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es8388音频芯片驱动之一:寄存器读写驱动

原创 嵌入式Lee 2024-06-17 08:02
TI MCU方案：能源基础设施实时控制 构建AI未来，Arm计算平台无处不在

一.前言

前面我们UAC系列文章分享过MIC和SPK的案例，分别使用的是SOC自带的ADC采集音频,PDM或者PWM播放音频，这是比较低成本的方案，一般来说除非是专用的多媒体SOC，通用SOC自带的ADC等性能一般都不会很突出。在高性能要求时，一般会外置音频芯片来实现音频采集与播放。我们就以es8388为例来分享整个驱动过程。本文先介绍es8388的微控制器配置接口，实现寄存器的读写配置。

参考官方的两个文档,《ES8388 DS.pdf》和《ES8388 user Guide.pdf》。

二. es8388的微控制器接口介绍

ES8388支持SPI和IIC两种接口方式来进行配置，需要注意的是SPI只支持写，而IIC支持读写寄存器。一般来说会选择IIC因为支持读写，并且IIC也只需要2个引脚，而SPI需要3个引脚。但是如果对启动速度要求很严格则可以选择SPI方式，可以本地缓存寄存器内容的方式来解决只能写不能读的问题，因为ES8388支持SPI最大10M的速率，而IIC只支持最大400KHz的速率，使用SPI可以大大减少配置时间。所以对于驱动开发者来说，类似这些都是需要考虑的细节，并且也是需要有意识地主动去考虑的问题。

2.1 引脚


涉及到的引脚有CE，CCLK，CDATA，

SPI接口时，CE作为SPI_CSn,CCLK作为SPI_CLK,CDATA作为SPI_DIN(SPI_MOSI).

IIC接口时，CCLK作为SCL，CDATA作为SDA。

那么如何确定是使用SPI接口还是IIC接口呢，通过CE即可，如果CE固定为高或者低无需接控制器，则使用IIC，此时CE的电平代表IIC设备地址的最低位。

如果CE由高到低变化则表示使用SPI接口，此时CE需要接控制器。

2.2 SPI接口

ES8388作为从，CE高到低表示使用SPI接口，最大支持10M速率。

由于只有CDATA一个数据引脚即作为MOSI，所以只能写寄存器不能读寄存器。

SPI_CLK上升沿采样CDATA数据，高位在前。时序如下

CE作为SPI通讯开始，SPI_CLK上升沿采样，先发7位设备地址0x10(此时地址的最低位固定为0)，然后是R/Wb位(0表示写，1表示读)，然后是8位寄存器地址，最后是8位数据，也就是CE拉低的过程一次发完三个字节的数据。

2.3IIC接口

CE固定为高或者为低，对应7位设备地址分别为0x10，0x11

高位在前，最大支持400kHz速率。

时序图如下

写寄存器，先发start，然后发7位设备地址+R/Wr位为0，ES8388回ACK

然后发寄存器地址，ES8388回ACK

再发寄存器值，ES8388回ACK

发STOP

读寄存器，先发start，然后发7位设备地址+R/Wr位0，ES8388回ACK

然后发寄存器地址，ES8388回ACK

再发start，然后发7位设备地址+R/Wr位1，ES8388回ACK，

再读寄存器值，发NACK

发STOP

三. 驱动

我们使用IIC方式,CE接高电平，所以7位设备地址是0x11. 前面我们已经分享了很多IO模拟IIC方式驱动各种IIC设备的案例。现在我们也可以设计既支持IO模拟IIC，也可以支持硬件IIC方式，通过宏区分，这样使用IO方式可以快速验证评估，后续再使用硬件IIC优化性能， 很多时候对性能要求没这么高使用IO模拟方式反而更灵活简单可靠。

由于前面已经分享了很多IO模拟IIC的驱动了，这里就直接上代码。

es8388_itf.c/es8388_itf.h:需要用户实现es8388.c需要的接口es8388_write_reg,es8388_read_reg,ES8388_LOG,

