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Windows 10 ARM工控主板连接I2S音频芯片

article 2025/1/14 6:49:34

在Windows工控主板应用中，音频功能是一项基本的需求，USB声卡在x86/x64 Windows系统上就可直接免驱使用，但这些USB声卡通常不提供ARM上的Windows系统驱动。本文将介绍如何利用安装在ARM上的Windows工控主板——ESM8400的I2S接口、连接WM8960音频芯片，实现音频的输入与输出。

ESM8400是预装正版Windows 10 IoT企业版操作系统的工控主板，具有名片尺寸、超低功率、无需散热风扇、能在-40℃~80℃的环境温度下稳定工作等诸多优点，ESM8400设计时已经预留了I2S接口，用于连接I2S音频芯片。

1. 硬件连接

ESM8400总有32位GPIO，I2S接口与部分GPIO复用，对应关系如下：

ESM8400 GPIO	I2S信号名称	I2S信号说明
GPIO0	I2S_MCLK	I2S系统时钟，由ESM8400对外提供
GPIO3	I2S_RXD	ADC串行数据输入
GPIO4	I2S_LRCLK	(WS)帧同步信号，指示当前传输的是左声道还是右声道音频
GPIO5	I2S_TXD	DAC串行数据输出
GPIO14	I2S_SCK	(BCLK)同步音频数据传输的位时钟信号

除I2S信号外，WM8960还需要一组I2C信号和两个额外的IO信号用于配置：

ESM8400引脚	缺省功能	系统支持音频时的复用功能
B12	TSC_SCL	WM8960 I2C接口
B13	TSC_SDA	WM8960 I2C接口
D3	GPIO2	AUD_INTn
D16	GPIO15	AUD_PWR_EN

ESM8400连接WM8960的原理图如下：

在ESM8400开发评估底板上连接WM8960音频模块：

2. WM8960音频芯片的自动识别

为了满足不同应用的需求，我们在系统UEFI中增加了WM8960芯片自动识别的功能，ESM8400的I2S接口缺省配置为GPIO，当在UEFI中通过I2C识别到WM8960芯片时，才切换为I2S功能。I2C的识别代码特别简单，通过I2C操作WM8960的复位寄存器，I2C操作成功即表示连接了WM8960芯片，然后将对应的GPIO切换为I2S状态。WM8960自动识别代码如下：

RegAddr = (0xf << 1);
Data = 0x01;
Status = iMXI2cWrite(&Wm8960I2cConfig, RegAddr, &Data, 1); 
if(Status == RETURN_SUCCESS)
{
    // Mux the SAI3 pins to wm8960 codec
    IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_SAI3_TXFS = IOMUXC_MUX_ALT0;
    IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_SAI3_TXC  = IOMUXC_MUX_ALT0;
    IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_SAI3_TXD  = IOMUXC_MUX_ALT0;
    IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_SAI3_RXD  = IOMUXC_MUX_ALT0;
    IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_SAI3_MCLK = IOMUXC_MUX_ALT0;

    IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_SAI3_TXFS = SAI_PAD_CFG_OUT;
    IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_SAI3_TXC  = SAI_PAD_CFG_OUT;
    IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_SAI3_TXD  = SAI_PAD_CFG_OUT;
    IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_SAI3_RXD  = SAI_PAD_CFG_IN;
    IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_SAI3_MCLK = SAI_PAD_CFG_OUT;

    IOMUXC_AUDIOMIX_SAI3_RXDATA_SELECT_INPUT_0 = IOMUXC_MUX_ALT1;
    DebugPrint(0xffffffff,  "Find the audio codec.\n" );
}