1）实验平台：alientek 阿波罗 STM32F767 开发板
2）摘自《STM32F7 开发指南(HAL 库版)》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子
第四十八章 音乐*放播**器实验
ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板拥有全双工 I2S，且外扩了一颗 HIFI 级 CODEC 芯片：
WM8978G，支持最高 192K 24BIT 的音频*放播**，并且支持录音（下一章介绍）。本章，我们将
利用探索者 STM32F4 开发板实现一个简单的音乐*放播**器（仅支持 WAV *放播**）。本章分为如下
几个部：
48.1 WAV&WM8978&I2S 简介
48.2 硬件设计
48.3 软件设计
48.4 *载下**验证
48.1 WAV&WM8978&I2S 简介
本章新知识点比较多，包括：WAV、WM8978 和 I2S 等三个知识点。下面我们将分别向大
家介绍。
48.1.1 WAV 简介
WAV 即 WAVE 文件，WAV 是计算机领域最常用的数字化声音文件格式之一，它是微软
专门为 Windows 系统定义的波形文件格式（Waveform Audio），由于其扩展名为"*.wav"。它
符合 RIFF(Resource Interchange File Format)文件规范，用于保存 Windows 平台的音频信息资源，
被 Windows 平台及其应用程序所广泛支持，该格式也支持 MSADPCM，CCITT A LAW 等多种
压缩运算法，支持多种音频数字，取样频率和声道，标准格式化的 WAV 文件和 CD 格式一样，
也是 44.1K 的取样频率，16 位量化数字，因此在声音文件质量和 CD 相差无几！
WAV 一般采用线性 PCM（脉冲编码调制）编码，本章，我们也主要讨论 PCM 的*放播**，
因为这个最简单。
WAV 是由若干个 Chunk 组成的。按照在文件中的出现位置包括：RIFF WAVE Chunk、
Format Chunk、 Fact Chunk(可选)和 Data Chunk。每个 Chunk 由块标识符、数据大小和数
据三部分组成，如图 48.1.1.1 所示：
图 48.1.1.1 Chunk 结构示意图
其中块标识符由 4 个 ASCII 码构成，数据大小则标出紧跟其后的数据的长度（单位为字节），
注意这个长度不包含块标识符和数据大小的长度，即不包含最前面的 8 个字节。所以实际 Chunk
的大小为数据大小加 8。
首先，我们来看看 RIFF 块（RIFF WAVE Chunk），该块以“RIFF”作为标示，紧跟 wav
文件大小（该大小是 wav 文件的总大小-8），然后数据段为“WAVE”，表示是 wav 文件。RIFF
块的 Chunk 结构如下：
//RIFF 块
typedef __packed struct
{
u32 ChunkID;
//chunk id;这里固定为"RIFF",即 0X46464952
u32 ChunkSize ;
//集合大小;文件总大小-8
u32 Format;
//格式;WAVE,即 0X45564157
}ChunkRIFF ;
接着，我们看看 Format 块（Format Chunk），该块以“fmt ”作为标示（注意有个空格！），
一般情况下，该段的大小为 16 个字节，但是有些软件生成的 wav 格式，该部分可能有 18 个字
节，含有 2 个字节的附加信息。Format 块的 Chunk 结构如下：
//fmt 块
typedef __packed struct
{
u32 ChunkID;
//chunk id;这里固定为"fmt ",即 0X20746D66
u32 ChunkSize ;
//子集合大小(不包括 ID 和 Size);这里为:20.
u16 AudioFormat; //音频格式;0X10,表示线性 PCM;0X11 表示 IMA ADPCM
u16 NumOfChannels; //通道数量;1,表示单声道;2,表示双声道;
u32 SampleRate;
//采样率;0X1F40,表示 8Khz
u32 ByteRate;
//字节速率;
u16 BlockAlign;
//块对齐(字节);
u16 BitsPerSample;
//单个采样数据大小;4 位 ADPCM,设置为 4
}ChunkFMT;
接下来，我们再看看 Fact 块（Fact Chunk），该块为可选块，以“fact”作为标示，不是
每个 WAV 文件都有，在非 PCM 格式的文件中，一般会在 Format 结构后面加入一个 Fact 块，
该块 Chunk 结构如下：
//fact 块
typedef __packed struct
{
u32 ChunkID;
//chunk id;这里固定为"fact",即 0X74636166;
u32 ChunkSize ;
//子集合大小(不包括 ID 和 Size);这里为:4.
u32 DataFactSize;
//数据转换为 PCM 格式后的大小
}ChunkFACT;
DataFactSize 是这个 Chunk 中最重要的数据，如果这是某种压缩格式的声音文件，那么从
这里就可以知道他解压缩后的大小。对于解压时的计算会有很大的好处！不过本章我们使用的
是 PCM 格式，所以不存在这个块。
最后，我们来看看数据块（Data Chunk），该块是真正保存 wav 数据的地方，以“data”
'作为该 Chunk 的标示，然后是数据的大小。数据块的 Chunk 结构如下：
//data 块
typedef __packed struct
{
u32 ChunkID;
//chunk id;这里固定为"data",即 0X61746164
u32 ChunkSize ;
//子集合大小(不包括 ID 和 Size);文件大小-60.
}ChunkDATA;
ChunkSize 后紧接着就是 wav 数据。根据 Format Chunk 中的声道数以及采样 bit 数，wav
数据的 bit 位置可以分成如表 48.1.1.1 所示的几种形式：
表 48.1.1.1 WAVE 文件数据采样格式
本章，我们*放播**的音频支持：16 位和 24 位，立体声，所以每个取样为 4/6 个字节，低字
节在前，高字节在后。在得到这些 wav 数据以后，通过 I2S 丢给 WM8978，就可以欣赏音乐了。
48.1.2 WM8978 简介
WM8978 是欧胜（Wolfson）推出的一款全功能音频处理器。它带有一个 HI-FI 级数字信号
处理内核，支持增强 3D 硬件环绕音效，以及 5 频段的硬件均衡器，可以有效改善音质；并有
一个可编程的陷波滤波器，用以去除屏幕开、切换等噪音。
WM8978 同样集成了对麦克风的支持，以及用于一个强悍的扬声器功放，可提供高达
900mW 的高质量音响效果扬声器功率。
一个数字回放限制器可防止扬声器声音过载。WM8978 进一步提升了耳机放大器输出功率，
在推动 16 欧姆耳机的时候，每声道最大输出功率高达 40 毫瓦！可以连接市面上绝大多数适合
随身听的高端 HI-FI 耳机。
WM8988 的主要特性有：
●I2S 接口，支持最高 192K,24bit 音频*放播**
●DAC 信噪比 98dB；ADC 信噪比 90dB
●支持无电容耳机驱动（提供 40mW@16Ω的输出能力）
●支持扬声器输出（提供 0.9W@8Ω的驱动能力）
●支持立体声差分输入/麦克风输入
●支持左右声道音量独立调节
●支持 3D 效果，支持 5 路 EQ 调节
WM8978 的控制通过 I2S 接口（即数字音频接口）同 MCU 进行音频数据传输（支持音频接收
和发送），通过两线（MODE=0，即 IIC 接口）或三线（MODE=1）接口进行配置。WM8978 的 I2S
接口，由 4 个引脚组成：
1，ADCDAT:ADC 数据输出
2，DACDAT：DAC 数据输入
3，LRC：数据左/右对齐时钟
4，BCLK：位时钟，用于同步
WM8978 可作为 I2S 主机，输出 LRC 和 BLCK 时钟，不过我们一般使用 WM8978 作为从机，接
