一、I2S簡介

I2S(也叫IIS，即：Inter IC Sound)總線, 又稱集成電路內(nèi)置音頻總線，是飛利浦公司為數(shù)字音頻設(shè)備之間的音頻數(shù)據(jù)傳輸而制定的一種總線標(biāo)準(zhǔn)，該總線專責(zé)于音頻設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，廣泛應(yīng)用于各種多媒體系統(tǒng)。它采用了沿獨立的導(dǎo)線傳輸時鐘與數(shù)據(jù)信號的設(shè)計，通過將數(shù)據(jù)和時鐘信號分離，避免了因時差誘發(fā)的失真，為用戶節(jié)省了購買抵抗音頻抖動的專業(yè)設(shè)備的費用。
特點
●支持全雙工/半雙工通信
●支持主/從模式設(shè)置
●8位可編程線性預(yù)分頻器，可實現(xiàn)精確的音頻采樣頻率(8~192Khz)
●支持16位/24位/32位數(shù)據(jù)格式
●數(shù)據(jù)包幀固定為16位（僅16位數(shù)據(jù)幀）或32位（可容納16/24/32位數(shù)據(jù)幀）
●可編程時鐘極性
●支持MSB對齊(左對齊)、LSB對齊(右對齊)、飛利浦標(biāo)準(zhǔn)和PCM標(biāo)準(zhǔn)等I2S標(biāo)準(zhǔn)
●支持DMA數(shù)據(jù)傳輸（16位寬）
●數(shù)據(jù)方向固定位MSB在前
●支持主時鐘輸出（固定為256*fs，fs即音頻采樣率）

二、I2S框圖以及信號

I2S框圖
STM32F4的I2S是與SPI部分共用的，通過設(shè)置SPI_I2SCFGR寄存器的I2SMOD位即可開啟I2S功能，I2S接口使用了幾乎與SPI相同的引腳、標(biāo)志和中斷。

信號
1，SD：串行數(shù)據(jù)（映射到 MOSI 引腳），用于發(fā)送或接收兩個時分復(fù)用的數(shù)據(jù)通道上的數(shù)據(jù)（僅半雙工模式）。
2，WS：字選擇（映射到NSS引腳），即左右時鐘，用于切換左右聲道的數(shù)據(jù)。WS頻率等于音頻信號采樣率（fs）。
3，CK：串行時鐘（映射到SCK引腳），即位時鐘，是主模式下的串行時鐘輸出以及從模式下的串行時鐘輸入。CK頻率=WS頻率（fs）216（16位寬），如果是32位寬，則是：CK頻率=WS頻率（fs）232（32位寬）。
4，I2S2ext_SD和I2S3ext_SD：用于控制I2S全雙工模式的附加串行數(shù)據(jù)引腳（映射到MISO引腳），這兩個引腳僅用于全雙工模式。
5，MCK：即主時鐘輸出，當(dāng)I2S配置為主模式（且SPI_I2SPR寄存器的MCKOE位置1）時，使用此時鐘，該時鐘頻率為 256×fs，fs：音頻信號采樣頻率。

STM32F4為支持I2S全雙工模式，除了I2S2和I2S3，還可以使用兩個額外的I2S，它們稱為擴(kuò)展I2S（I2S2_ext、I2S3_ext），其框圖為：

擴(kuò)展I2S (I2Sx_ext)只能用于全雙工模式。I2Sx_ext始終在從模式下工作。I2Sx和I2Sx_ext 均可用于發(fā)送和接收。

三、幀格式

STM32F4的I2S支持4種數(shù)據(jù)和幀格式組合，分別是：
1，將16位數(shù)據(jù)封裝在16位幀中；
2，將16位數(shù)據(jù)封裝在32位幀中；
3，將24位數(shù)據(jù)封裝在32位幀中；
4，將32位數(shù)據(jù)封裝在32位幀中；

將16位數(shù)據(jù)封裝在32位幀中時，前16位(MSB)為有效位，16位LSB被強(qiáng)制清零，無需任何軟件操作或DMA請求（只需一個讀/寫操作）。如果應(yīng)用程序選則DMA，則24位和32位數(shù)據(jù)幀需要對SPI_DR執(zhí)行兩次CPU讀取或?qū)懭氩僮?，或者需要兩次DMA操作。24位的數(shù)據(jù)幀，硬件會將8位非有效位擴(kuò)展到帶有0位的32位數(shù)據(jù)幀。
4種幀標(biāo)準(zhǔn)：
1，飛利浦標(biāo)準(zhǔn)；
2，MSB 對齊（左對齊）標(biāo)準(zhǔn)；
3，LSB 對齊（右對齊）標(biāo)準(zhǔn)；
4，PCM標(biāo)準(zhǔn)；
I2S飛利浦標(biāo)準(zhǔn)幀24位數(shù)據(jù)，32位幀格式

