文档建议反馈控制台
首页
学习
活动
专区
工具
TVP
最新优惠活动
文章/答案/技术大牛
发布
精选内容/技术社群/优惠产品,尽在小程序
立即前往

Linux驱动开发-编写VS1053芯片音频驱动

文章来源：infoqDS小龙哥

1. 前言

VS1053 是一款硬件编解码的音频芯片，提供 SPI 接口和 IIS 接口两种通信协议，这篇文章是介绍在 Linux 下如果模拟 SPI 时序来操作 VS1053 完成录音、播放音频歌曲功能。但是没有注册标准的音频驱动，没有对接音频框架，只是在驱动层完成 VS1053 的直接控制，本篇的重点主要是介绍如何初始化开发板的 GPIO 口，使用 Linux 的延时函数，模拟 SPI 时序，代码写了两种版本，一种是直接通过ioremap直接映射 GPIO 口地址，完成配置，一种是直接调用官方内核提供的库函数接口，完成 GPIO 口初始化，控制。

当前采用的开发板是友善之臂的 Tiny4412，芯片是三星的 EXYNOS4412，这款芯片出来有很长一段时间了，之前用在三星的 S 系列手机上的，最高主频是 1.5GZ,稳定推荐主频是 1.4GHZ，内核是三星提供的 demon，友善之臂在基础上完成了移植适配，也就是现在拿到的 Tiny4412 开发板内核，Linux 版本是 3.5，不支持设备树。

2. VS1053 硬件介绍

VS1053 这款编码解码芯片在单片机里用的较多，性价比很高，因为支持 SPI 接口，所以单片机操作起来也比较容易，编码解码都是芯片内部完成，不消耗 CPU 资源，芯片的电压支持是 3.3V。

可以使用 VS1053 设计 MP3 播放器，比如：用在跑步机上听歌，用在便携式音箱里放歌，做复读机、录音笔 等等。

解码的音频格式支持: MP3、OGG、WMA、WAV、MIDI、AAC、FLAC（需要加载 patch）

编码的音频格式支持: WAV(PCM/IMA ADPCM)、OGG（需要加载 patch）

VS1053 使用的 12.288M 的晶振, 在 12.288MHz 时钟下,最高到 48000HZ 的所有采样率都可以正常使用。

当前我采用的 VS1053 是正点原子设计的完整模块，方便杜邦线与开发板进行测试。

<img src="https://gitee.com/dsxiaolong/blog-drawing-bed/raw/master/img/image-20220118112013747.png" alt="image-20220118112013747" style="zoom:50%;" />

模块引出的接口功能: 这是 SPI 接口引脚

下面是 SPI 接口硬件的功能描述：

SPI 读时序：

SPI 写时序:

VS1053 模块与单片机之间的连线图：

3. 驱动代码

3.1 驱动端代码

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/ioctl.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/list.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/compat.h>
#include <linux/spi/spi.h>
#include <linux/spi/spidev.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <mach/gpio.h>
#include <plat/gpio-cfg.h>
#include <linux/delay.h>
#include "mp3_data.h"
#include <linux/miscdevice.h>   /*杂项字符设备头文件*/

#define VS_WRITE_COMMAND   0x02  //写命令
#define VS_READ_COMMAND   0x03  //读命令

//VS10XX寄存器定义
#define SPI_MODE          0x00   
#define SPI_STATUS        0x01   
#define SPI_BASS          0x02   
#define SPI_CLOCKF        0x03   
#define SPI_DECODE_TIME   0x04   
#define SPI_AUDATA        0x05   
#define SPI_WRAM          0x06   
#define SPI_WRAMADDR      0x07   
#define SPI_HDAT0         0x08   
#define SPI_HDAT1         0x09 
  
#define SPI_AIADDR        0x0a   
#define SPI_VOL           0x0b   
#define SPI_AICTRL0       0x0c   
#define SPI_AICTRL1       0x0d   
#define SPI_AICTRL2       0x0e   
#define SPI_AICTRL3       0x0f   
#define SM_DIFF           0x01   
#define SM_JUMP           0x02   
#define SM_RESET          0x04   
#define SM_OUTOFWAV       0x08   
#define SM_PDOWN          0x10   
#define SM_TESTS          0x20   
#define SM_STREAM         0x40   
#define SM_PLUSV          0x80   
#define SM_DACT           0x100   
#define SM_SDIORD         0x200   
#define SM_SDISHARE       0x400   
#define SM_SDINEW         0x800   
#define SM_ADPCM          0x1000   
#define SM_ADPCM_HP       0x2000      