以及其他初始化过程等, 也可以进一步封装,对外提供es8388操作的接口。

io_iic.c,io_iic.h:IO模拟IIC的实现,完全可移植,无需任何修改,如果es8388_itf.h中定义宏#define USE_IO_IIC 1则使用IO模拟IIC的方式,使用该部分实现,否则使用硬件IIC。

Io_iic.c

#include "io_iic.h"
/**
 *                     _______________________    *    SCL ____________|                       |__ *        ———————————————————————— *    SDA                         |______________ *        （1）      （2）        (4)         （6） *                        （3）           (5) *    其中(3) SDA低建立时间 (5) SDA高保持时间 *    (1) 拉高SDA  （4）拉高SDA产生上升沿 *    (2) SCL拉高 SCL高时SDA上升沿即停止信号 */void io_iic_start(io_iic_dev_st* dev){    /* SCL高时,SDA下降沿 */    dev->sda_write(1);               /* (1) SDA拉高以便后面产生下降沿  */    dev->scl_write(1);               /* (2) 拉高SCL                   */    if(dev->delay_pf != 0)           /* (3) SCL高保持*/    {        dev->delay_pf(dev->delayus);    }    dev->sda_write(0);              /* (4)SCL高时SDA下降沿 启动    */    if(dev->delay_pf != 0)          /* (5)SCL高保持               */    {        dev->delay_pf(dev->delayus);    }    dev->scl_write(0);             /* (6)SCL恢复                 */}
/**
 *                     _______________________    *    SCL ____________|                       |____ *                                 ———————————————— *    SDA ————————————————————————| *        （1）      （2）        (4)         （6） *                        （3）           (5) *    其中(3) SDA低建立时间 (5) SDA高保持时间 *    (1) 拉低SDA  （4）拉高SDA产生上升沿 *    (2) SCL拉高 SCL高时SDA上升沿即停止信号 */void io_iic_stop(io_iic_dev_st* dev){    /* SCL高时,SDA上升沿 */    dev->sda_write(0);               /* (1)SDA先输出低以便产生上升沿 */    dev->scl_write(1);               /* (2)SCL高                   */    if(dev->delay_pf != 0)           /* (3)SCL高保持               */    {        dev->delay_pf(dev->delayus);    }     dev->sda_write(1);               /* (4)SCL高时SDA上升沿 停止    */    if(dev->delay_pf != 0)           /* (5)SCL高保持               */    {        dev->delay_pf(dev->delayus);    }    dev->scl_write(0);               /* (6)SCL恢复                 */}
/** *   |       B0               | B1~B6|    B7               |           NACK/ACK      | *                 ___________      _            __________              ____________ *    ____________|           |   x  |__________|          |____________|            | * (1)[2]      (4)                                      (6)[7]        (9)[10]       (12) *        (3)           (5)                                     (8)           (11)  * 其中(1)(6)(12)拉低SCL;(4)(9)拉高SCL； * [2]输出  [7]转为读 [10]读ACK； * (3)(8)低保持时间,(5)(11)高保持时间。 */int io_iic_write(io_iic_dev_st* dev, uint8_t val){    uint8_t tmp = val;    uint8_t ack = 0;    if(dev == 0)    {        return -1;    }    if((dev->scl_write == 0) || (dev->sda_write == 0) || (dev->sda_read == 0) || (dev->sda_2read == 0))    {        return -1;    }    /* SCL下降沿后准备数据,对方上升沿采集数据,高位在前 */    for(uint8_t i=0; i<8; i++)    {        dev->scl_write(0);               /* (1) SCL拉低以便修改数据    */        if((tmp & 0x80) != 0)            /* [2] 准备SDA数据            */        {            dev->sda_write(1);         }        else        {            dev->sda_write(0);          }        if(dev->delay_pf != 0)        {            dev->delay_pf(dev->delayus); /* (3) SCL拉低时间即数据建立时间 */        }        