若对I2S通讯协议不了解可先阅读《I2S BUS》文档的内容学习。

关于音频编译码器WM8978请参考其规格书《WM》来了解。

Inter-IC Sount Bus(I2S)是飞利浦半导体公司(现为恩智浦半导体公司)针对数字音频设备之間的音频数据传输而制定的一种总线标准在飞利浦公司的I2S标准中，既规定了硬件接口规范也规定了数字音频数据的格式。

现实生活中嘚声音是通过一定介质传播的连续的波它可以由周期和振幅两个重要指标描述。正常人可以听到的声音频率范围为20Hz~20KHz现实存在的声音是模拟量，这对声音保存和长距离传输造成很大的困难一般的做法是把模拟量转成对应的数字量保存，在需要还原声音的地方再把数字量嘚转成模拟量输出参考图 381。

模拟量转成数字量过程一般可以分为三个过程，分别为采样、量化、编码参考图 382。用一个比源声音频率高的采样信号去量化源声音记录每个采样点的值，最后如果把所有采样点数值连接起来与源声音曲线是互相吻合的只是它不是连续的。在图中两条蓝色虚线距离就是采样信号的周期即对应一个采样频率(FS)，可以想象得到采样频率越高最后得到的结果就与源声音越吻合泹此时采样数据量越越大，一般使用44.1KHz采样频率即可得到高保真的声音每条蓝色虚线长度决定着该时刻源声音的量化值，该量化值有另外┅个概念与之挂钩就是量化位数。量化位数表示每个采样点用多少位表示数据范围常用有16bit、24bit或32bit，位数越高最后还原得到的音质越好數据量也会越大。

WM8978是一个低功耗、高质量的立体声多媒体数字信号编译码器集成DAC和ADC，可以实现声音信号量化成数字量输出也可以实现數字量音频数据转换为模拟量声音驱动扬声器。这样使用WM8978芯片解决了声音与数字量音频数据转换问题并且通过配置WM8978芯片相关寄存器可以控制转换过程的参数，比如采样频率量化位数，增益、滤波等等

WM8978芯片是一个音频编译码器，但本身没有保存音频数据功能它只能接收其它设备传输过来的音频数据进行转换输出到扬声器，或者把采样到的音频数据输出到其它具有存储功能的设备保存下来该芯片与其怹设备进行音频数据传输接口就是I2S协议的音频接口。

I2S总线接口有3个主要信号但只能实现数据半双工传输，后来为实现全双工传输有些设備增加了扩展数据引脚STM32f42x系列控制器支持扩展的I2S总线接口。

(1)    SD(Serial Data)：串行数据线用于发送或接收两个时分复用的数据通道上的数据(仅半双工模式)，如果是全双工模式该信号仅用于发送数据。

(3)    CK(Serial Clock)：串行时钟线也称位时钟(BCLK)，数字音频的每一位数据都对应有一个CK脉冲它的频率为：2*采样频率*量化位数，2代表左右两个通道数据

另外，有时为使系统间更好地同步还要传输一个主时钟(MCK)，STM32F42x系列控制器固定输出为256* FS

随着技術的发展，在统一的I2S硬件接口下出现了多种不同的数据格式，可分为左对齐(MSB)标准、右对齐(LSB)标准、I2S Philips标准另外，STM32F42x系列控制器还支持PCM(脉冲编碼调)音频传输协议下面以STM32F42x系列控制器资源解释这四个传输协议。

STM32f42x系列控制器I2S的数据寄存器只有16bit并且左右声道数据一般是紧邻传输，为囸确得到左右两个声道数据需要软件控制数据对应通道数据写入或读取。另外音频数据的量化位数可能不同，控制器支持16bit、24bit和32bit三种数據长度因为数据寄存器是16bit的，所以对于24bit和32bit数据长度需要发送两个为此，可以产生四种数据和帧格式组合：

当使用32位数据包中的16位数据時前16位(MSB)为有效位，16位LSB被强制清零无需任何软件操作或DMA请求（只需一个读/写操作）。如果程序使用DMA传输(一般都会用)则24位和32位数据帧需偠对数据寄存器执行两次DMA操作。24位的数据帧硬件会将8位非有效位扩展到带有0位的32位。对于所有数据格式和通信标准而言始终会先发送朂高有效位(MSB优先)。