收 LRC 和 BLCK。另外，WM8978 的 I2S 接口支持 5 中不同的音频数据模式：左（MSB）对齐标准、
右（LSB）对齐标准、飞利浦（I2S）标准、DSP 模式 A 和 DSP 模式 B。本章，我们用飞利浦标准
来传输 I2S 数据。
飞利浦（I2S）标准模式，数据在跟随 LRC 传输的 BCLK 的第二个上升沿时传输 MSB，其他
位一直到 LSB 按顺序传输。传输依赖于字长、BCLK 频率和采样率，在每个采样的 LSB 和下一个
采样的 MSB 之间都应该有未用的 BCLK 周期。飞利浦标准模式的 I2S 数据传输协议如图 48.1.2.1
所示：
图 48.1.2.1 飞利浦标准模式 I2S 数据传输图
图中，fs 即音频信号的采样率，比如 44.1Khz，因此可以知道，LRC 的频率就是音频信号
的采样率。另外，WM8978 还需要一个 MCLK，本章我们采用 STM32F4 为其提供 MCLK 时钟，MCLK
的频率必须等于 256fs，也就是音频采样率的 256 倍。
WM8978 的框图如图 48.1.2.2 所示：
图 48.1.2.2 WM8978 框图
从上图可以看出，WM8978 内部有很多的模拟开关，用来选择通道，同时还有很多调节器，
用来设置增益和音量。
本章，我们通过 IIC 接口（MODE=0）连接 WM8978，不过 WM8978 的 IIC 接口比较特殊：
1，只支持写，不支持读数据；2，寄存器长度为 7 位，数据长度为 9 位。3，寄存器字节的最低
位用于传输数据的最高位（也就是 9 位数据的最高位，7 位寄存器的最低位）。WM8978 的 IIC
地址固定为：0X1A。关于 WM8978 的 IIC 详细介绍，请看其数据手册第 77 页。
这里我们简单介绍一下要正常使用 WM8978 来*放播**音乐，应该执行哪些配置。
1，寄存器 R0（00h），该寄存器用于控制 WM8978 的软复位，写任意值到该寄存器地址，
即可实现软复位 WM8978。
2，寄存器 R1（01h），该寄存器主要要设置 BIASEN（bit3），该位设置为 1，模拟部分
的放大器才会工作，才可以听到声音。
3，寄存器 R2（02h），该寄存器要设置 ROUT1EN(bit8)，LOUT1EN(bit7)和 SLEEP(bit6)
等三个位，ROUT1EN 和 LOUT1EN，设置为 1，使能耳机输出，SLEEP 设置为 0，进入正
常工作模式。
4，寄存器 R3（03h），该寄存器要设置 LOUT2EN(bit6)，ROUT2EN(bit5)，RMIXER(bit3)，
LMIXER(bit2)，DACENR(bit1)和 DACENL(bit0)等 6 个位。LOUT2EN 和 ROUT2EN，设置
为 1，使能喇叭输出；LMIXER 和 RMIXER 设置为 1，使能左右声道混合器；DACENL 和
DACENR 则是使能左右声道的 DAC 了，必须设置为 1。
5，寄存器 R4（04h），该寄存器要设置 WL(bit6:5)和 FMT(bit4:3)等 4 个位。WL(bit6:5)用
于设置字长（即设置音频数据有效位数），00 表示 16 位音频，10 表示 24 位音频；FMT(bit4:3)
用于设置 I2S 音频数据格式（模式），我们一般设置为 10，表示 I2S 格式，即飞利浦模式。
6，寄存器 R6（06h），该寄存器我们直接全部设置为 0 即可，设置 MCLK 和 BCLK 都来
自外部，即由 STM32F4 提供。
7，寄存器 R10（0Ah），该寄存器我们要设置 SOFTMUTE(bit6)和 DACOSR128(bit3)等两
个位，SOFTMUTE 设置为 0，关闭软件静音；DACOSR128 设置为 1，DAC 得到最好的 SNR。
8，寄存器 R43（2Bh），该寄存器我们只需要设置 INVROUT2 为 1 即可，反转 ROUT2 输
出，更好的驱动喇叭。
9，寄存器 R49（31h），该寄存器我们要设置 SPKBOOST(bit2)和 TSDEN(bit1)这两个位。
SPKBOOST 用于设置喇叭的增益，我们默认设置为 0 就好了（gain=-1），如想获得更大的
声音，设置为 1（gain=+1.5）即可；TSDEN 用于设置过热保护，设置为 1（开启）即可。
10，寄存器 R50（32h）和 R51（33h），这两个寄存器设置类似，一个用于设置左声道（R50），
另外一个用于设置右声道（R51）。我们只需要设置这两个寄存器的最低位为 1 即可，将
左右声道的 DAC 输出接入左右声道混合器里面，才能在耳机/喇叭听到音乐。
11，寄存器 R52（34h）和 R53（35h），这两个寄存器用于设置耳机音量，同样一个用于
设置左声道（R52），另外一个用于设置右声道（R53）。这两个寄存器的最高位（HPVU）
用于设置是否更新左右声道的音量，最低 6 位用于设置左右声道的音量，我们可以先设置
好两个寄存器的音量值，最后设置其中一个寄存器最高位为 1，即可更新音量设置。
12，寄存器 R54（36h）和 R55（37h），这两个寄存器用于设置喇叭音量，同 R52，R53
设置一模一样，这里就不细说了。
以上，就是我们用 WM8978 *放播**音乐时的设置，按照以上所述，对各个寄存器进行相应的
配置，即可使用 WM8978 正常*放播**音乐了。还有其他一些 3D 设置，EQ 设置等，我们这里就
不再介绍了，大家参考 WM8978 的数据手册自行研究下即可。
48.1.3 I2S 简介
I2S(Inter IC Sound)总线, 又称集成电路内置音频总线，是飞利浦公司为数字音频设备之间
的音频数据传输而制定的一种总线标准，该总线专责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，避免了因时差诱发的失真，为用户节省了购买抵抗音频抖动的专业设备的费用。
STM32F4 自带了 2 个全双工 I2S 接口，其特点包括：
●支持全双工/半双工通信
●主持主/从模式设置
●8 位可编程线性预分频器，可实现精确的音频采样频率(8~192Khz)
●支持 16 位/24 位/32 位数据格式
●数据包帧固定为 16 位（仅 16 位数据帧）或 32 位（可容纳 16/24/32 位数据帧）
●可编程时钟极性
●支持 MSB 对齐（左对齐）、LSB 对齐（右对齐）、飞利浦标准和 PCM 标准等 I2S 协议
●支持 DMA 数据传输（16 位宽）
●数据方向固定位 MSB 在前
●支持主时钟输出（固定为 256*fs，fs 即音频采样率）
STM32F4 的 I2S 框图如图 48.1.3.1 所示：
图 48.1.3.1 I2S 框图
STM32F4 的 I2S 是与 SPI 部分共用的，通过设置 SPI_I2SCFGR 寄存器的 I2SMOD 位即可
开启 I2S 功能，I2S 接口使用了几乎与 SPI 相同的引脚、标志和中断。
I2S 用到的信号有：
1，SD：串行数据（映射到 MOSI 引脚），用于发送或接收两个时分复用的数据通道上的
数据（仅半双工模式）。
2，WS：字选择（映射到 NSS 引脚），即帧时钟，用于切换左右声道的数据。WS 频率等
于音频信号采样率（fs）。
3，CK：串行时钟（映射到 SCK 引脚），即位时钟，是主模式下的串行时钟输出以及从模
式下的串行时钟输入。CK 频率=WS 频率（fs）*2*16（16 位宽），如果是 32 位宽，则是：CK
频率=WS 频率（fs）*2*32（32 位宽）
4，I2S2ext_SD 和 I2S3ext_SD：用于控制 I2S 全双工模式的附加引脚（映射到 MISO 引脚）。
5，MCK：即主时钟输出，当 I2S 配置为主模式（并且 SPI_I2SPR 寄存器中的 MCKOE 位置 1）时，使用此时钟，该时钟输出频率 256×fs，fs 即音频信号采样频率（fs）。
为支持 I2S 全双工模式，除了 I2S2 和 I2S3，还可以使用两个额外的 I2S，它们称为扩展 I2S
（I2S2_ext、I2S3_ext），如图 48.1.3.2：
图 48.1.3.2 I2S 全双工框图
因此，第一个 I2S 全双工接口基于 I2S2 和 I2S2_ext，第二个基于 I2S3 和 I2S3_ext。注意：
