【ESP32 在線語音】ESP32的I2S音頻數據開發

實驗：https://www.bilibili.com/opus/1126928057651691553

INMP441 數據手冊：https://www.digikey.cn/htmldatasheets/production/1431884/0/0/1/inmp441-datasheet.html

I2S的應用

注意：MAX98357是否能播放PCM數據，要確保PCM的（采樣率、位深度、聲道數）和MAX98357一樣

如果不一樣者可以通過ffmpeg轉換

開發流程

頭文件

#include "driver/i2s.h"

`i2s_pin_config_t`結構體

配置 I2S 外設的引腳的結構體

typedef struct {
    int mck_io_num;     
    int bck_io_num;     
    int ws_io_num;    
    int data_out_num; 
    int data_in_num; 
} i2s_pin_config_t;

結構體字段說明：

mck_io_num: MCLK 輸出引腳（主時鐘）

ESP32 只支持 GPIO0/GPIO1/GPIO3，如果不使用 MCLK 輸出，可以設置為 I2S_PIN_NO_CHANGE

bck_io_num: BCK 或 SCK（Bit Clock，比特時鐘）引腳號，

I2S 每傳輸一位數據都會在 BCK 上產生一次時鐘脈沖，必填，若不連接通常設為 -1（但多數場景必需）

ws_io_num: WS、LRCK 或 LRCLK（Word Select/Left-Right Clock，左右聲道選擇時鐘）引腳號，

用于指示當前傳輸的是左聲道還是右聲道數據，必填，典型音頻 CODEC 必需。

data_out_num: 數據輸出引腳號（I2S TX，MCU 向外設發送音頻數據）

作為主機播放音頻時需要。
不用可設為 -1。

data_in_num: 數據輸入引腳號（I2S RX，MCU 從外設接收音頻數據）

作為主機采集/錄音時需要。
不用可設為 -1。

設置外設GPIO的引腳

esp_err_t i2s_set_pin(i2s_port_t i2s_num, const i2s_pin_config_t *pin);

參數說明：

i2s_num:I2S 外設端口號

I2S_NUM_0
I2S_NUM_1

pin:指向 i2s_pin_config_t 的指針

返回值

ESP_OK：設置成功。
ESP_ERR_INVALID_ARG：參數非法（如 GPIO 不支持、端口號錯誤、與硬件限制不符）。
ESP_FAIL 或其他錯誤碼：路由失敗或驅動未初始化等

i2s_driver_config_t結構體

用于配置 I2S 驅動的工作模式、采樣率、數據位寬、DMA 緩沖等

typedef struct {

    i2s_mode_t              mode;                     
    uint32_t                sample_rate;              
    i2s_bits_per_sample_t   bits_per_sample;        
    i2s_channel_fmt_t       channel_format;            
    i2s_comm_format_t       communication_format;  
    int                     intr_alloc_flags;        
    int                     dma_buf_count;            
    int                     dma_buf_len;               
    bool                    use_apll;                  
    bool                    tx_desc_auto_clear;         
    int                     fixed_mclk;                 
    i2s_mclk_multiple_t     mclk_multiple;            
    i2s_bits_per_chan_t     bits_per_chan;              

#if SOC_I2S_SUPPORTS_TDM
    i2s_channel_t           chan_mask;                  
    uint32_t                total_chan;                 
    bool                    left_align;                
    bool                    big_edin;                  
    bool                    bit_order_msb;             
    bool                    skip_msk;                   
#endif // SOC_I2S_SUPPORTS_TDM

} i2s_driver_config_t;

結構體說明：

mode:I2S 工作模式與方向、主從設置

I2S_MODE_MASTER | I2S_MODE_TX（主機發送/播放）
I2S_MODE_MASTER | I2S_MODE_RX（主機接收/錄音）

sample_rate:采樣率（Hz）

bits_per_sample:每個通道的有效采樣位數

16
24
32

channel_format:聲道格式與排列方式

I2S_CHANNEL_FMT_RIGHT_LEFT（標準立體聲左右通道），也可能有僅左/僅右、或多聲道（TDM）場景的設置

communication_format:通信協議格式/時序兼容性

I2S 標準、左對齊、右對齊、MSB/LSB 對齊等模式標志

intr_alloc_flags:中斷分配標志

ESP_INTR_FLAG_LEVELx
ESP_INTR_FLAG_IRAM

dma_buf_count:DMA 緩沖區塊的數量（描述符個數

越大越平滑（降低中斷頻率、減小欠載/溢出風險），但占用內存更多。典型 4~16

dma_buf_len:每個 DMA 緩沖中“幀”的數量

一幀是一次 WS 周期內所有聲道樣本的集合

use_apll:是否使用 APLL 作為 I2S 主時鐘源

tx_desc_auto_clear:在 TX 欠載（無數據可發）時是否自動清空 TX 描述符

有助于避免噪聲/爆音；開啟后遇到數據斷流時輸出靜音而不是隨機數據

fixed_mclk:固定 MCLK 輸出頻率（Hz）

若 use_apll=true 且 fixed_mclk>0，則 MCLK 固定為該值；此時 mclk_multiple 設置不再生效。
常用于對某些 CODEC 需要特定 MCLK（如 12.288 MHz、24.576 MHz）