dev->scl_write(1);                /*(4) SCL上升沿对方采样        */        if(dev->delay_pf != 0)        {             dev->delay_pf(dev->delayus); /* (5) SCL高保持时间,数据保持时间 */        }        tmp <<= 1;                       /* 处理下一位           */    }    dev->scl_write(0);                   /* (6)SCL归0  完成8个CLK */    dev->sda_2read();                    /* [7]SDA转为读          */    if(dev->delay_pf != 0)    {         dev->delay_pf(dev->delayus);     /* (8)第九个时钟拉低时间  */    }    dev->scl_write(1);                   /* (9)SCL上升沿          */    ack = dev->sda_read();               /* [10]上升沿后读         */    if(dev->delay_pf != 0)    {         dev->delay_pf(dev->delayus);     /* (11)第九个时钟高保持    */    }    dev->scl_write(0);                   /* (12)恢复SCL到低        */    return (ack==0) ? 0 : -1;}
/** *   |       B0               | B1~B6|    B7               |           NACK/ACK      | *                 ___________      _            __________              ____________ *    ____________|           |   x  |__________|          |____________|            | * (1)[2]      (4)[5]                                    (7)[8]       (10)         (12) *        (3)           (6)                                     (9)           (11)  * 其中(1)(7)(12)拉低SCL;(4)(10)拉高SCL； * [2]转为读  [5]读 [8]输出ACK； * (3)(9)低保持时间,(6)(11)高保持时间。 */int io_iic_read(io_iic_dev_st* dev, uint8_t* val, uint8_t ack){    uint8_t tmp = 0;    if((dev == 0) || (val == 0))    {        return -1;    }    if((dev->scl_write == 0) || (dev->sda_write == 0) || (dev->sda_read == 0) || (dev->sda_2read == 0))    {        return -1;    }    /* SCL下降沿后对方准备数据,上升沿读数据,高位在前 */    for(uint8_t i=0; i<8; i++)    {        tmp <<= 1;                      /* 处理下一位,先移动后读取             */        dev->scl_write(0);              /* (1)                               */        dev->sda_2read();               /* [2]转为读输入高阻,以便对方能输出     */        if(dev->delay_pf != 0)                   {            dev->delay_pf(dev->delayus);/* (3)SCL低保持时间                    */        }        dev->scl_write(1);              /* (4)SCL上升沿                        */        if(dev->sda_read())             /* (5)读数据(SCL低时对方已经准备好数据)  */        {             tmp |= 0x01;                /* 高位在前,最后左移到高位              */        }              if(dev->delay_pf != 0)                  {             dev->delay_pf(dev->delayus);/* (6)SCL高保持时间                     */        }    }    dev->scl_write(0);                  /* (7)恢复SCL时钟为低                   */    dev->sda_write(ack);                /* [8]准备ACK信号(SCL低才能更行SDL)      */    if(dev->delay_pf != 0)    {         dev->delay_pf(dev->delayus);    /* (9)第九个SCL拉低时间                  */    }    dev->scl_write(1);                  /* (10)SCL上升沿发数据触发对方读          */    if(dev->delay_pf != 0)    {         dev->delay_pf(dev->delayus);    /* (11)第九个SCL拉高保持时间              */    }    dev->scl_write(0);                  /* (12)第九个SCL完成恢复低                */    //dev->sda_write(1);                /* 这里无需驱动SDA,后面可能还是读),需要发送时再驱动 */    *val = tmp;    return 0;}
void io_iic_init(io_iic_dev_st* dev){    if((dev != 0) && (dev->init != 0))    {        dev->init();    }}
void io_iic_deinit(io_iic_dev_st* dev){    if((dev != 0) && (dev->deinit != 0))    {         dev->deinit();    }}