I2S飛利浦標(biāo)準(zhǔn)，使用WS信號來指示當(dāng)前正在發(fā)送的數(shù)據(jù)所屬的通道。該信號從當(dāng)前通道數(shù)據(jù)的第一個位(MSB)之前的一個時鐘開始有效。發(fā)送方在時鐘信號(CK)的下降沿改變數(shù)據(jù)，接收方在上升沿讀取數(shù)據(jù)。WS信號也在CK的下降沿變化。在24位模式下數(shù)據(jù)傳輸，需要對SPI_DR執(zhí)行兩次讀取或?qū)懭氩僮?。比如要發(fā)送0X8EAA33這個數(shù)據(jù)，就要分兩次寫入SPI_DR，第一次寫入：0X8EAA，第二次寫入0X33xx（xx可以為任意數(shù)值），這樣就把0X8EAA33發(fā)送出去了。
注意：從SD卡讀取到的24位WAV數(shù)據(jù)流，是低字節(jié)在前，高字節(jié)在后的，比如，我們讀到一個聲道的數(shù)據(jù)（24bit），存儲在buf[3]里面，那么要通過SPI_DR發(fā)送這個24位數(shù)據(jù)，過程如下：
SPI_DR=((u16)buf[2]<<8)+buf[1];
SPI_DR=(u16)buf[0]<<8;
這樣，第一次發(fā)送高16位數(shù)據(jù)，第二次發(fā)送低8位數(shù)據(jù)，完成一次24bit數(shù)據(jù)的發(fā)送。

四、I2S時鐘

上圖中的I2SxCLK，可以來自PLLI2S輸出（通過R系數(shù)分頻）或者來自外部時鐘（I2S_CKIN引腳），一般使用前者作為I2SxCLK輸入時鐘。
需要根據(jù)音頻采樣率（fs）來計算各個分頻器的值，常用的音頻采樣率有：22.05Khz、44.1Khz、48Khz、96Khz、196Khz等。

當(dāng)MCK輸出使能時，fs頻率計算公式如下：
fs=I2SxCLK/[256 * (2 * I2SDIV+ODD)]
其中：I2SxCLK=(HSE/pllm)* PLLI2SN/PLLI2SR。 HSE是8Mhz，而pllm在系統(tǒng)時鐘初始化就確定了，是8，這樣結(jié)合以上式，可得計算公式如下：

fs= (1000 * PLLI2SN/PLLI2SR )/[256 * (2 * I2SDIV+ODD)]
fs單位是：Khz。其中：PLLI2SN取值范圍：192~ 432；PLLI2SR取值范圍：2~ 7；I2SDIV取值范圍：2~255；ODD取值范圍：0/1。

根據(jù)以上約束條件，便可根據(jù)fs來設(shè)置各個系數(shù)的值了，不過很多時候，并不能取得和fs一模一樣的頻率，只能近似等于fs，比如44.1Khz采樣率，設(shè)置PLLI2SN=271，PLLI2SR=2，I2SDIV=6，ODD=0，得到fs=44.108073Khz，誤差為：0.0183%。晶振頻率決定了有時無法通過分頻得到我們所要的fs，所以，某些fs如果要實現(xiàn)0誤差，必須得選用外部時鐘才可以。
為了方便可以將常用的fs建立對應(yīng)的表格。

//表格式:采樣率/10,PLLI2SN,PLLI2SR,I2SDIV,ODDconst u16 I2S_PSC_TBL[][5]={        {800 ,256,5,12,1},		//8Khz采樣率        {1102,429,4,19,0},		//11.025Khz采樣率        {1600,213,2,13,0},	//16Khz采樣率        {2205,429,4, 9,1},		//22.05Khz采樣率        {3200,213,2, 6,1},		//32Khz采樣率        {4410,271,2, 6,0},		//44.1Khz采樣率        {4800,258,3, 3,1},		//48Khz采樣率        {8820,316,2, 3,1},		//88.2Khz采樣率        {9600,344,2, 3,1},  	//96Khz采樣率        {17640,361,2,2,0},  	//176.4Khz采樣率        {19200,393,2,2,0},  	//192Khz采樣率};