mclk_multiple:MCLK 與采樣率的倍數關系

bits_per_chan:每通道“總線傳輸位寬”（對齊位寬）

字段僅在芯片支持 TDM

chan_mask:使能的通道位掩碼

total_chan:總通道（時隙）數

left_align:使能左對齊（Left-Justified）時序

big_edin:使能“big endian”輸入模式

bit_order_msb:使能 MSB-first 位序

skip_msk:啟用“跳過掩碼”模式：若開啟，只發送/接收已啟用通道的數據；否則 DMA 緩沖中所有通道的數據都會按總通道數發送/接收

安裝/初始化 I2S 驅動的函數

esp_err_t i2s_driver_install(i2s_port_t i2s_num, const i2s_config_t *i2s_config, int queue_size, void *i2s_queue);

參數說明：

i2s_num:I2S 端口號
i2s_config:指向 I2S 配置結構體的指針
queue_size:若需要事件隊列，設置隊列容量（隊列元素個數）。設置為 0 表示不創建隊列
i2s_queue:若需要隊列，傳入 QueueHandle_t* 的指針地址，用于返回創建好的隊列句柄；若不需要隊列，可傳 NULL，或 queue_size 設為 0

返回值

SP_OK：成功
ESP_ERR_INVALID_ARG：參數非法（如配置超限、不支持的模式/位寬）
ESP_ERR_NO_MEM：內存不足（DMA/隊列/驅動資源申請失?。?/li>
ESP_FAIL 或其他：初始化底層硬件失敗

卸載/釋放 I2S 驅動

esp_err_t i2s_driver_uninstall(i2s_port_t i2s_num);

參數說明

i2s_num：I2S 端口號（如 I2S_NUM_0、I2S_NUM_1）

返回值

ESP_OK：卸載成功
ESP_ERR_INVALID_ARG：端口號非法或對應驅動未安裝
其他錯誤碼：底層釋放失?。ㄉ僖姡?/li>

將音頻數據寫入外設設置

esp_err_t i2s_write(i2s_port_t i2s_num, const void *src, size_t size, size_t *bytes_written, TickType_t ticks_to_wait);

參數說明：

i2s_num: I2S 端口號
src: 待發送的數據緩沖區指針
size: 要寫入的字節數
src_bits: 實際寫入的字節數輸出指針；可為 NULL（不關心返回的寫入量）
bytes_written: 實際寫入的字節數輸出指針；可為 NULL（不關心返回的寫入量）
ticks_to_wait: 寫入阻塞的最長 Tick 數

portMAX_DELAY：一直等到有空間
0：不阻塞，若無空間立即返回超時
pdMS_TO_TICKS(ms)：按毫秒轉換

返回值

ESP_OK：調用成功。注意不代表 size 全部寫入，實際寫入量看 bytes_written。
ESP_ERR_INVALID_ARG：參數非法（如 src 為 NULL、size 為 0、端口未啟用 TX）
ESP_FAIL：驅動未安裝或處于錯誤狀態
ESP_ERR_TIMEOUT：在 ticks_to_wait 內 DMA 無可用空間（常見于非阻塞或等待時間太短）

讀取音頻數據

esp_err_t i2s_read(i2s_port_t i2s_num, void *dest, size_t size, size_t *bytes_read, TickType_t ticks_to_wait);

參數說明：

i2s_num: I2S 端口號（如 I2S_NUM_0、I2S_NUM_1）
dest: 目標緩沖區指針，函數會將讀取到的字節寫入此處
size: 期望讀取的字節數
bytes_read:實際讀取到的字節數輸出指針；可為 NULL（不關心實際讀取量）
ticks_to_wait: 阻塞等待可讀數據的最長 Tick 數

portMAX_DELAY：一直等到有數據
0：非阻塞，若無數據立即返回超時
pdMS_TO_TICKS(ms)：按毫秒轉換

返回值

ESP_OK：調用成功（不保證讀取滿 size，需查看 bytes_read）
ESP_ERR_INVALID_ARG：參數非法（dest 為 NULL、size 為 0、端口未啟用 RX 等）
ESP_FAIL：驅動未安裝或硬件狀態異常
ESP_ERR_TIMEOUT：在指定等待時間內沒有足夠數據可讀（常見于非阻塞或等待時間過短）

posted @ 2025-10-28 02:13 FBshark 閱讀(17) 評論(0) 收藏舉報

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i2s_pin_config_t結構體

設置外設GPIO的引腳

i2s_driver_config_t結構體

安裝/初始化 I2S 驅動的函數

卸載/釋放 I2S 驅動

將音頻數據寫入外設設置

讀取音頻數據

公告

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