一、I2S簡介

I2S(也叫IIS，即：Inter IC Sound)總線, 又稱集成電路內置音頻總線，是飛利浦公司為數字音頻設備之間的音頻數據傳輸而制定的一種總線標準，該總線專責于音頻設備之間的數據傳輸，廣泛應用于各種多媒體系統。它采用了沿獨立的導線傳輸時鐘與數據信號的設計，通過將數據和時鐘信號分離，避免了因時差誘發的失真，為用戶節省了購買抵抗音頻抖動的專業設備的費用。
特點
●支持全雙工/半雙工通信
●支持主/從模式設置
●8位可編程線性預分頻器，可實現精確的音頻采樣頻率(8~192Khz)
●支持16位/24位/32位數據格式
●數據包幀固定為16位（僅16位數據幀）或32位（可容納16/24/32位數據幀）
●可編程時鐘極性
●支持MSB對齊(左對齊)、LSB對齊(右對齊)、飛利浦標準和PCM標準等I2S標準
●支持DMA數據傳輸（16位寬）
●數據方向固定位MSB在前
●支持主時鐘輸出（固定為256*fs，fs即音頻采樣率）

二、I2S框圖以及信號

I2S框圖
STM32F4的I2S是與SPI部分共用的，通過設置SPI_I2SCFGR寄存器的I2SMOD位即可開啟I2S功能，I2S接口使用了幾乎與SPI相同的引腳、標志和中斷。

信號
1，SD：串行數據（映射到 MOSI 引腳），用于發送或接收兩個時分復用的數據通道上的數據（僅半雙工模式）。
2，WS：字選擇（映射到NSS引腳），即左右時鐘，用于切換左右聲道的數據。WS頻率等于音頻信號采樣率（fs）。
3，CK：串行時鐘（映射到SCK引腳），即位時鐘，是主模式下的串行時鐘輸出以及從模式下的串行時鐘輸入。CK頻率=WS頻率（fs）216（16位寬），如果是32位寬，則是：CK頻率=WS頻率（fs）232（32位寬）。
4，I2S2ext_SD和I2S3ext_SD：用于控制I2S全雙工模式的附加串行數據引腳（映射到MISO引腳），這兩個引腳僅用于全雙工模式。
5，MCK：即主時鐘輸出，當I2S配置為主模式（且SPI_I2SPR寄存器的MCKOE位置1）時，使用此時鐘，該時鐘頻率為 256×fs，fs：音頻信號采樣頻率。

STM32F4為支持I2S全雙工模式，除了I2S2和I2S3，還可以使用兩個額外的I2S，它們稱為擴展I2S（I2S2_ext、I2S3_ext），其框圖為：

擴展I2S (I2Sx_ext)只能用于全雙工模式。I2Sx_ext始終在從模式下工作。I2Sx和I2Sx_ext 均可用于發送和接收。

三、幀格式

STM32F4的I2S支持4種數據和幀格式組合，分別是：
1，將16位數據封裝在16位幀中；
2，將16位數據封裝在32位幀中；
3，將24位數據封裝在32位幀中；
4，將32位數據封裝在32位幀中；

將16位數據封裝在32位幀中時，前16位(MSB)為有效位，16位LSB被強制清零，無需任何軟件操作或DMA請求（只需一個讀/寫操作）。如果應用程序選則DMA，則24位和32位數據幀需要對SPI_DR執行兩次CPU讀取或寫入操作，或者需要兩次DMA操作。24位的數據幀，硬件會將8位非有效位擴展到帶有0位的32位數據幀。
4種幀標準：
1，飛利浦標準；
2，MSB 對齊（左對齊）標準；
3，LSB 對齊（右對齊）標準；
4，PCM標準；
I2S飛利浦標準幀24位數據，32位幀格式

