基于MM32F0163D7P的USB Audio Class(UAC)音频设备

1 TinyUSB(UAC)音频简介

UAC是USB Audio Class的缩写，USB音频类，一个像USB这样的通用数据接口，可以有很多种实现数字音频数据传输的方式。不同的开发者可以根据自己的喜好和需求，定义任意的控制方式，传输模式，音频格式等等参数。

在上一节我们在MM32F0163D7P 平台上成功的移植了TinyUSB，基于这个平台，今天我们来实现一个 uac2_headset 音频设备，这个设备支持基础的录音和放音功能，如果要支持音量调节/静音功能，还需要再添加一个 HID 变成复合设备。

2 快速移植一个UAC+HID复合设备

按照前面两篇文章，我们可以快速的移植出一个基于TinyUSB的UAC+HID复合设备，主要的代码片段如下：

/*------------- MAIN -------------*/
int main(void)
{
  USB_DeviceClockInit();//board_init();

  CONSOLE_Init(460800);  //enable printf debug

  // init device stack on configured roothub port
  tud_init(BOARD_TUD_RHPORT);

  TU_LOG1("UAC Headset & HID runningrn");   // CFG_TUSB_DEBUG for debugging #if CFG_TUSB_DEBUG
// 0 : no debug 
// 1 : print error
// 2 : print warning
// 3 : print info

  while (1)
  {
    tud_task(); // TinyUSB device task
    audio_task();
    hid_task();
  }

  return 0;
}

#define EPNUM_AUDIO_IN    0x01
#define EPNUM_AUDIO_OUT   0x01

#define EPNUM_HID   0x03


uint8_t const desc_configuration[] =
{
    // Interface count, string index, total length, attribute, power in mA
    TUD_CONFIG_DESCRIPTOR(1, ITF_NUM_TOTAL, 0, CONFIG_TOTAL_LEN, TUSB_DESC_CONFIG_ATT_REMOTE_WAKEUP, 100),

    // Interface number, string index, EP Out & EP In address, EP size
    TUD_AUDIO_HEADSET_STEREO_DESCRIPTOR(2, EPNUM_AUDIO_OUT, EPNUM_AUDIO_IN | 0x80),

    // Interface number, string index, protocol, report descriptor len, EP Out & In address, size & polling interval
    TUD_HID_INOUT_DESCRIPTOR(ITF_NUM_HID, 6, HID_ITF_PROTOCOL_NONE, sizeof(desc_hid_report), EPNUM_HID, 0x80 | EPNUM_HID, CFG_TUD_HID_EP_BUFSIZE, 10), 

};

//--------------------------------------------------------------------+
// String Descriptors
//--------------------------------------------------------------------+

// array of pointer to string descriptors
char const* string_desc_arr [] =
{
  (const char[]) { 0x09, 0x04 },  // 0: is supported language is English (0x0409)
  "TinyUSB",                      // 1: Manufacturer
  "TinyUSB headset",              // 2: Product
  "000001",                       // 3: Serials, should use chip ID
  "TinyUSB Speakers",             // 4: Audio Interface
  "TinyUSB Microphone",           // 5: Audio Interface
  "TinyUSB HID",                  // 6: HID Interface
};

图1 枚举过程

图2 枚举设备

工程文件树：

3 耳机设备设置修改音量

在耳机属性里面可以操作修改音量大小，同时通过抓包工具可以抓到主机下发的SET CUR命令。

图3 设置音量

4 耳机设备设置修改采样频率和位深度

在耳机属性高级里面默认格式可以看到下拉框有两种格式，一个是2通道 16位48000Hz，另外一个是2通道 24位 48000Hz，播放声音下发ISOC包的时候根据这个选择传输。

图4 设置采样频率和位深度

通过设置，下位机可以在播放或者录音时处理不同的采样频率和位深度。样例中全局变量current_resolution是位深度，current_sample_rate是采样频率。

5 音频数据的收发处理

播放时ISOC下发的数据包缓存在spk_buf里面。

录用时麦克风的声音采样数据写入mic_buf，通过ISOC同步上传到电脑端。（例程是将播放的数据包处理后通过接口又返回电脑端，由tud_audio_write((uint8_t * ) mic_buf, (uint16_t) (spk_data_size / 2))实现）

//--------------------------------------------------------------------+
// AUDIO Task
//--------------------------------------------------------------------+

void audio_task(void)
{
  // When new data arrived, copy data from speaker buffer, to microphone buffer
  // and send it over
  // Only support speaker & headphone both have the same resolution
  // If one is 16bit another is 24bit be care of LOUD noise !
  if (spk_data_size)
  {
    if (current_resolution == 16)         
    {
      int16_t *src = (int16_t*)spk_buf;
      int16_t *limit = (int16_t*)spk_buf + spk_data_size / 2;
      int16_t *dst = (int16_t*)mic_buf;
      while (src < limit)
      {
        // Combine two channels into one
        int32_t left = *src++;
        int32_t right = *src++;
        *dst++ = (int16_t) ((left > > 1) + (right > > 1));
      }
      memset(mic_buf,0xCC,sizeof(mic_buf));  //mm32 test code 
      tud_audio_write((uint8_t *)mic_buf, (uint16_t) (spk_data_size / 2));
      spk_data_size = 0;
    }
    else if (current_resolution == 24)
    {
      int32_t *src = spk_buf;
      int32_t *limit = spk_buf + spk_data_size / 4;
      int32_t *dst = mic_buf;
      while (src < limit)
      {
        // Combine two channels into one
        int32_t left = *src++;
        int32_t right = *src++;
        *dst++ = (int32_t) ((uint32_t) ((left > > 1) + (right > > 1)) & 0xffffff00ul);
      }
      tud_audio_write((uint8_t *)mic_buf, (uint16_t) (spk_data_size / 2));
      spk_data_size = 0;
    }
  }
}

6 功能验证测试

将uac2_headset 音频设备插入PC，在计算机管理->设备管理器->音频输入和输出里面出现耳机和麦克风两个TinyUSB headset设备证明枚举成功。

图5 设备管理器音频设备

电脑端播放音乐使用抓包工具抓到ISOC的数据包：

图6 ISOC数据包