I2S2_ext 和 I2S3_ext 仅用于全双工模式。
I2Sx 可以在主模式下工作。因此：
1，只有 I2Sx 可在半双工模式下输出 SCK 和 WS
2，只有 I2Sx 可在全双工模式下向 I2S2_ext 和 I2S3_ext 提供 SCK 和 WS。
扩展 I2S (I2Sx_ext)只能用于全双工模式。I2Sx_ext 始终在从模式下工作。I2Sx 和 I2Sx_ext
均可用于发送和接收。
STM32F4 的 I2S 支持 4 种数据和帧格式组合，分别是：1，将 16 位数据封装在 16 位帧中；
2，将 16 位数据封装在 32 位帧中；3，将 24 位数据封装在 32 位帧中；4，将 32 位数据封装在
32 位帧中。
将 16 位数据封装在 32 位帧中时，前 16 位(MSB)为有效位，16 位 LSB 被强制清零，无需
任何软件操作或 DMA 请求（只需一个读/写操作）。如果应用程序首选 DMA，则 24 位和 32
位数据帧需要对 SPI_DR 执行两次 CPU 读取或写入操作，或者需要两次 DMA 操作。24 位的数
据帧，硬件会将 8 位非有效位扩展到带有 0 位的 32 位。
对于所有数据格式和通信标准而言，始终会先发送最高有效位（MSB 优先）。
STM32F4 的 I2S 支持：MSB 对齐（左对齐）标准、LSB 对齐（右对齐）标准、飞利浦标准和
PCM 标准等 4 种音频标准，本章我们用飞利浦标准，仅针对该标准进行介绍，其他的请大家参
考《STM32F4xx 中文参考手册》第 27.4 节。
I2S 飞利浦标准，使用 WS 信号来指示当前正在发送的数据所属的通道。该信号从当前通道
数据的第一个位(MSB)之前的一个时钟开始有效。发送方在时钟信号(CK)的下降沿改变数据，接
收方在上升沿读取数据。WS 信号也在 CK 的下降沿变化。这和我们 48.1.2 节介绍的是一样的。
本章我们使用 16 位/24 位数据格式，16 位时采用扩展帧格式（即将 16 位数据封装在 32 位
帧中），以 24 位帧为例，I2S 波形（飞利浦标准）如图 48.1.3.3 所示：
图 48.1.3.3 I2S 飞利浦标准 24 位帧格式波形
这个图和图 48.1.2.1 是一样的时序，在 24 位模式下数据传输，需要对 SPI_DR 执行两次读
取或写入操作。比如我们要发送 0X8EAA33 这个数据，就要分两次写入 SPI_DR，第一次写入：
0X8EAA，第二次写入 0X33xx（xx 可以为任意数值），这样就把 0X8EAA33 发送出去了。
顺便说一下 SD 卡读取到的 24 位 WAV 数据流，是低字节在前，高字节在后的，比如，我们
读到一个声道的数据（24bit），存储在 buf[3]里面，那么要通过 SPI_DR 发送这个 24 位数据，
过程如下：
SPI_DR=((u16)buf[2]<<8)+buf[1];
SPI_DR=(u16)buf[0]<<8;
这样，第一次发送高 16 为数据，第二次发送低 8 位数据，完成一次 24bit 数据的发送。
接下来，我们介绍下 STM32F4 的 I2S 时钟发生器，其架构如图 48.1.3.4 所示：
图 48.1.3.4 I2S 时钟发生器架构
图中 I2SxCLK 可以来自 PLLI2S 输出（通过 R 系数分频）或者来自外部时钟（I2S_CKIN
引脚），一般我们使用前者作为 I2SxCLK 输入时钟。
一般我们需要根据音频采样率（fs，即 CK 的频率）来计算各个分频器的值，常用的音频
采样率有：22.05Khz、44.1Khz、48Khz、96Khz、196Khz 等。
根据是否使能 MCK 输出，fs 频率的计算公式有 2 种情况。不过，本章只考虑 MCK 输出
使能时的情况，当 MCK 输出使能时，fs 频率计算公式如下：
fs=I2SxCLK/[256*(2*I2SDIV+ODD)]
其中：I2SxCLK=(HSE/pllm)*PLLI2SN/PLLI2SR。HSE 我们是 8Mhz，而 pllm 在系统时钟
初始化就确定了，是 8，这样结合以上 2 式，可得计算公式如下：
fs= (1000*PLLI2SN/PLLI2SR )/[256*(2*I2SDIV+ODD)]
fs 单位是：Khz。其中：PLL2SN 取值范围：192~432；PLLI2SR 取值范围：2~7；I2SDIV
取值范围：2~255；ODD 取值范围：0/1。根据以上约束条件，我们便可以根据 fs 来设置各个系
数的值了，不过很多时候，并不能取得和 fs 一模一样的频率，只能近似等于 fs，比如 44.1Khz
采样率，我们设置 PLL2SN=271，PLL2SR=2，I2SDIV=6，ODD=0，得到 fs=44.108073Khz，误
差为：0.0183%。晶振频率决定了有时无法通过分频得到我们所要的 fs，所以，某些 fs 如果要
实现 0 误差，大家必须得选用外部时钟才可以。
如果要通过程序去计算这些系数的值，是比较麻烦的，所以，我们事先计算好常用 fs 对应
的系数值，建立一个表，这样，用的时候，只需要查表取值就可以了，大大简化了代码，常用
fs 对应系数表如下：
//表格式:采样率/10,PLLI2SN,PLLI2SR,I2SDIV,ODD
const u16 I2S_PSC_TBL[][5]=
{
{800 ,256,5,12,1},
//8Khz 采样率
{1102,429,4,19,0},
//11.025Khz 采样率
{1600,213,2,13,0},
//16Khz 采样率
{2205,429,4, 9,1},
//22.05Khz 采样率
{3200,213,2, 6,1},
//32Khz 采样率
{4410,271,2, 6,0},
//44.1Khz 采样率
{4800,258,3, 3,1},
//48Khz 采样率
{8820,316,2, 3,1},
//88.2Khz 采样率
{9600,344,2, 3,1},
//96Khz 采样率
{17640,361,2,2,0}, //176.4Khz 采样率
{19200,393,2,2,0}, //192Khz 采样率
};
有了上面的 fs-系数对应表，我们可以很方便的完成 I2S 的时钟配置。
接下来，我们看看本章需要用到的一些相关寄存器。
首先，是 SPI_I2S 配置寄存器：SPI_I2SCFGR，该寄存器各位描述如图 48.1.3.5 所示：
图 48.1.3.5 寄存器 SPI_I2SCFGR 各位描述
I2SMOD 位，设置为 1，选择 I2S 模式，注意，必须在 I2S/SPI 禁止的时候，设置该位。
I2SE 位，设置为 1，使能 I2S 外设，该位必须在 I2SMOD 位设置之后再设置。
I2SCFG[1:0]位， 这两个位用于配置 I2S 模式，设置为 10，选择主模式（发送）。
I2SSTD[1:0]位，这两个位用于选择 I2S 标准，设置为 00，选择飞利浦模式。
CKPOL 位，用于设置空闲时时钟电平，设置为 0，空闲时时钟低电平。
DATLEN[1:0]位，用于设置数据长度，00，表示 16 位数据；01 表示 24 位数据。
CHLEN 位，用于设置通道长度，即帧长度，0，表示 16 位；1，表示 32 位。
第二个是 SPI_I2S 预分配器寄存器：SPI_I2SPR，该寄存器各位描述如图 48.1.3.6 所示：
图 48.1.3.6 寄存器 SPI_ I2SPR 各位描述
本章我们设置 MCKOE 为 1，开启 MCK 输出，ODD 和 I2SDIV 则根据不同的 fs，查表进
行设置。
第三个是 PLLI2S 配置寄存器：RCC_PLLI2SCFGR，该寄存器各位描述如图 48.1.3.7 所示：
图 48.1.3.7 寄存器 RCC_ PLLI2SCFGR 各位描述
该寄存器用于配置 PLLI2SR 和 PLLI2SN 两个系数，PLLI2SR 的取值范围是：2~7，PLLI2SN
的取值范围是：192~432。同样，这两个也是根据 fs 的值来设置的。
此外，还要用到 SPI_CR2 寄存器的 bit1 位，设置 I2S TX DMA 数据传输，SPI_DR 寄存器
用于传输数据，本章用 DMA 来传输，所以直接设置 DMA 的外设地址位 SPI_DR 即可。