I2S飛利浦標準，使用WS信號來指示當前正在發送的數據所屬的通道。該信號從當前通道數據的第一個位(MSB)之前的一個時鐘開始有效。發送方在時鐘信號(CK)的下降沿改變數據，接收方在上升沿讀取數據。WS信號也在CK的下降沿變化。在24位模式下數據傳輸，需要對SPI_DR執行兩次讀取或寫入操作。比如要發送0X8EAA33這個數據，就要分兩次寫入SPI_DR，第一次寫入：0X8EAA，第二次寫入0X33xx（xx可以為任意數值），這樣就把0X8EAA33發送出去了。
注意：從SD卡讀取到的24位WAV數據流，是低字節在前，高字節在后的，比如，我們讀到一個聲道的數據（24bit），存儲在buf[3]里面，那么要通過SPI_DR發送這個24位數據，過程如下：
SPI_DR=((u16)buf[2]<<8)+buf[1];
SPI_DR=(u16)buf[0]<<8;
這樣，第一次發送高16位數據，第二次發送低8位數據，完成一次24bit數據的發送。

四、I2S時鐘

上圖中的I2SxCLK，可以來自PLLI2S輸出（通過R系數分頻）或者來自外部時鐘（I2S_CKIN引腳），一般使用前者作為I2SxCLK輸入時鐘。
需要根據音頻采樣率（fs）來計算各個分頻器的值，常用的音頻采樣率有：22.05Khz、44.1Khz、48Khz、96Khz、196Khz等。

當MCK輸出使能時，fs頻率計算公式如下：
fs=I2SxCLK/[256 * (2 * I2SDIV+ODD)]
其中：I2SxCLK=(HSE/pllm)* PLLI2SN/PLLI2SR。 HSE是8Mhz，而pllm在系統時鐘初始化就確定了，是8，這樣結合以上式，可得計算公式如下：

fs= (1000 * PLLI2SN/PLLI2SR )/[256 * (2 * I2SDIV+ODD)]
fs單位是：Khz。其中：PLLI2SN取值范圍：192~ 432；PLLI2SR取值范圍：2~ 7；I2SDIV取值范圍：2~255；ODD取值范圍：0/1。

根據以上約束條件，便可根據fs來設置各個系數的值了，不過很多時候，并不能取得和fs一模一樣的頻率，只能近似等于fs，比如44.1Khz采樣率，設置PLLI2SN=271，PLLI2SR=2，I2SDIV=6，ODD=0，得到fs=44.108073Khz，誤差為：0.0183%。晶振頻率決定了有時無法通過分頻得到我們所要的fs，所以，某些fs如果要實現0誤差，必須得選用外部時鐘才可以。
為了方便可以將常用的fs建立對應的表格。

//表格式:采樣率/10,PLLI2SN,PLLI2SR,I2SDIV,ODDconst u16 I2S_PSC_TBL[][5]={        {800 ,256,5,12,1},		//8Khz采樣率        {1102,429,4,19,0},		//11.025Khz采樣率        {1600,213,2,13,0},	//16Khz采樣率        {2205,429,4, 9,1},		//22.05Khz采樣率        {3200,213,2, 6,1},		//32Khz采樣率        {4410,271,2, 6,0},		//44.1Khz采樣率        {4800,258,3, 3,1},		//48Khz采樣率        {8820,316,2, 3,1},		//88.2Khz采樣率        {9600,344,2, 3,1},  	//96Khz采樣率        {17640,361,2,2,0},  	//176.4Khz采樣率        {19200,393,2,2,0},  	//192Khz采樣率};

五、I2S寄存器

1、SPI_I2S配置寄存器（SPI_I2SCFGR）

I2SMOD位，設置為1，選擇I2S模式，注意，必須在I2S/SPI禁止的時候，設置該位。
I2SE位，設置為1，使能I2S外設，該位必須在I2SMOD位設置之后再設置。
I2SCFG[1:0]位， 這兩個位用于配置I2S模式，設置為10，選擇主模式（發送）。
I2SSTD[1:0]位，這兩個位用于選擇I2S標準，設置為00，選擇飛利浦標準。
CKPOL位，用于設置空閑時時鐘電平，設置為0，空閑時時鐘低電平。
DATLEN[1:0]位，用于設置數據長度，00，表示16位數據；01表示24位數據。
CHLEN位，用于設置通道長度，即幀長度，0，表示16位；1，表示32位。
2、SPI_I2S預分頻器寄存器（SPI_I2SSPR）