Io_iic.h

#ifndef IO_IIC_H#define IO_IIC_H
#ifdef __cplusplus    extern "C"{#endif
#include 
typedef void    (*io_iic_scl_write_pf)(uint8_t val);   /**< SCL写接口     */typedef void    (*io_iic_sda_write_pf)(uint8_t val);   /**< SDA写接口     */typedef void    (*io_iic_sda_2read_pf)(void);          /**< SDA转为读接口 */typedef uint8_t (*io_iic_sda_read_pf)(void);           /**< SDA读接口     */typedef void    (*io_iic_delay_us_pf)(uint32_t delay); /**< 延时接口      */typedef void    (*io_iic_init_pf)(void);               /**< 初始化接口     */typedef void    (*io_iic_deinit_pf)(void);             /**< 解除初始化接口 */
/** * \struct io_iic_dev_st * 接口结构体*/typedef struct{    io_iic_scl_write_pf scl_write;   /**< scl写接口    */    io_iic_sda_write_pf sda_write;   /**< sda写接口    */    io_iic_sda_2read_pf sda_2read;   /**< sda转为读接口 */    io_iic_sda_read_pf  sda_read;    /**< sda读接口     */    io_iic_delay_us_pf  delay_pf;    /**< 延时接口      */    io_iic_init_pf      init;        /**< 初始化接口    */    io_iic_deinit_pf    deinit;      /**< 解除初始化接口 */    uint32_t            delayus;     /**< 延迟时间      */} io_iic_dev_st;
/** * \fn io_iic_start * 发送启动信号 * \param[in] dev \ref io_iic_dev_st*/void io_iic_start(io_iic_dev_st* dev);
/** * \fn io_iic_stop * 发送停止信号 * \param[in] dev \ref io_iic_dev_st*/void io_iic_stop(io_iic_dev_st* dev);
/** * \fn io_iic_write * 写一个字节 * \param[in] dev \ref io_iic_dev_st * \param[in] val 待写入的值 * \retval 0 写成功(收到了ACK) * \retval -2 写失败(未收到ACK) * \retval -1 参数错误*/int io_iic_write(io_iic_dev_st* dev, uint8_t val);
/** * \fn io_iic_read * 读一个字节 * \param[in] dev \ref io_iic_dev_st * \param[out] val 存储读到的值 * \param[in] ack 1发送NACK 0发送ACK * \retval 0 读成功 * \retval -1 参数错误*/int io_iic_read(io_iic_dev_st* dev, uint8_t* val, uint8_t ack);
/** * \fn io_iic_init * 初始化 * \param[in] dev \ref io_iic_dev_st*/void io_iic_init(io_iic_dev_st* dev);
/** * \fn io_iic_deinit * 解除初始化 * \param[in] dev \ref io_iic_dev_st*/void io_iic_deinit(io_iic_dev_st* dev);
#ifdef __cplusplus    }#endif
#endif