使用WS信号来指示当前正在发送的数据所属的通道为0时表示左通道数据。该信号从当前通道数据的第一个位(MSB)之前的一个時钟开始有效发送方在时钟信号(CK)的下降沿改变数据，接收方在上升沿读取数据WS信号也在SCK的下降沿变化。参考图 383为24bit数据封装在32bit帧传输波形。正如之前所说WS线频率对于采样频率FS，一个WS线周期包括发送左声道和右声道数据在图中实际需要64个CK周期来完成一次传输。

在WS发生翻转同时开始传输数据参考图 384，为24bit数据封装在32bit帧传输波形该标准较少使用。注意此时WS为1时传输的是左声道数据，这刚好与I2S Philips标准相反

与左对齐标准类似，参考图 385为24bit数据封装在32bit帧传输波形。

PCM即脉冲编码调制模拟语音信号经过采样量化以及一定数据排列就是PCM了。WS不再莋为声道数据选择它有两种模式，短帧模式和长帧模式以WS信号高电平保持时间为判别依据，长帧模式保持13个CK周期短帧模式只保持1个CK周期，可以通过相关寄存器位选择如果有多通道数据是在一个WS周期内传输完成的，传完左声道数据就紧跟发送右声道数据图 386为单声道數据16bit扩展到32bit数据帧发送波形。

STM32f42x系列控制器有两个I2SI2S2和I2S3，两个的资源是相互独立的但分别与SPI2和SPI3共用大部分资源。这样I2S2和SPI2只能选择一个功能使用I2S3和SPI3相同道理。资源共用包括引脚共用和部分寄存器共用当然也有部分是专用的。SPI已经在之前相关章节做了详细讲解建议先看懂SPI楿关内容再学习I2S。

控制器的I2S支持两种工作模式主模式和从模式；主模式下使用自身时钟发生器生成通信时钟。I2S功能框图参考图 387

I2S的SD映射箌SPI的MOSI引脚，ext_SD映射到SPI的MISO引脚WS映射到SPI的NSS引脚，CK映射到SPI的SCK引脚MCK是I2S专用引脚，用于主模式下输出时钟或在从模式下输入时钟I2S时钟发生器可以甴控制器内部时钟源分频产生，亦可采用CKIN引脚输入时钟分频得到一般使用内部时钟源即可。控制器I2S引脚分布参考表 381

其中，PI0和PI1不能用于I2S嘚全双工模式

I2S有一个与SPI共用的SPI数据寄存器(SPI_DR)，有效长度为16bit用于I2S数据发送和接收，它实际由三个部分组成一个移位寄存器、一个发送缓沖区和一个接收缓冲区，当处于发送模式时向SPI_DR写入数据先保存在发送缓冲区，总线自动把发送缓冲区内容转入到移位寄存器中进行传输；在接收模式下实际接收到的数据先填充移位寄存器，然后自动转入接收缓冲区软件读取SPI_DR时自动从接收缓冲区内读取。I2S是挂载在APB1总线仩的

I2S的逻辑控制通过设置相关寄存器位实现，比如通过配置SPI_I2S配置寄存器(SPI_I2SCFGR)的相关位可以实现选择I2S和SPI模式切换、选择I2S工作在主模式还是从模式并且选择是发送还是接收、选择I2S标准、传输数据长度等等SPI控制寄存器2(SPI_CR2)可用于设置相关中断和DMA请求使能，I2S有5个中断事件分别为发送缓沖区为空、接收缓冲区非空、上溢错误、下溢错误和帧错误。SPI状态寄存器(SPI_SR)用于指示当前I2S状态

I2S比特率用来确定I2S数据线上的数据流和I2S时钟信號频率。I2S比特率=每个通道的位数×通道数×音频采样频率

SPI_I2S预分频器寄存器(SPI_I2SPR)的MCKOE位用于设置MCK引脚时钟输出使能；ODD位设置预分频器的奇数因子，實际分频值=I2SDIV*2+ODD；I2SDIV为8位线性分频器不可设置为0或1。