設置MCKOE為1，開啟MCK輸出，ODD和I2SDIV則根據不同的fs，查表進行設置。
3、PLLI2S配置寄存器（RCC_PLLI2SCFGR）

該寄存器用于配置PLLI2SR和PLLI2SN兩個系數，PLLI2SR的取值范圍是：2~ 7，PLLI2SN的取值范圍是：192~432。同樣，這兩個也是根據fs的值來設置的。

六、I2S初始化步驟

• 1）初始化WM8978
  這個過程就是配置上一講講介紹的WM8978那十幾個寄存器，包括軟復位、DAC設置、輸出設置和音量設置等。
• 2）初始化I2S
  此過程主要設置SPI_I2SCFGR寄存器，設置I2S模式、I2S標準、時鐘空閑電平和數據幀長等，最后開啟I2S TX DMA，使能I2S外設。
• 3）解析WAV文件，獲取音頻信號采樣率和位數并設置I2S時鐘分頻器
  解析WAV文件，取得音頻信號的采樣率（fs）和位數（16位或24位），根據這兩個參數，來設置I2S的時鐘分頻，用前面介紹的查表法來設置。
• 4）設置DMA
  I2S播放音頻，一般采用DMA來傳輸數據，這里我們用I2S2，其TX用DMA1數據流4的通道0來傳輸數據。并且，STM32F4的DMA具有雙緩沖機制，這樣可以提高效率。這里，我們將DMA1數據流4設置為：雙緩沖循環模式，外設和存儲器都是16位寬，并開啟DMA傳輸完成中斷（方便填充數據）。
• 5）編寫DMA傳輸完成中斷服務函數
  為了方便填充音頻數據，我們使用DMA傳輸完成中斷，每當一個緩沖數據發送完后，硬件自動切換為下一個緩沖，同時進入中斷服務函數，填充數據到發送完的這個緩沖。如下圖所示：
  
• 6）開啟DMA傳輸，填充數據
  最后，只需要開啟DMA傳輸，然后及時填充WAV數據到DMA的兩個緩存區即可。此時，就可以在WM8978的耳機和喇叭通道聽到所播放音樂了。

七、播放WAV文件代碼

//播放某個WAV文件//fname:wav文件路徑.//返回值://KEY0_PRES:下一曲//KEY1_PRES:上一曲//其他:錯誤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);	//飛利浦標準,16位數據長度				I2S2_Init(I2S_Standard_Phillips,I2S_Mode_MasterTx,I2S_CPOL_Low,I2S_DataFormat_16bextended);		//飛利浦標準,主機發送,時鐘低電平有效,16位擴展幀長度			}else if(wavctrl.bps==24)			{				WM8978_I2S_Cfg(2,2);	//飛利浦標準,24位數據長度				I2S2_Init(I2S_Standard_Phillips,I2S_Mode_MasterTx,I2S_CPOL_Low,I2S_DataFormat_24b);		//飛利浦標準,主機發送,時鐘低電平有效,24位擴展幀長度			}			I2S2_SampleRate_Set(wavctrl.samplerate);//設置采樣率			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;			//回調函數指wav_i2s_dma_callback			audio_stop();			res=f_open(audiodev.file,(TCHAR*)fname,FA_READ);	//打開文件			if(res==0)			{				f_lseek(audiodev.file, wavctrl.datastart);		//跳過文件頭				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傳輸完成; 					wavtransferend=0;					if(fillnum!=WAV_I2S_TX_DMA_BUFSIZE)//播放結束?					{						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)//暫停						{							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);//得到總時間和當前播放的時間 						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);	//釋放內存	myfree(SRAMIN,audiodev.i2sbuf1);//釋放內存	myfree(SRAMIN,audiodev.i2sbuf2);//釋放內存 	myfree(SRAMIN,audiodev.file);	//釋放內存 	return res;} 

音樂播放就講到這里啦！！！