#define I2S_CONFIG       0XC040
#define GPIO_DDR       0XC017
#define GPIO_IDATA       0XC018
#define GPIO_ODATA       0XC019

/*
Tiny4412与VS1053硬件连接：
  VCC--3V~5V
  GND--0V
  SCK---SCLK:GPB_0
  SI---MOSI:GPB_3
  SO---MISO:GPB_2
  XCS--CS  :GPB_1
  DREQ-----:GPB_5
  XDCS-----:GPB_4
  RST------:GPB_6
*/
void VS1053_Init(void);
u16  VS1053_ReadReg(u8 address);        //读寄存器
u16  VS1053_ReadRAM(u16 addr);              //读RAM
void VS1053_WriteRAM(u16 addr,u16 val);      //写RAM
void VS1053_WriteData(u8 data);            //写数据
void VS1053_WriteCmd(u8 address,u16 data);    //写命令
u8   VS1053_Reset(void);              //硬复位
void VS1053_SoftReset(void);                 //软复位
u8    VS1053_SPI_ReadWriteByte(u8 data);       //SPI接口，读写一个字节 
void VS1053_SoftReset(void);          //初始化VS1053   
u8    VS1053_SendMusicData(u8* buf);        //向VS10XX发送32字节 
void VS1053_SetVol(u8 volx);            //设置主音量   


/*
函数功能：移植接口--SPI时序读写一个字节
函数参数：data:要写入的数据
返 回 值：读到的数据
*/
u8 VS1053_SPI_ReadWriteByte(u8 tx_data)
{           
   u8 rx_data=0;         
   u8 i;
   for(i=0;i<8;i++)
  {
    gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(0), 0);  
    if(tx_data&0x80){gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(3), 1);}
    else {gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(3), 0);}
    tx_data<<=1;  
    gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(0), 1);
    rx_data<<=1;
    if(gpio_get_value(EXYNOS4_GPB(2)))rx_data|=0x01;
  }
  return rx_data; 
}


/*
函数功能：软复位VS10XX
*/
void VS1053_SoftReset(void)
{   
  u8 retry=0;             
  while(gpio_get_value(EXYNOS4_GPB(5))==0); //等待软件复位结束     
  VS1053_SPI_ReadWriteByte(0Xff);        //启动传输
  retry=0;
  while(VS1053_ReadReg(SPI_MODE)!=0x0800)    // 软件复位,新模式  
  {
    VS1053_WriteCmd(SPI_MODE,0x0804);    // 软件复位,新模式      
    msleep(2);//等待至少1.35ms 
    if(retry++>100)break;     
  }  
  while(gpio_get_value(EXYNOS4_GPB(5))==0); //等待软件复位结束   
  retry=0;
  while(VS1053_ReadReg(SPI_CLOCKF)!=0X9800) //设置VS10XX的时钟,3倍频 ,1.5xADD 
  {
    VS1053_WriteCmd(SPI_CLOCKF,0X9800);    //设置VS10XX的时钟,3倍频 ,1.5xADD
    if(retry++>100)break;       
  }   
  msleep(20);
}


/*
函数 功 能：硬复位MP3
函数返回值：1:复位失败;0:复位成功  
*/
u8 VS1053_Reset(void)
{
  u8 retry=0;
  gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(6), 0);
  msleep(20);
  gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(4), 1);//取消数据传输
  gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(1), 1); //取消数据传输
  gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(6), 1);     
  while(gpio_get_value(EXYNOS4_GPB(5))==0&&retry<200)//等待DREQ为高
  {
    retry++;
    udelay(50);
  };
  msleep(20);  
  if(retry>=200)return 1;
  else return 0;           
}


/*
函数功能：向VS10XX写命令
函数参数：
        address:命令地址
        data   :命令数据
*/
void VS1053_WriteCmd(u8 address,u16 data)
{  
  while(gpio_get_value(EXYNOS4_GPB(5))==0);  //等待空闲            
  gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(4), 1);    
  gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(1), 0);    
  VS1053_SPI_ReadWriteByte(VS_WRITE_COMMAND);//发送VS10XX的写命令
  VS1053_SPI_ReadWriteByte(address);       //地址
  VS1053_SPI_ReadWriteByte(data>>8);       //发送高八位
  VS1053_SPI_ReadWriteByte(data);         //第八位
  gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(1), 1);            
} 


/*
函数参数：向VS1053写数据
函数参数：data:要写入的数据
*/
void VS1053_WriteData(u8 data)
{
  gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(4), 0);   
  VS1053_SPI_ReadWriteByte(data);
  gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(4), 1);      
}