五、I2S寄存器

1、SPI_I2S配置寄存器（SPI_I2SCFGR）

I2SMOD位，設(shè)置為1，選擇I2S模式，注意，必須在I2S/SPI禁止的時候，設(shè)置該位。
I2SE位，設(shè)置為1，使能I2S外設(shè)，該位必須在I2SMOD位設(shè)置之后再設(shè)置。
I2SCFG[1:0]位， 這兩個位用于配置I2S模式，設(shè)置為10，選擇主模式（發(fā)送）。
I2SSTD[1:0]位，這兩個位用于選擇I2S標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置為00，選擇飛利浦標(biāo)準(zhǔn)。
CKPOL位，用于設(shè)置空閑時時鐘電平，設(shè)置為0，空閑時時鐘低電平。
DATLEN[1:0]位，用于設(shè)置數(shù)據(jù)長度，00，表示16位數(shù)據(jù)；01表示24位數(shù)據(jù)。
CHLEN位，用于設(shè)置通道長度，即幀長度，0，表示16位；1，表示32位。
2、SPI_I2S預(yù)分頻器寄存器（SPI_I2SSPR）

設(shè)置MCKOE為1，開啟MCK輸出，ODD和I2SDIV則根據(jù)不同的fs，查表進(jìn)行設(shè)置。
3、PLLI2S配置寄存器（RCC_PLLI2SCFGR）

該寄存器用于配置PLLI2SR和PLLI2SN兩個系數(shù)，PLLI2SR的取值范圍是：2~ 7，PLLI2SN的取值范圍是：192~432。同樣，這兩個也是根據(jù)fs的值來設(shè)置的。

六、I2S初始化步驟

• 1）初始化WM8978
  這個過程就是配置上一講講介紹的WM8978那十幾個寄存器，包括軟復(fù)位、DAC設(shè)置、輸出設(shè)置和音量設(shè)置等。
• 2）初始化I2S
  此過程主要設(shè)置SPI_I2SCFGR寄存器，設(shè)置I2S模式、I2S標(biāo)準(zhǔn)、時鐘空閑電平和數(shù)據(jù)幀長等，最后開啟I2S TX DMA，使能I2S外設(shè)。
• 3）解析WAV文件，獲取音頻信號采樣率和位數(shù)并設(shè)置I2S時鐘分頻器
  解析WAV文件，取得音頻信號的采樣率（fs）和位數(shù)（16位或24位），根據(jù)這兩個參數(shù)，來設(shè)置I2S的時鐘分頻，用前面介紹的查表法來設(shè)置。
• 4）設(shè)置DMA
  I2S播放音頻，一般采用DMA來傳輸數(shù)據(jù)，這里我們用I2S2，其TX用DMA1數(shù)據(jù)流4的通道0來傳輸數(shù)據(jù)。并且，STM32F4的DMA具有雙緩沖機(jī)制，這樣可以提高效率。這里，我們將DMA1數(shù)據(jù)流4設(shè)置為：雙緩沖循環(huán)模式，外設(shè)和存儲器都是16位寬，并開啟DMA傳輸完成中斷（方便填充數(shù)據(jù)）。
• 5）編寫DMA傳輸完成中斷服務(wù)函數(shù)
  為了方便填充音頻數(shù)據(jù)，我們使用DMA傳輸完成中斷，每當(dāng)一個緩沖數(shù)據(jù)發(fā)送完后，硬件自動切換為下一個緩沖，同時進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)，填充數(shù)據(jù)到發(fā)送完的這個緩沖。如下圖所示：
  
• 6）開啟DMA傳輸，填充數(shù)據(jù)
  最后，只需要開啟DMA傳輸，然后及時填充WAV數(shù)據(jù)到DMA的兩個緩存區(qū)即可。此時，就可以在WM8978的耳機(jī)和喇叭通道聽到所播放音樂了。