最后，我们看看要通过 STM32F4 的 I2S，驱动 WM8978 *放播**音乐的简要步骤。这里需要
说明一下，I2S 相关的库函数申明和定义在 stm32f4xx_hal_i2s.c/ stm32f4xx_hal_i2s_ex.c 以及头
文件 stm32f4xx_hal_i2s.h/ stm32f4xx_hal_i2s_ex.h 中。具体步骤如下：
1）初始化 WM8978
这个过程就是在 48.1.2 节最后那十几个寄存器的配置，包括软复位、DAC 设置、输出设置
和音量设置等。在我们实验工程中是在文件 wm8978.c 中，大家可以打开实验工程参考。
2）初始化 I2S
此过程主要设置 SPI_I2SCFGR 寄存器，设置 I2S 模式、I2S 标准、时钟空闲电平和数据帧
长等，最后开启 I2S TX DMA，使能 I2S 外设。在库函数中初始化 I2S 调用的函数为：
HAL_StatusTypeDef HAL_I2S_Init(I2S_HandleTypeDef *hi2s)
我们主要讲解结构体 I2S_HandleTypeDef 各个成员变量的含义。结构体 I2S_HandleTypeDef
的定义为：
typedef struct __I2S_HandleTypeDef
{
SPI_TypeDef
*Instance;
I2S_InitTypeDef
Init;
uint16_t
*pTxBuffPtr;
__IO uint16_t
TxXferSize;
__IO uint16_t
TxXferCount;
uint16_t
*pRxBuffPtr;
__IO uint16_t
RxXferSize;
__IO uint16_t
RxXferCount;
void (*IrqHandlerISR)(struct __I2S_HandleTypeDef *hi2s);
DMA_HandleTypeDef *hdmatx;
DMA_HandleTypeDef *hdmarx;
__IO HAL_LockTypeDef Lock;
__IO HAL_I2S_StateTypeDef
State;
__IO uint32_t
ErrorCode;
} I2S_HandleTypeDef;
3）解析 WAV 文件，获取音频信号采样率和位数并设置 I2S 时钟分频器
这里，要先解析 WAV 文件，取得音频信号的采样率（fs）和位数（16 位或 32 位），根据
这两个参数，来设置 I2S 的时钟分频，这里我们用前面介绍的查表法来设置即可。这是我们单
独写了一个设置频率的函数为 I2S2_SampleRate_Set，我们后面程序章节会讲解。
4）设置 DMA
I2S *放播**音频的时候，一般都是通过 DMA 来传输数据的，所以必须配置 DMA，本章我们
用 I2S2，其 TX 是使用的 DMA1 数据流 4 的通道 0 来传输的。并且，STM32F4 的 DMA 具有双
缓冲机制，这样可以提高效率，大大方便了我们的数据传输，本章将 DMA1 数据流 4 设置为：
双缓冲循环模式，外设和存储器都是 16 位宽，并开启 DMA 传输完成中断（方便填充数据）。
DMA 具体配置过程请参考我们光盘工程代码，前面 DMA 实验我们已经讲解过 DMA 相关配置
过程。
5）编写 DMA 传输完成中断服务函数
为了方便填充音频数据，我们使用 DMA 传输完成中断，每当一个缓冲数据发送完后，硬
件自动切换为下一个缓冲，同时进入中断服务函数，填充数据到发送完的这个缓冲。过程如图
48.1.3.8 所示：
图 48.1.3.8 DMA 双缓冲发送音频数据流框图
6）开启 DMA 传输，填充数据
最后，我们就只需要开启 DMA 传输，然后及时填充 WAV 数据到 DMA 的两个缓存区即
可。此时，就可以在 WM8978 的耳机和喇叭通道听到所*放播**音乐了。操作方法为：
__HAL_DMA_ENABLE(&I2S2_TXDMA_Handler);//开启 DMA TX 传输
48.2 硬件设计
本章实验功能简介：开机后，先初始化各外设，然后检测字库是否存在，如果检测无问题，
则开始循环*放播** SD 卡 MUSIC 文件夹里面的歌曲（必须在 SD 卡根目录建立一个 MUSIC 文件
夹，并存放歌曲（仅支持 wav 格式）在里面），在 TFTLCD 上显示歌曲名字、*放播**时间、歌
曲总时间、歌曲总数目、当前歌曲的编号等信息。KEY0 用于选择下一曲，KEY2 用于选择上
一曲，KEY_UP 用来控制暂停/继续*放播**。DS0 还是用于指示程序运行状态。
本实验用到的资源如下：
1） 指示灯 DS0
2） 三个按键（KEY_UP/KEY0/KEY1）
3） 串口
4） TFTLCD 模块
5） SD 卡
6） SPI FLASH
7） WM8978
8） I2S2
这些硬件我们都已经介绍过了，不过 WM8978 和 STM32F4 的连接，还没有介绍，连接如
图 48.2.1 所示：
图 48.2.1 WM8978 与 STM32F4 连接原理图
图中，PHONE 接口，可以用来插耳机，P1 接口，可以外接喇叭（1W@8Ω，需自备）。硬
件上，IIC 接口和 24C02，MPU6050 等共用，另外 I2S_MCLK 和 DCMI_D0 共用，所以 I2S 和
DCMI 不可以同时使用。
本实验，大家需要准备 1 个 SD 卡（在里面新建一个 MUSIC 文件夹，并存放一些 wav 歌
曲在 MUSIC 文件夹下）和一个耳机（或喇叭），分别插入 SD 卡接口和耳机接口（喇叭接 P1
接口），然后*载下**本实验就可以通过耳机来听歌了。
48.3 软件设计
打开本章实验工程目录可以看到，我们在工程根目录文件夹下新建 APP 和 AUDIOCODEC
两个文件夹。在 APP 文件夹里面新建了 audioplay.c 和 audioplay.h 两个文件。在 AUDIOCODEC
文件夹里面新建了 wav 文件夹，然后在其中新建了 wavplay.c 和 wavplay.h 两个文件。同时，我
们把相关的源文件引入工程相应分组，同时将 APP 和 wav 文件夹加入头文件包含路径。
然后，我们在 HARDWARE 文件夹下新建了 WM8978 和 I2S 两个文件夹，在 WM8978 文
件夹里面新建了 wm8978.c 和 wm8978.h 两个文件，在 I2S 文件夹里面新建了 i2s.c 和 i2s.h 两个
文件。
最后将 wm8978.c 和 i2s.c 添加到工程 HARDWARE 组下。同时相应的头文件加入到 PATH
中。
本章代码比较多，我们就不全部贴出来给大家介绍了，这里仅挑一些重点函数给大家介绍
下。首先是 i2s.c 里面，重点函数代码如下：
I2S_HandleTypeDef I2S2_Handler;
//I2S2 句柄
DMA_HandleTypeDef I2S2_TXDMA_Handler;
//I2S2 发送 DMA 句柄
void I2S2_Init(u32 I2S_Standard,u32 I2S_Mode,u32 I2S_Clock_Polarity,u32 I2S_DataFormat)
{
I2S2_Handler.Instance=SPI2;
I2S2_Handler.Init.Mode=I2S_Mode;
//IIS 模式
I2S2_Handler.Init.Standard=I2S_Standard;
//IIS 标准
I2S2_Handler.Init.DataFormat=I2S_DataFormat;
//IIS 数据长度
I2S2_Handler.Init.MCLKOutput=I2S_MCLKOUTPUT_ENABLE; //主时钟输出使能
I2S2_Handler.Init.AudioFreq=I2S_AUDIOFREQ_DEFAULT;
//IIS 频率设置
I2S2_Handler.Init.CPOL=I2S_Clock_Polarity;
//空闲状态时钟电平
I2S2_Handler.Init.ClockSource=I2S_CLOCK_PLL;
//IIS 时钟源为 PLL
HAL_I2S_Init(&I2S2_Handler);
SPI2->CR2|=1<<1;
//SPI2 TX DMA 请求使能.