/*
函数功能：读VS1053的寄存器 
函数参数：address：寄存器地址
返回值：读到的值
*/
u16 VS1053_ReadReg(u8 address)
{ 
  u16 temp=0;     
    while(gpio_get_value(EXYNOS4_GPB(5))==0);//非等待空闲状态     
  gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(4), 1);       
  gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(1), 0);        
  VS1053_SPI_ReadWriteByte(VS_READ_COMMAND);//发送VS10XX的读命令
  VS1053_SPI_ReadWriteByte(address);         //地址
  temp=VS1053_SPI_ReadWriteByte(0xff);       //读取高字节
  temp=temp<<8;
  temp+=VS1053_SPI_ReadWriteByte(0xff);     //读取低字节
  gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(1), 1);      
   return temp; 
}  


/*
函数功能：读取VS1053的RAM
函数参数：addr：RAM地址
返 回 值：读到的值
*/
u16 VS1053_ReadRAM(u16 addr) 
{ 
  u16 res;             
   VS1053_WriteCmd(SPI_WRAMADDR, addr); 
  res=VS1053_ReadReg(SPI_WRAM);  
   return res;
} 


/*
函数功能：写VS1053的RAM
函数参数：
    addr：RAM地址
    val:要写入的值 
*/
void VS1053_WriteRAM(u16 addr,u16 val) 
{             
   VS1053_WriteCmd(SPI_WRAMADDR,addr);  //写RAM地址 
  while(gpio_get_value(EXYNOS4_GPB(5))==0);               //等待空闲     
  VS1053_WriteCmd(SPI_WRAM,val);       //写RAM值 
} 


/*
函数参数：发送一次音频数据，固定为32字节
返 回 值：0,发送成功
          1,本次数据未成功发送   
*/ 
u8 VS1053_SendMusicData(u8* buf)
{
  u8 n;
  if(gpio_get_value(EXYNOS4_GPB(5))!=0)  //送数据给VS10XX
  {            
    gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(4), 0);  
    for(n=0;n<32;n++)
    {
      VS1053_SPI_ReadWriteByte(buf[n]);         
    }
    gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(4), 1);                
  }else return 1;
  return 0;//成功发送了
}


/*
函数功能：设定VS1053播放的音量
函数参数：volx:音量大小(0~254)
*/
void VS1053_SetVol(u8 volx)
{
    u16 volt=0;             //暂存音量值
    volt=254-volx;            //取反一下,得到最大值,表示最大的表示 
  volt<<=8;
    volt+=254-volx;          //得到音量设置后大小
    VS1053_WriteCmd(SPI_VOL,volt);//设音量 
}


/*
函数功能：VS1053初始化
Tiny4412硬件连接：
  VCC--3V~5V
  GND--0V
  SCK---SCLK:GPB_0
  SI---MOSI:GPB_3
  SO---MISO:GPB_2
  XCS--CS  :GPB_1
  DREQ-----:GPB_5
  XDCS-----:GPB_4
  RST------:GPB_6
*/
void VS1053SpiInit(void)
{
  /*1. 注册GPIO*/
  gpio_request(EXYNOS4_GPB(0), "VS1053_CLK-SCLK");
  gpio_request(EXYNOS4_GPB(1), "VS1053_CS");
  gpio_request(EXYNOS4_GPB(2), "VS1053_MISO");
  gpio_request(EXYNOS4_GPB(3), "VS1053_MOSI");
  gpio_request(EXYNOS4_GPB(4), "VS1053_XDCS");
  gpio_request(EXYNOS4_GPB(5), "gpio_get_value(EXYNOS4_GPB(5))");
  gpio_request(EXYNOS4_GPB(6), "VS1053_RST");
  
  /*2. 配置GPIO口模式*/
  s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPB(0), S3C_GPIO_OUTPUT);  //时钟
  s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPB(1), S3C_GPIO_OUTPUT);  //片选
  s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPB(2), S3C_GPIO_INPUT);   //输入模式
  s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPB(3), S3C_GPIO_OUTPUT);  //输出模式
  s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPB(4), S3C_GPIO_OUTPUT);  //输出模式
  s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPB(5), S3C_GPIO_INPUT);   //输入模式
  s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPB(6), S3C_GPIO_OUTPUT);  //输出模式
  
  /*3. 上拉GPIO口*/
  gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(0), 1);
  gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(1), 1);
  gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(3), 1);
  gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(4), 1);
  gpio_set_value(EXYNOS4_GPB(6), 1);
}




