首页
学习
活动
专区
工具
TVP
发布

Linux驱动开发-编写VS1053芯片音频驱动

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。

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
领券