__HAL_I2S_ENABLE(&I2S2_Handler);
//使能 I2S2
}
//I2S 底层驱动，时钟使能，引脚配置，DMA 配置
//此函数会被 HAL_I2S_Init()调用
//hi2s:I2S 句柄
void HAL_I2S_MspInit(I2S_HandleTypeDef *hi2s)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
__HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE();
//使能 SPI2/I2S2 时钟
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
//使能 GPIOB 时钟
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
//使能 GPIOC 时钟
//初始化 PB12/13
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_12|GPIO_PIN_13;
GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP;
//推挽复用
GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP; //上拉
GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_HIGH;
//高速
GPIO_Initure.Alternate=GPIO_AF5_SPI2;
//复用为 SPI/I2S
HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initure);
//初始化
//初始化 PC2/PC3/PC6
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_6;
HAL_GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_Initure);
//初始化
}
//采样率计算公式:Fs=I2SxCLK/[256*(2*I2SDIV+ODD)]
//I2SxCLK=(HSE/pllm)*PLLI2SN/PLLI2SR
//一般 HSE=8Mhz
//pllm:在 Sys_Clock_Set 设置的时候确定，一般是 8
//PLLI2SN:一般是 192~432
//PLLI2SR:2~7
//I2SDIV:2~255
//ODD:0/1
//I2S 分频系数表@pllm=8,HSE=8Mhz,即 vco 输入频率为 1Mhz
//表格式:采样率/10,PLLI2SN,PLLI2SR,I2SDIV,ODD
const u16 I2S_PSC_TBL[][5]=
{
……//省略部分代码，见 48.1.3 节介绍
};
//开启 I2S 的 DMA 功能,HAL 库没有提供此函数
//因此我们需要自己操作寄存器编写一个
void I2S_DMA_Enable(void)
{
u32 tempreg=0;
tempreg=SPI2->CR2; //先读出以前的设置
tempreg|=1<<1;
//使能 DMA
SPI2->CR2=tempreg;
//写入 CR1 寄存器中
}
//设置 SAIA 的采样率(@MCKEN)
//samplerate:采样率,单位:Hz
//返回值:0,设置成功;1,无法设置.
u8 I2S2_SampleRate_Set(u32 samplerate)
{
u8 i=0;
u32 tempreg=0;
RCC_PeriphCLKInitTypeDef RCCI2S2_ClkInitSture;
for(i=0;i<(sizeof(I2S_PSC_TBL)/10);i++)//看看改采样率是否可以支持
{
if((samplerate/10)==I2S_PSC_TBL[i][0])break;
}
if(i==(sizeof(I2S_PSC_TBL)/10))return 1;//搜遍了也找不到
RCCI2S2_ClkInitSture.PeriphClockSelection=RCC_PERIPHCLK_I2S;//外设时钟源选择
RCCI2S2_ClkInitSture.PLLI2S.PLLI2SN=(u32)I2S_PSC_TBL[i][1]; //设置 PLLI2SN
RCCI2S2_ClkInitSture.PLLI2S.PLLI2SR=(u32)I2S_PSC_TBL[i][2]; //设置 PLLI2SR
HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCCI2S2_ClkInitSture); //设置时钟
RCC->CR|=1<<26;
//开启 I2S 时钟
while((RCC->CR&1<<27)==0);
//等待 I2S 时钟开启成功.
tempreg=I2S_PSC_TBL[i][3]<<0;
//设置 I2SDIV
tempreg|=I2S_PSC_TBL[i][4]<<8;
//设置 ODD 位
tempreg|=1<<9;
//使能 MCKOE 位,输出 MCK
SPI2->I2SPR=tempreg;
//设置 I2SPR 寄存器
return 0;
}
//I2S2 TX DMA 配置
//设置为双缓冲模式,并开启 DMA 传输完成中断
//buf0:M0AR 地址.
//buf1:M1AR 地址.