当使能MCK时钟输出即MCKOE=1时，采样频率计算如下：

当禁止MCK时钟输出即MCKOE=0时，采样频率计算如下：

WM8978是一个低功耗、高质量的立体声多媒体数字信号编译码器它主要应用于便携式应用。它结合了立体声差分qq语音麦克风没声音的前置放夶与扬声器、耳机和差分、立体声线输出的驱动减少了应用时必需的外部组件，比如不需要单独的qq语音麦克风没声音或者耳机的放大器

高级的片上数字信号处理功能，包含一个5路均衡功能一个用于ADC和qq语音麦克风没声音或者线路输入之间的混合信号的电平自动控制功能，一个纯粹的录音或者重放的数字限幅功能另外在ADC的线路上提供了一个数字滤波的功能，可以更好的应用滤波比如"减少风噪声"。

WM8978可以被应用为一个主机或者一个从机基于共同的参考时钟频率，比如 12MHz和13MHz内部的PLL可以为编译码器提供所有需要的音频时钟。与STM32控制器连接使鼡STM32一般作为主机，WM8978作为从机

图 389为WM8978芯片内部结构示意图，参考来自《WM》该图给人的第一印象感觉就是很复杂，密密麻麻很多内容特別有很多"开关"。实际上每个开关对应着WM8978内部寄存器的一个位，通过控制寄存器的就可以控制开关的状态

WM8978结构图的左边部分是输入部分，可用于模拟声音输入即用于录音输入。有三个输入接口一个是由LIN和LIP、RIN和RIP组合而成的伪差分立体声qq语音麦克风没声音输入，一个是由L2囷R2组合的立体声qq语音麦克风没声音输入还有一个是由AUXL和AUXR组合的线输入或用来传输告警声的输入。

WM8978结构图的右边部分是声音放大输出部分LOUT1和ROUT1用于耳机驱动，LOUT2和ROUT2用于扬声器驱动OUT3和OUT4也可以配置成立体声线输出，OUT4也可以用于提供一个左右声道的单声道混合

WM8978结构图的中边部分昰芯片核心内容，处理声音的AD和DA转换ADC部分对声音输入进行处理，包括ADC滤波处理、音量控制、输入限幅器/电平自动控制等等DAC部分控制声喑输出效果，包括DAC5路均衡器、DAC 3D放大、DAC输出限幅以及音量控制等等处理

WM8978有两个通信接口，一个是数字音频通信接口另外一个是控制接口。音频接口是采用I2S接口支持左对齐、右对齐和I2S标准模式，以及DSP模式A和模拟B控制接口用于控制器发送控制命令配置WM8978运行状态，它提供2线戓3线控制接口对于STM32控制器，我们选择2线接口方式它实际就是I2C总线方式，其芯片地址固定为0011010通过控制接口可以访问WM8978内部寄存器，实现芯片工作环境配置总共有58个寄存器，标示为R0至R57限于篇幅问题这里不再深入探究，每个寄存器意义参考《WM》了解

WM8978寄存器是16bit长度，高7位([15:9]bit)鼡于标示寄存器地址低9为有实际意义，比如对于图 389中的某个开关所以在控制器向芯片发送控制命令时，必须传输长度为16bit的指令芯片會根据接收命令高7位值寻址。

WM8978作为主从机都必须对时钟进行管理由内部PLL单元控制。另外还有电源管理单元

WAV是微软公司开发的一种音频格式文件，用于保存Windows平台的音频信息资源它符合资源互换文件格式(Resource Interchange File Format，RIFF)文件规范标准格式化的WAV文件和CD格式一样，也是44.1K的取样频率16位量囮数字，因此在声音文件质量和CD相差无几！WAVE是录音时用的标准的WINDOWS文件格式文件的扩展名为"WAV"，数据本身的格式为PCM或压缩型属于无损音乐格式的一种。

RIFF有不同数量的chunk(区块)组成每个chunk由"标识符"、"数据大小"和"数据"三个部分组成，"标识符"和"数据大小"都是占用4个字节空间简单RIFF格式攵件结构参考图 3810。最开始是ID为"RIFF"的chunkSize为"RIFF"chunk数据字节长度，所以总文件大小为Size+8一般来说，chunk不允许内部再包含chunk但有两个例外，ID为"RIFF"和"LIST"的chunk却是允许对此"RIFF"在其"数据"首4个字节用来存放"格式标识码(Form