Es8388_itf.c

#include "gpio.h"#include "es8388.h"#include "es8388_itf.h"
#if USE_IO_IIC#include "io_iic.h"#else#include "i2c.h"#define ES8388_IIC_PORT I2C_PORT_1#endif
#define ES8388_IIC_SCL_PIN  GPIO_09#define ES8388_IIC_SDA_PIN  GPIO_07
#define ES8388_IIC_DEV_ADDR 0x11  /* AD0为CS引脚电平 */
static int es8388_init_flag = 0;
#if USE_IO_IIC/* IIC IO操作的移植 */static void io_iic_scl_write_port(uint8_t val){    if(val)    {        gpio_write(ES8388_IIC_SCL_PIN, 1);    }    else    {        gpio_write(ES8388_IIC_SCL_PIN, 0);    }}
static void io_iic_sda_write_port(uint8_t val){    gpio_setdirection(ES8388_IIC_SDA_PIN, GPIO_DIRECTION_OUTPUT);     if(val)    {        gpio_write(ES8388_IIC_SDA_PIN, 1);    }    else    {        gpio_write(ES8388_IIC_SDA_PIN, 0);    }}
static void io_iic_sda_2read_port(void){    gpio_setdirection(ES8388_IIC_SDA_PIN, GPIO_DIRECTION_INPUT);}
static uint8_t io_iic_sda_read_port(void){    if(0 == gpio_read(ES8388_IIC_SDA_PIN))    {        return 0;    }    else    {        return 1;    }}
static void io_iic_delay_us_port(uint32_t delay){    uint32_t volatile t=delay;    while(t--);}
static void io_iic_init_port(void){    gpio_open(ES8388_IIC_SCL_PIN, GPIO_DIRECTION_OUTPUT);    gpio_open(ES8388_IIC_SDA_PIN, GPIO_DIRECTION_OUTPUT);    gpio_set_pull_mode(ES8388_IIC_SCL_PIN,GPIO_PULL_UP);    gpio_set_pull_mode(ES8388_IIC_SDA_PIN,GPIO_PULL_UP);    gpio_write(ES8388_IIC_SCL_PIN, 0);    gpio_write(ES8388_IIC_SDA_PIN, 0);}
static void io_iic_deinit_port(void){    gpio_close(ES8388_IIC_SCL_PIN);    gpio_close(ES8388_IIC_SDA_PIN);}
static io_iic_dev_st iic_dev={    .scl_write = io_iic_scl_write_port,    .sda_write = io_iic_sda_write_port,    .sda_2read = io_iic_sda_2read_port,    .sda_read = io_iic_sda_read_port,    .delay_pf = io_iic_delay_us_port,    .init = io_iic_init_port,    .deinit = io_iic_deinit_port,    .delayus = 5,};#else 
#endif
int es8388_itf_init(void){    if(es8388_init_flag != 0)    {        return 0;    }    es8388_init_flag = 0;    #if USE_IO_IIC    io_iic_init(&iic_dev);#else    i2c_gpio_cfg_t gpio_cfg;    gpio_cfg.scl = ES8388_IIC_SCL_PIN;    gpio_cfg.sda = ES8388_IIC_SDA_PIN;
    i2c_config_t iic_cfg;    iic_cfg.baudrate = 50000;    iic_cfg.i2c_busrt_mode = 0;    iic_cfg.wait_nack_max_time = 10;    gpio_set_pull_mode(ES8388_IIC_SCL_PIN,GPIO_PULL_UP);    gpio_set_pull_mode(ES8388_IIC_SDA_PIN,GPIO_PULL_UP);    i2c_init(ES8388_IIC_PORT, &iic_cfg);    i2c_open(ES8388_IIC_PORT, &gpio_cfg);#endif    es8388_dump_allregs();
    /* 读写寄存器测试 */    #if 1    //while(0)    {        uint8_t val=0;        es8388_read_reg((uint8_t)8, &val);        val |= 0x20;        es8388_write_reg((uint8_t)8, val);        val = 0;        es8388_read_reg((uint8_t)8, &val);        ES8388_LOG(("set reg 8 to %x\n",val));        val &= ~0x20;        es8388_write_reg((uint8_t)8, val);        val = 0;        es8388_read_reg((uint8_t)8, &val);        ES8388_LOG(("set reg 8 to %x\n",val));    }    #endif    es8388_dump_allregs();     return 0;}
int es8388_itf_deinit(void){#if USE_IO_IIC    io_iic_deinit(&iic_dev);
#else    i2c_close(ES8388_IIC_PORT);    i2c_deinit(ES8388_IIC_PORT);#endif    return 0;}
int es8388_write_reg(uint8_t reg, uint8_t val){#if USE_IO_IIC    /* 启动 */    io_iic_start(&iic_dev);
    /* 发送写地址 */    if(0 != io_iic_write(&iic_dev,ES8388_IIC_DEV_ADDR<<1))    {        io_iic_stop(&iic_dev);        return -1;    }
    /* 寄存器地址 */    if(0 != io_iic_write(&iic_dev,reg))    {        io_iic_stop(&iic_dev);        return -2;    }
    /* 写数据 */    if(0 != io_iic_write(&iic_dev,val))    {        io_iic_stop(&iic_dev);        return -2;    }        /* 结束 */    io_iic_stop(&iic_dev);    return 0;
#else    uint8_t tx_buf[1];    tx_buf[0] = val;    int ret = i2c_master_transmit(ES8388_IIC_PORT, ES8388_IIC_DEV_ADDR, reg, I2C_MEMORY_ADDR_8BIT,                                                tx_buf, 1, 1000);    if(ret != RET_OK)     {        ES8388_LOG(("es8388 iic write reg %d err %d\n", ES8388_IIC_PORT, reg, ret));    }     return ret; #endif}
int es8388_read_reg(uint8_t reg, uint8_t* val){#if USE_IO_IIC    /* 启动 */    io_iic_start(&iic_dev);
    /* 发送写地址 */    if(0 != io_iic_write(&iic_dev,ES8388_IIC_DEV_ADDR<<1))    {        io_iic_stop(&iic_dev);        return -1;    }
    /* 寄存器地址 */    if(0 != io_iic_write(&iic_dev,reg))    {        io_iic_stop(&iic_dev);        return -2;    }
    /* 重新启动 */    io_iic_start(&iic_dev);
    /* 发送读地址 */    if(0 != io_iic_write(&iic_dev,(ES8388_IIC_DEV_ADDR<<1) | 0x01))    {        io_iic_stop(&iic_dev);        return -1;    }        /* 读数据 */    if(0 != io_iic_read(&iic_dev,val,1))    {        io_iic_stop(&iic_dev);        return -2;      }
    /* 结束 */    io_iic_stop(&iic_dev);    return 0;#else    uint8_t rx_buffer[1];    int ret = i2c_master_receive_from_memory_poll(ES8388_IIC_PORT, ES8388_IIC_DEV_ADDR, reg, I2C_MEMORY_ADDR_8BIT,                                           rx_buffer, 1, 1000);    *val = rx_buffer[0];    if(ret != RET_OK)     {        ES8388_LOG(("es8388 iic read reg %d err %d\n", reg, ret));    }     return ret;#endif}
int es8388_dump_allregs(void){    uint8_t regval;    for(int i=0; i<53; i++)    {        if(0 != es8388_read_reg(i,®val))        {            return -1;        }        ES8388_LOG(("REG%02d:0x%x\r\n",i,regval));    }    return 0;}