//num:每次传输数据量
void I2S2_TX_DMA_Init(u8* buf0,u8 *buf1,u16 num)
{
__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE(); //使能 DMA1 时钟
__HAL_LINKDMA(&I2S2_Handler,hdmatx,I2S2_TXDMA_Handler);
//将 DMA 与 I2S 联系起来
I2S2_TXDMA_Handler.Instance=DMA1_Stream4; //DMA1 数据流 4
I2S2_TXDMA_Handler.Init.Channel=DMA_CHANNEL_0; //通道 0
I2S2_TXDMA_Handler.Init.Direction=DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
//存储器到外设模式
I2S2_TXDMA_Handler.Init.PeriphInc=DMA_PINC_DISABLE;
//外设非增量模式
I2S2_TXDMA_Handler.Init.MemInc=DMA_MINC_ENABLE;
//存储器增量模式
I2S2_TXDMA_Handler.Init.PeriphDataAlignment=DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;
//外设数据长度:16 位
I2S2_TXDMA_Handler.Init.MemDataAlignment=DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;
//存储器数据长度:16 位
I2S2_TXDMA_Handler.Init.Mode=DMA_CIRCULAR; //使用循环模式
I2S2_TXDMA_Handler.Init.Priority=DMA_PRIORITY_HIGH; //高优先级
I2S2_TXDMA_Handler.Init.FIFOMode=DMA_FIFOMODE_DISABLE;//不使用 FIFO
I2S2_TXDMA_Handler.Init.MemBurst=DMA_MBURST_SINGLE;
//存储器单次突发传输
I2S2_TXDMA_Handler.Init.PeriphBurst=DMA_PBURST_SINGLE; //外设突发单次传输
HAL_DMA_DeInit(&I2S2_TXDMA_Handler); //先清除以前的设置
HAL_DMA_Init(&I2S2_TXDMA_Handler); //初始化 DMA
HAL_DMAEx_MultiBufferStart(&I2S2_TXDMA_Handler,(u32)buf0,
(u32)&SPI2->DR,(u32)buf1,num);//开启双缓冲
__HAL_DMA_DISABLE(&I2S2_TXDMA_Handler); //先关闭 DMA
delay_us(10); //10us 延时，防止-O2 优化出问题
__HAL_DMA_ENABLE_IT(&I2S2_TXDMA_Handler,DMA_IT_TC);
//开启传输完成中断
__HAL_DMA_CLEAR_FLAG(&I2S2_TXDMA_Handler,DMA_FLAG_TCIF0_4);
//清除 DMA 传输完成中断标志位
HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Stream4_IRQn,0,0); //DMA 中断优先级
HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Stream4_IRQn);
}
//I2S DMA 回调函数指针
void (*i2s_tx_callback)(void);
//TX 回调函数
//DMA1_Stream4 中断服务函数
void DMA1_Stream4_IRQHandler(void)
{
if(__HAL_DMA_GET_FLAG(&I2S2_TXDMA_Handler,DMA_FLAG_TCIF0_4)
!=RESET) //DMA 传输完成
{
__HAL_DMA_CLEAR_FLAG(&I2S2_TXDMA_Handler,DMA_FLAG_TCIF0_4);
//清除 DMA 传输完成中断标志位
i2s_tx_callback(); //执行回调函数,读取数据等操作在这里面处理
}
}
//I2S 开始*放播**
void I2S_Play_Start(void)
{
__HAL_DMA_ENABLE(&I2S2_TXDMA_Handler);//开启 DMA TX 传输
}
//关闭 I2S *放播**
void I2S_Play_Stop(void)
{
__HAL_DMA_DISABLE(&I2S2_TXDMA_Handler);//结束*放播**;
}
其中，I2S2_Init 完成 I2S2 的初始化，通过 4 个参数设置 I2S2 的详细配置信息。另外一个
函数：I2S2_SampleRate_Set，则是用前面介绍的查表法，根据音频采样率来设置 I2S 的时钟部
分。函数 I2S2_TX_DMA_Init，用于设置 I2S2 的 DMA 发送，使用双缓冲循环模式，发送数据
给 WM8978，并开启了发送完成中断。而 DMA1_Stream4_IRQHandler 函数，则是 DMA1 数据
流 4 发送完成中断的服务函数，该函数调用 i2s_tx_callback 函数（函数指针，使用前需指向特
定函数）实现 DMA 数据填充。在 i2s.c 里面，还有 2 个函数：I2S_Play_Start 和 I2S_Play_Stop，
用于开启和关闭 DMA 传输，这里我们没贴出来了，请大家参考光盘本例程源码。
再来看 wm8978.c 里面的几个函数，代码如下：
//WM8978 初始化
//返回值:0,初始化正常
// 其他,错误代码
u8 WM8978_Init(void)
{
u8 res;
IIC_Init();//初始化 IIC 接口
res=WM8978_Write_Reg(0,0);
//软复位 WM8978
if(res)return 1;
//发送指令失败,WM8978 异常
//以下为通用设置
WM8978_Write_Reg(1,0X1B); //R1,MICEN 设置为 1(MIC 使能),BIASEN 设置为 1
//(模拟器工作),VMIDSEL[1:0]设置为:11(5K)
WM8978_Write_Reg(2,0X1B0); //R2,ROUT1,LOUT1 输出使能(耳机可以工作)
//,BOOSTENR,BOOSTENL 使能
WM8978_Write_Reg(3,0X6C); //R3,LOUT2,ROUT2,喇叭输出,RMIX,LMIX 使能
WM8978_Write_Reg(6,0);
//R6,MCLK 由外部提供
WM8978_Write_Reg(43,1<<4); //R43,INVROUT2 反向,驱动喇叭
WM8978_Write_Reg(47,1<<8); //R47 设置,PGABOOSTL,左通道 MIC 获得 20 倍增益
WM8978_Write_Reg(48,1<<8); //R48 设置,PGABOOSTR,右通道 MIC 获得 20 倍增益
WM8978_Write_Reg(49,1<<1); //R49,TSDEN,开启过热保护
WM8978_Write_Reg(10,1<<3); //R10,SOFTMUTE 关闭,128x 采样,最佳 SNR
WM8978_Write_Reg(14,1<<3); //R14,ADC 128x 采样率
return 0;
}
//WM8978 DAC/ADC 配置
//adcen:adc 使能(1)/关闭(0)
//dacen:dac 使能(1)/关闭(0)
void WM8978_ADDA_Cfg(u8 dacen,u8 adcen)
{
u16 regval;
regval=WM8978_Read_Reg(3); //读取 R3
if(dacen)regval|=3<<0;
//R3 最低 2 个位设置为 1,开启 DACR&DACL
else regval&=~(3<<0);
//R3 最低 2 个位清零,关闭 DACR&DACL.
WM8978_Write_Reg(3,regval); //设置 R3
regval=WM8978_Read_Reg(2); //读取 R2
if(adcen)regval|=3<<0;
//R2 最低 2 个位设置为 1,开启 ADCR&ADCL
else regval&=~(3<<0);
//R2 最低 2 个位清零,关闭 ADCR&ADCL.
WM8978_Write_Reg(2,regval); //设置 R2
}
//WM8978 输出配置
//dacen:DAC 输出(放音)开启(1)/关闭(0)
//bpsen:Bypass 输出(录音,包括 MIC,LINE IN,AUX 等)开启(1)/关闭(0)
void WM8978_Output_Cfg(u8 dacen,u8 bpsen)
{
u16 regval=0;
if(dacen)regval|=1<<0; //DAC 输出使能
if(bpsen)
{
regval|=1<<1;
//BYPASS 使能
regval|=5<<2;
//0dB 增益
}
WM8978_Write_Reg(50,regval);//R50 设置
WM8978_Write_Reg(51,regval);//R51 设置
}
//设置 I2S 工作模式
//fmt:0,LSB(右对齐);1,MSB(左对齐);2,飞利浦标准 I2S;3,PCM/DSP;
//len:0,16 位;1,20 位;2,24 位;3,32 位;
void WM8978_I2S_Cfg(u8 fmt,u8 len)
{
fmt&=0X03;
len&=0X03;//限定范围
WM8978_Write_Reg(4,(fmt<<3)|(len<<5)); //R4,WM8978 工作模式设置
}
以上代码 WM8978_Init 用于初始化 WM8978，这里只是通用配置（ADC&DAC），初始化
之后，并不能正常*放播**音乐，还需要通过 WM8978_ADDA_Cfg 函数，使能 DAC，然后通过
WM8978_Output_Cfg 选择 DAC 输出，通过 WM8978_I2S_Cfg 配置 I2S 工作模式，最后设置音
量才可以接收 I2S 音频数据，实现音乐*放播**。这里设置音量、EQ、音效等函数，没有贴出了，
请大家参考光盘本例程源码。
接下来，看看 wavplay.c 里面的几个函数，代码如下：
__wavctrl wavctrl;
//WAV 控制结构体
vu8 wavtransferend=0; //i2s 传输完成标志
vu8 wavwitchbuf=0;
//i2sbufx 指示标志
//WAV 解析初始化
//fname:文件路径+文件名
//wavx:wav 信息存放结构体指针
//返回值:0,成功;1,打开文件失败;2,非 WAV 文件;3,DATA 区域未找到.
u8 wav_decode_init(u8* fname,__wavctrl* wavx)
{
FIL*ftemp; u32 br=0;
u8 *buf; u8 res=0;
ChunkRIFF *riff; ChunkFMT *fmt;
ChunkFACT *fact; ChunkDATA *data;
ftemp=(FIL*)mymalloc(SRAMIN,sizeof(FIL));
buf=mymalloc(SRAMIN,512);
if(ftemp&&buf)
//内存申请成功
{
res=f_open(ftemp,(TCHAR*)fname,FA_READ);//打开文件
if(res==FR_OK)
{
f_read(ftemp,buf,512,&br); //读取 512 字节在数据
riff=(ChunkRIFF *)buf;
//获取 RIFF 块
if(riff->Format==0X45564157)//是 WAV 文件
{
fmt=(ChunkFMT *)(buf+12);//获取 FMT 块
fact=(ChunkFACT *)(buf+12+8+fmt->ChunkSize);//读取 FACT 块
if(fact->ChunkID==0X74636166||fact->ChunkID==0X5453494C)
wavx->datastart=12+8+fmt->ChunkSize+8+fact->ChunkSize;
//具有 fact/LIST 块的时候(未测试)
else wavx->datastart=12+8+fmt->ChunkSize;
data=(ChunkDATA *)(buf+wavx->datastart);
//读取 DATA 块
if(data->ChunkID==0X61746164)//解析成功!
