简单的ARM+Linux音频方案

Posted 2022-07-26 Linux学习记录

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

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

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

G2L核心板与WM8960的音频通讯引脚如下所示：

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

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

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

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

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

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

为测试基于I2S的音频输出接口，在命令行下执行如下命令：

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

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

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

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

录音功能需设置录音控件的参数，如下所示。

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

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

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

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

alsa的配置文件为：/var/lib/alsa/asound.state

控件修改后的写入操作如下所示。

alsactl store

控件恢复参数的操作如下所示（注：重启板子后会自动读取配置文件）。

alsactl restore