/*****************************************************************************************************/
static int tiny4412_open(struct inode *my_inode, struct file *my_file)
{
  printk("VS1053 open函数调用成功!\r\n");
  return 0;
}


static int tiny4412_release(struct inode *my_inode, struct file *my_file)
{
  printk("VS1053 release函数调用成功!\r\n");
  return 0;
}


static u8 Music_buff[32];
static ssize_t tiny4412_write(struct file *my_file, const char __user *buf, size_t len, loff_t *loff)
{
  if(0!=copy_from_user(Music_buff,buf,len))printk("拷贝错误!\r\n");  //每次接收32个字节数据       
  while(VS1053_SendMusicData(Music_buff));    //给VS10XX发送音频数据
  return len;
}

#define VS1053_INIT_SET 188
static long tiny4412_unlocked_ioctl(struct file *my_file, unsigned int cmd, unsigned long data)
{
  switch(cmd)
  {
    case VS1053_INIT_SET:
      VS1053_Reset();                      //硬复位MP3
      VS1053_SoftReset();                 //软复位VS10XX
      VS1053_SetVol(250);                    //设置音量  
      printk("VS1053设置成功!\r\n");
      break;
  }
  return 0;
}


/*文件操作集合*/
static struct file_operations tiny4412_fops=
{
  .open=tiny4412_open,
  .write=tiny4412_write,
  .release=tiny4412_release,
  .unlocked_ioctl=tiny4412_unlocked_ioctl
};


/*
核心结构体
*/
static struct miscdevice tiny4412_misc=
{
  .minor=MISC_DYNAMIC_MINOR,  /*自动分配次设备号*/
  .name="tiny4412_vs1053",       /*设备文件，指定/dev/生成的文件名称*/
  .fops=&tiny4412_fops
};


static int __init VS1053_init(void)
{
  VS1053SpiInit(); //初始化GPIO口
  /*杂项设备注册*/
    misc_register(&tiny4412_misc);
  return 0;
}


static void __exit VS1053_exit(void)
{
  /*释放GPIO口*/
  gpio_free(EXYNOS4_GPB(0));
  gpio_free(EXYNOS4_GPB(1));
  gpio_free(EXYNOS4_GPB(2));
  gpio_free(EXYNOS4_GPB(3));
  gpio_free(EXYNOS4_GPB(4));
  gpio_free(EXYNOS4_GPB(5));
  gpio_free(EXYNOS4_GPB(6));
  /*杂项设备注销*/
  misc_deregister(&tiny4412_misc);
  
  printk("VS1053 driver exit ok!\n");
}

module_exit(VS1053_exit);
module_init(VS1053_init);
MODULE_LICENSE("GPL");

3.2 应用层代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#define VS1053_INIT_SET 188
int main(int argc,char **argv)
{
  char buff[32];
  int cnt,i=0;
    int vs1053_fd,file_fd;
  if(argc!=2)
  {
    printf("argv: ./app <mp3_file_name>\r\n");
    return -1;
  }
  vs1053_fd=open("/dev/tiny4412_vs1053",O_RDWR);
  file_fd=open(argv[1],2);
  if(vs1053_fd<0||file_fd<0)      /*判断文件是否打开成功*/
  {
    printf("vs1053 driver open error!\n");
    return -1;
  }
  
  ioctl(vs1053_fd,VS1053_INIT_SET);
  while(1)
  {
    cnt=read(file_fd,buff,32);
    write(vs1053_fd,buff,cnt);
    if(cnt!=32)break;
    i++;
  }
  close(vs1053_fd);
  close(file_fd);
  return 0;
}

3.3 Makefile 代码

KER_DRI=/work/Tiny4412/linux-3.5/
all:
  make -C $(KER_DRI) M=`pwd` modules
  cp ./*.ko /work/rootfs/tmp/
  make -C $(KER_DRI) M=`pwd` modules clean
  rm ./*.ko -rf
  arm-linux-gcc vs1053_app.c -o vs1053_app
  cp vs1053_app /work/rootfs/tmp/ -f
obj-m +=vs1053_drv.o
  • 发表于:
  • 本文为 InfoQ 中文站特供稿件
  • 首发地址：https://www.infoq.cn/article/c8573d75a222998844d04b327
  • 如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

相关快讯

扫码

添加站长 进交流群

领取专属 10元无门槛券

私享最新 技术干货

扫码加入开发者社群

腾讯云开发者

扫码关注腾讯云开发者

扫码关注腾讯云开发者

领取腾讯云代金券

热门产品

热门推荐

更多推荐

Copyright © 2013 - 2024 Tencent Cloud. All Rights Reserved. 腾讯云 版权所有

深圳市腾讯计算机系统有限公司 ICP备案/许可证号：粤B2-20090059 深公网安备号 44030502008569

腾讯云计算（北京）有限责任公司 京ICP证150476号 | 京ICP备11018762号 | 京公网安备号11010802020287

领券