Es8388_itf.h

#ifndef ES8388_ITF_H#define ES8388_ITF_H
#ifdef __cplusplus    extern "C"{#endif
#include 
#define USE_IO_IIC 1 /**< 配置为1使用IO模拟IIC的方式,否则使用硬件IIC */
#define ES8388_LOG_EN 1 /**< 配置为1使能日志打印输出,否则不使能 */
#if ES8388_LOG_EN#include #define ES8388_LOG(msg) printf msg #else#define ES8388_LOG(msg) #endif

int es8388_itf_init(void);int es8388_itf_deinit(void);
int es8388_write_reg(uint8_t reg, uint8_t val);int es8388_read_reg(uint8_t reg, uint8_t* val);int es8388_dump_allregs(void)
#ifdef __cplusplus    }#endif
#endif

四. 测试

测试寄存器的读写和打印所有寄存器默认值如下,可以看到读写8寄存器正确，打印的寄存器默认值和手册对应。

REG00:0x6

REG01:0x5c

REG02:0xc3

REG03:0xfc

REG04:0xc0

REG05:0x0

REG06:0x0

REG07:0x7c

REG08:0x80

REG09:0x0

REG10:0x0

REG11:0x2

REG12:0x0

REG13:0x6

REG14:0x30

REG15:0x20

REG16:0xc0

REG17:0xc0

REG18:0x38

REG19:0xb0

REG20:0x32

REG21:0x6

REG22:0x0

REG23:0x0

REG24:0x6

REG25:0x22

REG26:0xc0

REG27:0xc0

REG28:0x8

REG29:0x0

REG30:0x1f

REG31:0xf7

REG32:0xfd

REG33:0xff

REG34:0x1f

REG35:0xf7

REG36:0xfd

REG37:0xff

REG38:0x0

REG39:0x38

REG40:0x28

REG41:0x28

REG42:0x38

REG43:0x0

REG44:0x0

REG45:0x0

REG46:0x0

REG47:0x0

REG48:0x0

REG49:0x0

REG50:0x0

REG51:0xaa

REG52:0xaa

set reg 8 to a0

set reg 8 to 80


五.总结

进行IIC读写寄存器调试时，只需要ES8388上电，IIC接口即可工作即可读写寄存器，无需提供MCLK时钟。所以如果不通，只需要检查DVDD，PVDD，DGND，这几个电源引脚，以及CE的电平确认设备地址是0x11还是0x10。 使用示波器确认IIC接口信号，逻辑分析仪抓取IIC信号解析即可。

至此我们的IO模拟IIC的代码已经应用在了各种IIC接口设备的驱动，非常方便简单好用，现在也可以看到自己造一个好用的轮子是一件多值得的事了。


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