
.. include-build-file:: inc/i2s_std.inc
.. only:: SOC_I2S_SUPPORTS_PDM
.. _i2s-api-reference-i2s_pdm:
PDM 模式
^^^^^^^^
.. include-build-file:: inc/i2s_pdm.inc
.. only:: SOC_I2S_SUPPORTS_TDM
.. _i2s-api-reference-i2s_tdm:
TDM 模式
^^^^^^^^
.. include-build-file:: inc/i2s_tdm.inc
.. _i2s-api-reference-i2s_driver:
I2S 驱动
^^^^^^^^
.. include-build-file:: inc/i2s_common.inc
.. _i2s-api-reference-i2s_types:
I2S 类型
^^^^^^^^
.. include-build-file:: inc/components/driver/i2s/include/driver/i2s_types.inc
.. include-build-file:: inc/components/hal/include/hal/i2s_types.inc
Reference in New Issue View Git Blame Kopiuj bezpośredni odnośnik