PYNQ2裸跑之音频ADAU1761

前面在qt和matlab中实现了音频的播放，最终目的是在底层硬件中实现数据播放，之所以使用裸跑是为了更好的理解音频codec的相关配置和IIC、I2S的接口的通用代码的开发和测试。
芯片ADAU1761 是一款低功耗、集成数字音频处理功能的立体声音频编解码器，支持立体声 48 kHz 录音和回放，采用1.8V 模拟电源供电，功耗为 14mW。立体声音频 ADC 和DAC 支持 8 kHz 至 96 kHz 范围内的采样速率，并支持数字音量控制。

配置接口

ADAU1761支持SPI和IIC两种配置接口，在音频codec中，一般采用IIC时序来完成配置。

IIC读写寄存器有两种模式：单字节和块模式。

数据接口

音频接口有四种：I2S、左对齐、右对齐和TDMmode。比价常用的是I2S接口时序。可以从图中可以清楚得到：LRCLK的周期为fs，占空比为50%。

项目需求：

采样率：8kHz
配置接口：IIC
数据接口：I2S
实现音频采集和播放功能
音频采集和播放的位宽为16bit

第一步接口确认：

数据口：数据口有以下几个：MCLK、ADC_SDATA、BCLK、LRCLK和DAC_SDATA.

根据I2S接口时序，可以确认LRCLK为频率为8kHz、占空比为50%。
下一个确认MCLK频率，在ADAU1761中带有一个PLL，时钟配置有很多中，具体如下所示：

寄存器0x4000：时钟寄存器

这里采用默认配置，CLKSRC直接等于MCLK，INFREQ设置为1024 × fs ，这样可以计算出MCLK=8*1024=8.192MHz

再确认BCLK，思路为需要确认在LRCLK为高或低时，一共有几个时钟周期

如果一个LRCLK周期中有64个bit时钟周期，那么可以确认BCLK=64*LRCLK，所以可以确认BCLK=512kHz。

寄存器	值	说明
0x4000	0x01	不使用核时钟，直接使用MCLK
0x4015	0x00	使用默认配置，50%占空比，从模式
0x4016	0x00	使用默认配置该寄存器设置BCLK频率
0x4017	0x00	使用默认配置不清楚这个寄存器含义
0x401C	0x21
0x401D	0x00	使用默认配置
0x401E	0x41
0x401F	0x00	使用默认配置
0x4020	0x05
0x4021	0x11
0x4022	0x00	使用默认配置
0x4023	0xFF	设置左边耳机使能和音量最大
0x4024	0xFF	设置右边耳机使能和音量最大
0x4029	0x03
0x402A	0x03	使能DAC
0x40F2	0x01
0x40F9	0x7F	使能全部时钟
0x40FA	0x01

在弄清楚了时钟之间的关系，和寄存器的配置，后面就简单很多。

下面就是IIC接口实现和I2S接口实现：

IIC模块网上很多，根据ADAU1761，最多写6个byte，修改了一个可以设置写1-6个字节的版本。

iic_rw_module
(input                clk                ,                //50MHzinput                rst_n              ,                output    reg        scl                ,                inout                sda                ,                input                iic_en             ,                input                rd_or_wr           ,            //读写标志：读1，写0input [6:0]          device_addr         ,        input [15:0]         iic_reg_addr       ,        input [47:0]         iic_reg_data        ,input [7:0]          iic_bytes        ,output[47:0]         iic_read_data      ,            output reg           iic_done
);

I2S接口，也是在网上找的，简单好用。实际工程中，对调用进行了修改，没有采用axi总线进行写数据。

 module myI2STx_v1_0 #(parameter integer C_S00_AXIS_TDATA_WIDTH  = 32)(// I2S Interfaceinput mclk,output reg bclk = 1,output reg lrclk = 1,output reg sdata = 0,// User ports ends// Do not modify the ports beyond this line// Ports of Axi Slave Bus Interface S00_AXISinput wire  s00_axis_aclk,input wire  s00_axis_aresetn,output reg  s00_axis_tready = 0,input wire [C_S00_AXIS_TDATA_WIDTH-1 : 0] s00_axis_tdata,input wire [(C_S00_AXIS_TDATA_WIDTH/8)-1 : 0] s00_axis_tstrb,input wire  s00_axis_tlast,input wire  s00_axis_tvalid);reg mclkdelay = 0;reg halfclk = 0;reg [0:0]counter = 0;reg [15:0]ramp = 16'hFFFF;reg [15:0]shiftreg = 0;reg [4:0]bitcounter = 0;reg [2:0] state = 0;reg [31:0] buffer = 0;reg bufvalid = 0;localparam S0 = 0;localparam S1 = 1;localparam S2 = 2;localparam S3 = 3;localparam S4 = 4;always @(posedge s00_axis_aclk) beginif (bufvalid==0 && s00_axis_tready==0) begins00_axis_tready <= 1;end else if (bufvalid==0 && s00_axis_tready==1 && s00_axis_tvalid==1) begins00_axis_tready <= 0;buffer <= s00_axis_tdata;bufvalid <= 1;endif (mclk==1 && !mclkdelay) begincounter <= counter+1;if (counter == 0) beginhalfclk <= 1;endmclkdelay <= mclk;end else beginhalfclk <= 0;mclkdelay <= mclk;endif (halfclk==1) begincase(state)S0:     beginif (bufvalid==1) beginbufvalid <= 0;bitcounter <= 0;lrclk <= 0;bclk <= 0;sdata <= 0;state <= S1;shiftreg <= buffer[31:16];endendS1:     beginbclk <= 1;state <= S2;endS2:     beginbclk <= 0;sdata <= shiftreg[15];bitcounter <= bitcounter+1;state <= S3;                           endS3:     beginbclk <= 1;shiftreg <= shiftreg<<1;if (bitcounter==31) beginif (lrclk==0) beginstate <= S4;end else beginstate <= S0;endend else beginstate <= S2;endendS4:     beginbitcounter <= 0;lrclk <= 1;bclk <= 0;sdata <= 0;state <= S1;shiftreg <= buffer[15:0];enddefault:beginstate <= S0;endendcaseendendendmodule

接下来就是生成原始音频文件或者数据，这里采用了matlab，对笔记本的麦克风进来录音，代码如下所示：

R = audiorecorder(8000,16,1);
record(R);
stop(R);
pause(R);
play(R);
stop(R);
myspeech = getaudiodata(R,'int16');
filename = ('test4.wav'); %给文件取吿
audiowrite(filename,myspeech,8000);

最后是如何把数据下发给codec。

我的思路：PS裸跑读取音频数据（可以通过SD卡读取文件，或者简单点直接定义一个short数组存放音频数据），通过乒乓操作，使用BRAM接口把数据下发给PL。

具体交互逻辑其实是构建一个FIFO空满标志：

PS判断RAM1是否为空，为空写入数据，否则等待；

当PS端写完数据后，通过寄存器通知PL，写完成；

PS第一次写完成触发PL开始取数据；

PL读使能一直根据音频采样率固定节拍；

工程源码链接：https://download.csdn.net/download/weixin_39813867/16616593

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