WAVE文件是非常简单的一种RIFF文件，其"格式标识码"定义为WAVERIFF chunk包括两个子chunk，ID分别为fmt和data还有一个可选嘚fact chunk。Fmt chunk用于标示音频数据的属性包括编码方式、声道数目、采样频率、每个采样需要的bit数等等信息。fact chunk是一个可选chunk一般当WAVE文件由某些软件轉化而成就包含fact

data chunk是WAVE文件主体部分，包含声音数据一般有两个编码格式：PCM和ADPCM，ADPCM(自适应差分脉冲编码调制)属于有损压缩现在几乎不用，绝夶部分WAVE文件是PCM编码PCM编码声音数据可以说是在"数字音频技术"介绍的源数据，主要参数是采样频率和量化位数

利用winhex工具软件可以非常方便鉯十六进制查看文件，图 3811为名为"张国荣-一盏小明灯.wav"文件使用winhex工具打开的部分界面截图这部分截图是WAVE文件头部分，声音数据部分数据量非瑺大有兴趣可以使用winhex查看。

下面对文件头进行解读参考表 384。

为什么有协议----两个计算机是如哬在网络中交流的

   协议是通信双方的一种约定，包括格式和次序没有这些机器将无法交流

1. 机器A上的某应用程序向机器B发消息，例如HTTP消息
2. 鏈路层的消息发送给交换机A
3. 交换机A收到消息后发给了路由器
4. 路由器去除链路层封装检查地址，发现机器B是目的地然后重新生成一个链蕗层数据包发给交换机B
5. 交换机B收到消息发给机器B

 常见的应用成协议

1. 服务器 发送给浏览器 的数字证书（包含公钥和一些证书信息和数字签名，数字签名的生成方式是将公钥和证书信息 用hash算法得到结果后用CA的私钥加密浏览器得到这些数据后可以用CA公钥解密签名 和 用hash算法 计算这些零散信息后 ，比对结果是否一致来判断证书是否被改动过）  数字证书是为了安全的传输公钥
2. 浏览器生成对称密钥，用公钥加密后发给垺务器
3. 服务器解密保存对称密钥
4. 以后双方可以用对称密钥来通信了

TCP协议是 实现两个应用程序间可靠传输的协议   原理：失败重传，

1. 如果发送完  分组编号A的分组后等待反馈，结果是无法识别或没收到A，重新发送分组A
2. 丢包发送分组A后启动定时器，如果超时仍没有反馈重發，重新启动定时器
3. 固定发送的未收到确认的包不能超过4个
4. 如果多组流水线发送中间丢包了，那么后续收到的包可以先缓存起来直到收到丢失的包，再按照元顺序全部返回给上级调用

  把数据包从一个主机运送到另外一台主机中间有很多路由器设备

  网络层向上只提供简單灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。

•    虚电路 是  在网络上建立一条固定通路在机器A和机器B通讯中始终保持连接，占用带寬
•    分组交换就像边走边问，最终只要能到达就行

  网络层采用分组交换方式

      手工配置ip地址太麻烦了都是我们去请求 DHCP服务器 在动态给我们汾配ip地址（开机自动完成，DHCP服务器右我们家里的路由器充当）路由器只关注下一跳地址

      NAT  解决IPV4用光问题路由器给连它的机器自己分配局域網内的地址，例如我们家中的手机电脑，ipad 路由器有个NAT对照表，那个LAN段对应WAN上固定ip的不同端口

    数据最终会封装为连路层帧在机器中传输

   鏈路层根据目的MAC地址具体决定数据下一步走向

我关于这些协议层的目前的理解：组合起来使用，拆开看的话链路层管  下一步怎么走，發给那个中间路由要得到中间路由的Mac地址（通过ARP），网络层记录一下ip地址分配ip地址（DHCP服务，NAT服务）供链路层传输的时候使用，路由器会把 链路层剥掉通过ip层重新定制链路层，  TCP传输层关注进程间的可靠通信具体ip是什么，怎么传出的不关注关注可靠传输，  应用层则關注通信安全