七、播放WAV文件代碼

//播放某個WAV文件//fname:wav文件路徑.//返回值://KEY0_PRES:下一曲//KEY1_PRES:上一曲//其他:錯誤u8 wav_play_song(u8* fname){	u8 key;	u8 t=0; 	u8 res;  	u32 fillnum; 	audiodev.file=(FIL*)mymalloc(SRAMIN,sizeof(FIL));	audiodev.i2sbuf1=mymalloc(SRAMIN,WAV_I2S_TX_DMA_BUFSIZE);	audiodev.i2sbuf2=mymalloc(SRAMIN,WAV_I2S_TX_DMA_BUFSIZE);	audiodev.tbuf=mymalloc(SRAMIN,WAV_I2S_TX_DMA_BUFSIZE);	if(audiodev.file&&audiodev.i2sbuf1&&audiodev.i2sbuf2&&audiodev.tbuf)	{ 		res=wav_decode_init(fname,&wavctrl);//得到文件的信息		if(res==0)//解析文件成功		{			if(wavctrl.bps==16)			{				WM8978_I2S_Cfg(2,0);	//飛利浦標(biāo)準(zhǔn),16位數(shù)據(jù)長度				I2S2_Init(I2S_Standard_Phillips,I2S_Mode_MasterTx,I2S_CPOL_Low,I2S_DataFormat_16bextended);		//飛利浦標(biāo)準(zhǔn),主機(jī)發(fā)送,時鐘低電平有效,16位擴(kuò)展幀長度			}else if(wavctrl.bps==24)			{				WM8978_I2S_Cfg(2,2);	//飛利浦標(biāo)準(zhǔn),24位數(shù)據(jù)長度				I2S2_Init(I2S_Standard_Phillips,I2S_Mode_MasterTx,I2S_CPOL_Low,I2S_DataFormat_24b);		//飛利浦標(biāo)準(zhǔn),主機(jī)發(fā)送,時鐘低電平有效,24位擴(kuò)展幀長度			}			I2S2_SampleRate_Set(wavctrl.samplerate);//設(shè)置采樣率			I2S2_TX_DMA_Init(audiodev.i2sbuf1,audiodev.i2sbuf2,WAV_I2S_TX_DMA_BUFSIZE/2); //配置TX DMA			i2s_tx_callback=wav_i2s_dma_tx_callback;			//回調(diào)函數(shù)指wav_i2s_dma_callback			audio_stop();			res=f_open(audiodev.file,(TCHAR*)fname,FA_READ);	//打開文件			if(res==0)			{				f_lseek(audiodev.file, wavctrl.datastart);		//跳過文件頭				fillnum=wav_buffill(audiodev.i2sbuf1,WAV_I2S_TX_DMA_BUFSIZE,wavctrl.bps);				fillnum=wav_buffill(audiodev.i2sbuf2,WAV_I2S_TX_DMA_BUFSIZE,wavctrl.bps);				audio_start();  				while(res==0)				{ 					while(wavtransferend==0);//等待wav傳輸完成; 					wavtransferend=0;					if(fillnum!=WAV_I2S_TX_DMA_BUFSIZE)//播放結(jié)束?					{						res=KEY0_PRES;						break;					}  					if(wavwitchbuf)fillnum=wav_buffill(audiodev.i2sbuf2,WAV_I2S_TX_DMA_BUFSIZE,wavctrl.bps);//填充buf2					else fillnum=wav_buffill(audiodev.i2sbuf1,WAV_I2S_TX_DMA_BUFSIZE,wavctrl.bps);//填充buf1					while(1)					{						key=KEY_Scan(0); 						if(key==WKUP_PRES)//暫停						{							if(audiodev.status&0X01)audiodev.status&=~(1<<0);							else audiodev.status|=0X01;  						}						if(key==KEY2_PRES||key==KEY0_PRES)//下一曲/上一曲						{							res=key;							break; 						}						wav_get_curtime(audiodev.file,&wavctrl);//得到總時間和當(dāng)前播放的時間 						audio_msg_show(wavctrl.totsec,wavctrl.cursec,wavctrl.bitrate);						t++;						if(t==20)						{							t=0; 							LED0=!LED0;						}						if((audiodev.status&0X01)==0)delay_ms(10);						else break;					}				}				audio_stop(); 			}else res=0XFF; 		}else res=0XFF;	}else res=0XFF; 	myfree(SRAMIN,audiodev.tbuf);	//釋放內(nèi)存	myfree(SRAMIN,audiodev.i2sbuf1);//釋放內(nèi)存	myfree(SRAMIN,audiodev.i2sbuf2);//釋放內(nèi)存 	myfree(SRAMIN,audiodev.file);	//釋放內(nèi)存 	return res;} 

音樂播放就講到這里啦?。?！