{
wavx->audioformat=fmt->AudioFormat;
//音频格式
wavx->nchannels=fmt->NumOfChannels; //通道数
wavx->samplerate=fmt->SampleRate;
//采样率
wavx->bitrate=fmt->ByteRate*8;
//得到位速
wavx->blockalign=fmt->BlockAlign;
//块对齐
wavx->bps=fmt->BitsPerSample;
//位数,16/24/32 位
wavx->datasize=data->ChunkSize;
//数据块大小
wavx->datastart=wavx->datastart+8;
//数据流开始的地方.
}else res=3;//data 区域未找到.
}else res=2;//非 wav 文件
}else res=1;//打开文件错误
}
f_close(ftemp);
myfree(SRAMIN,ftemp); myfree(SRAMIN,buf); //释放内存
return 0;
}
//填充 buf
//buf:数据区
//size:填充数据量
//bits:位数(16/24)
//返回值:读到的数据个数
u32 wav_buffill(u8 *buf,u16 size,u8 bits)
{
u16 readlen=0; u32 bread;
u16 i; u8 *p;
if(bits==24)//24bit 音频,需要处理一下
{
readlen=(size/4)*3;
//此次要读取的字节数
f_read(audiodev.file,audiodev.tbuf,readlen,(UINT*)&bread);
//读取数据
p=audiodev.tbuf;
for(i=0;i<size;)
{
buf[i++]=p[1]; buf[i]=p[2];
i+=2; buf[i++]=p[0];
p+=3;
}
bread=(bread*4)/3;
//填充后的大小.
}else
{
f_read(audiodev.file,buf,size,(UINT*)&bread);//16bit 音频,直接读取数据
if(bread<size) for(i=bread;i<size-bread;i++)buf[i]=0;//不够数据了,补充 0
}
return bread;
}
//WAV *放播**时,I2S DMA 传输回调函数
void wav_i2s_dma_tx_callback(void)
{
u16 i;
if(DMA1_Stream4->CR&(1<<19))
{
wavwitchbuf=0;
if((audiodev.status&0X01)==0) //暂停
for(i=0;i<WAV_I2S_TX_DMA_BUFSIZE;i++)audiodev.i2sbuf1[i]=0;//填 0
}else
{
wavwitchbuf=1;
if((audiodev.status&0X01)==0) //暂停
for(i=0;i<WAV_I2S_TX_DMA_BUFSIZE;i++)audiodev.i2sbuf2[i]=0;//填 0
}
wavtransferend=1;
}
//*放播**某个 WAV 文件
//fname:wav 文件路径.
//返回值:
//KEY0_PRES:下一曲
//KEY1_PRES:上一曲
//其他:错误
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);//飞利浦标准,16 位数据长度
I2S2_Init(I2S_Standard_Phillips,I2S_Mode_MasterTx,I2S_CPOL_Low,
I2S_DataFormat_16bextended);
//飞利浦标准,主机发送,时钟低电平,16 位扩展帧长度
}else if(wavctrl.bps==24)
{
WM8978_I2S_Cfg(2,2);//飞利浦标准,24 位数据长度
I2S2_Init(I2S_Standard_Phillips,I2S_Mode_MasterTx,I2S_CPOL_Low,
I2S_DataFormat_24b);//飞利浦标准,主机发送,时钟低,24 位扩展帧长度
}
I2S2_SampleRate_Set(wavctrl.samplerate);//设置采样率
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;//回调函数指 wav_i2s_dma_callback
audio_stop();
res=f_open(audiodev.file,(TCHAR*)fname,FA_READ);//打开文件
if(res==0)
{
f_lseek(audiodev.file, wavctrl.datastart);//跳过文件头
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 传输完成;
wavtransferend=0;
if(fillnum!=WAV_I2S_TX_DMA_BUFSIZE)//*放播**结束?
{ 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)//暂停
{
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*放播**和总时间
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); myfree(SRAMIN,audiodev.file);
//释放内存
myfree(SRAMIN,audiodev.i2sbuf1); myfree(SRAMIN,audiodev.i2sbuf2); //释放内存
return res;
}
以上，wav_decode_init 函数，用来对 wav 文件进行解析，得到 wav 的详细信息（音频采样
率，位数，数据流起始位置等）；wav_buffill 函数，用 f_read 读取数据，填充数据到 buf 里面，
注意 24 位音频的时候，读出的数据需要经过转换后才填充到 buf；wav_i2s_dma_tx_callback 函
数，则是 DMA 发送完成的回调函数（i2s_tx_callback 函数指针指向该函数），这里面，我们并
没有对数据进行填充处理（暂停时进行了填 0 处理），而是采用 2 个标志量：wavtransferend 和
wavwitchbuf，来告诉 wav_play_song 函数是否传输完成，以及应该填充哪个数据 buf（i2sbuf1
或 i2sbuf2）；
最后，wav_play_song 函数，是*放播** WAV 的最终执行函数，该函数解析完 WAV 文件后，
设置 WM8978 和 I2S 的参数（采样率，位数等），并开启 DMA，然后不停填充数据，实现 WAV
*放播**，该函数还进行了按键扫描控制，实现上下取切换和暂停/*放播**等操作。该函数通过判断
wavtransferend 是否为 1 来处理是否应该填充数据，而到底填充到哪个 buf（i2sbuf1 或 i2sbuf2），
则是通过 wavwitchbuf 标志来确定的，当 wavwitchbuf=0 时，说明 DMA 正在使用 i2sbuf2，程
序应该填充 i2sbuf1；当 wavwitchbuf=1 时，说明 DMA 正在使用 i2sbuf1，程序应该填充 i2sbuf2；
接下来，看看 audioplay.c 里面的几个函数，代码如下：
//*放播**音乐
void audio_play(void)
{
u8 res; u8 key;u16 temp;
DIR wavdir;
//目录
FILINFO wavfileinfo; //文件信息
u8 *fn;
//长文件名
u8 *pname;
//带路径的文件名
u16 totwavnum;
//音乐文件总数
u16 curindex;
//图片当前索引
u16 *wavindextbl;
//音乐索引表
WM8978_ADDA_Cfg(1,0); //开启 DAC
WM8978_Input_Cfg(0,0,0);//关闭输入通道
WM8978_Output_Cfg(1,0); //开启 DAC 输出
while(f_opendir(&wavdir,"0:/MUSIC"))//打开音乐文件夹
{
Show_Str(60,190,240,16,"MUSIC 文件夹错误!",16,0); delay_ms(200);
LCD_Fill(60,190,240,206,WHITE); delay_ms(200);//清除显示
}
totwavnum=audio_get_tnum("0:/MUSIC"); //得到总有效文件数
while(totwavnum==NULL)//音乐文件总数为 0
{
Show_Str(60,190,240,16,"没有音乐文件!",16,0); delay_ms(200);
LCD_Fill(60,190,240,146,WHITE); delay_ms(200); //清除显示
}
wavfileinfo.lfsize=_MAX_LFN*2+1;
//长文件名最大长度
wavfileinfo.lfname=mymalloc(SRAMIN,wavfileinfo.lfsize);//为长文件缓存区分配内存
pname=mymalloc(SRAMIN,wavfileinfo.lfsize);
//为带路径的文件名分配内存
wavindextbl=mymalloc(SRAMIN,2*totwavnum);
//申请内存,用于存放音乐文件索引
while(wavfileinfo.lfname==NULL||pname==NULL||wavindextbl==NULL)//内存分配出错
{
Show_Str(60,190,240,16,"内存分配失败!",16,0); delay_ms(200);
LCD_Fill(60,190,240,146,WHITE); delay_ms(200);//清除显示
}
//记录索引
res=f_opendir(&wavdir,"0:/MUSIC"); //打开目录
if(res==FR_OK)
{
curindex=0;//当前索引为 0
while(1)//全部查询一遍
{
temp=wavdir.index;
//记录当前 index
res=f_readdir(&wavdir,&wavfileinfo); //读取目录下的一个文件
if(res!=FR_OK||wavfileinfo.fname[0]==0)break; //错误了/到末尾了,退出
fn=(u8*)(*wavfileinfo.lfname?wavfileinfo.lfname:wavfileinfo.fname);
res=f_typetell(fn);
if((res&0XF0)==0X40)//取高四位,看看是不是音乐文件
{
wavindextbl[curindex]=temp;//记录索引
curindex++;
}
}
}
curindex=0;
//从 0 开始显示
res=f_opendir(&wavdir,(const TCHAR*)"0:/MUSIC"); //打开目录
while(res==FR_OK)//打开成功
{
dir_sdi(&wavdir,wavindextbl[curindex]);
//改变当前目录索引
res=f_readdir(&wavdir,&wavfileinfo);
//读取目录下的一个文件
if(res!=FR_OK||wavfileinfo.fname[0]==0)break; //错误了/到末尾了,退出
fn=(u8*)(*wavfileinfo.lfname?wavfileinfo.lfname:wavfileinfo.fname);
strcpy((char*)pname,"0:/MUSIC/");
//复制路径(目录)
strcat((char*)pname,(const char*)fn);
//将文件名接在后面
LCD_Fill(60,190,240,190+16,WHITE);
//清除之前的显示
Show_Str(60,190,240-60,16,fn,16,0);
//显示歌曲名字
audio_index_show(curindex+1,totwavnum);
key=audio_play_song(pname);
//*放播**这个音频文件
if(key==KEY2_PRES)
//上一曲
{
if(curindex)curindex--;
else curindex=totwavnum-1;
}else if(key==KEY0_PRES)//下一曲
{
curindex++;
if(curindex>=totwavnum)curindex=0;//到末尾的时候,自动从头开始
}else break; //产生了错误
}
myfree(SRAMIN,wavfileinfo.lfname); //释放内存
myfree(SRAMIN,pname);
//释放内存
myfree(SRAMIN,wavindextbl);
//释放内存
}
//*放播**某个音频文件
u8 audio_play_song(u8* fname)
{
u8 res;
res=f_typetell(fname);
switch(res)
{
case T_WAV:
res=wav_play_song(fname); break;
default://其他文件,自动跳转到下一曲
printf("can't play:%s\r\n",fname);
res=KEY0_PRES; break;
}
return res;
}
这里，audio_play 函数在 main 函数里面被调用，该函数首先设置 WM8978 相关配置，然
后查找 SD 卡里面的 MUSIC 文件夹，并统计该文件夹里面总共有多少音频文件（统计包括：
WAV/MP3/APE/FLAC 等），然后，该函数调用 audio_play_song 函数，按顺序*放播**这些音频文件。
在 audio_play_song 函数里面，通过判断文件类型，调用不同的解码函数，本章，只支持
WAV 文件，通过 wav_play_song 函数实现 WAV 解码。其他格式：MP3/APE/FLAC 等，在综合
实验我们会实现其解码函数，大家可以参考综合实验代码，这里就不做介绍了。
最后，我们看看主函数代码：
int main(void)
{
HAL_Init();
//初始化 HAL 库
Stm32_Clock_Init(336,8,2,7);
//设置时钟,168Mhz
delay_init(168);
//初始化延时函数
uart_init(115200);
//初始化 USART
usmart_dev.init(84);
//初始化 USMART
LED_Init();
//初始化 LED
KEY_Init();
//初始化 KEY
LCD_Init(); //初始化 LCD
SRAM_Init();
//初始化外部 SRAM
W25QXX_Init();
//初始化 W25Q128
WM8978_Init();
//初始化 WM8978
WM8978_HPvol_Set(40,40);
//耳机音量设置
WM8978_SPKvol_Set(50);
//喇叭音量设置
my_mem_init(SRAMIN);
//初始化内部内存池
my_mem_init(SRAMEX);
//初始化外部内存池
my_mem_init(SRAMCCM);
//初始化 CCM 内存池
exfuns_init();
//为 fatfs 相关变量申请内存
f_mount(fs[0],"0:",1);
//挂载 SD 卡
POINT_COLOR=RED;
while(font_init())
//检查字库
{
LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Font Error!");
delay_ms(200);
LCD_Fill(30,50,240,66,WHITE);//清除显示
delay_ms(200);
}
POINT_COLOR=RED;
Show_Str(60,50,200,16,"Explorer STM32F4 开发板",16,0);
Show_Str(60,70,200,16,"音乐*放播**器实验",16,0);
Show_Str(60,90,200,16,"正点原子@ALIENTEK",16,0);
Show_Str(60,110,200,16,"2017 年 5 月 3 日",16,0);
Show_Str(60,130,200,16,"KEY0:NEXT KEY2:PREV",16,0);
Show_Str(60,150,200,16,"KEY_UP:PAUSE/PLAY",16,0);
while(1)
{
audio_play();
}
}
该函数就相对简单了，在初始化各个外设后，通过 audio_play 函数，开始音频*放播**。软件
部分就介绍到这里，其他未贴出代码，请参考光盘本例程源码。
48.4 *载下**验证
在代码编译成功之后，我们*载下**代码到 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板上，程序先执
行字库检测，然后当检测到 SD 卡根目录的 MUSIC 文件夹有有效音频文件（WAV 格式音频）
的时候，就开始自动*放播**歌曲了，如图 48.4.1 所示：
图 48.4.1 MP3 *放播**中
从上图可以看出，当前正在*放播**第 4 首歌曲，总共 4 首歌曲，歌曲名、*放播**时间、总时长、
码率、音量等信息等也都有显示。此时 DS0 会随着音乐的*放播**而闪烁。
只要我们在开发板的 PHONE 端子插入耳机（或者在 P1 接口插入喇叭），就能听到歌曲的
声音了。同时，我们可以通过按 KEY0 和 KEY2 来切换下一曲和上一曲，通过 KEY_UP 控制暂
停和继续*放播**。
本实验，我们还可以通过 USMART 来测试 WM8978 的其他功能，通过将 wm8978.c 里面
的部分函数加入 USMART 管理，我们可以很方便的设置 wm8978 的各种参数（音量、3D、EQ
等都可以设置），达到验证测试的目的。有兴趣的朋友，可以实验测试一下。
至此，我们就完成了一个简单的音乐*放播**器了，虽然只支持 WAV 文件，但是大家可以在
此基础上，增加其他音频格式解码器（可参考综合实验），便可实现其他音频格式解码了。