ESP32-S3(ESP IDF-5.4.1) audio NS4168

I2S（Inter-IC Sound，集成电路内置音频总线）是一种同步串行通信协议，通常用于在两个数字音频设备之间传输音频数据。ESP32-S3 包含 2 个 I2S 外设。通过配置这些外设，可以借助 I2S 驱动来输入和输出采样数据。标准和 TDM 模式下的 I2S 总线包含以下几条线路：MCLK：主时钟线。该信号线可选，具体取决于从机，主要用于向 I2S 从机提供参考时钟。BCLK：位时钟线。

rosemary512

2252人浏览 · 2025-05-26 17:54:27

rosemary512 · 2025-05-26 17:54:27 发布

简介

I2S（Inter-IC Sound，集成电路内置音频总线）是一种同步串行通信协议，通常用于在两个数字音频设备之间传输音频数据。

ESP32-S3 包含 2 个 I2S 外设。通过配置这些外设，可以借助 I2S 驱动来输入和输出采样数据。

标准和 TDM 模式下的 I2S 总线包含以下几条线路：

MCLK：主时钟线。该信号线可选，具体取决于从机，主要用于向 I2S 从机提供参考时钟。
BCLK：位时钟线。用于数据线的位时钟。
WS：字（声道）选择线。通常用于识别声道（除 PDM 模式外）。
DIN/DOUT：串行数据输入/输出线。如果 DIN 和 DOUT 被配置到相同的 GPIO，数据将在内部回环

I2S通信模式 - 标准模式

标准模式中有且仅有左右两个声道，驱动中将声道称为 slot。这些声道可以支持 8/16/24/32 位宽的采样数据。

代码

初始化

这段代码主要用于初始化NS4168模块的I2S传输通道。首先，通过调用宏 I2S_CHANNEL_DEFAULT_CONFIG 自动生成一个I2S通道配置结构，此处传入 I2S_NUM_AUTO 表示自动分配通道编号，并设置角色为主模式（I2S_ROLE_MASTER）。接着，调用 i2s_new_channel 函数创建新的I2S通道，并使用 ESP_ERROR_CHECK 宏进行错误检查，确保通道创建成功。

随后，代码构造了一个标准的I2S配置结构 std_cfg。在该结构中，clk_cfg 字段利用 I2S_STD_CLK_DEFAULT_CONFIG(16000) 设置了采样率为16kHz的时钟配置；而 slot_cfg 则通过 I2S_STD_MSB_SLOT_DEFAULT_CONFIG 来指定数据传输格式，这里采用32位数据宽度（I2S_DATA_BIT_WIDTH_32BIT）以及单声道模式（I2S_SLOT_MODE_MONO）。这决定了数据传输时每个样本的比特数和通道数。

接下来的 gpio_cfg 字段则为I2S信号分配具体的GPIO引脚。代码中将 mclk（主时钟）标记为未使用（I2S_GPIO_UNUSED），说明此示例中不需要使用主时钟信号，而 bclk（位时钟）、ws（字选择信号）和 dout（数据输出）分别对应预定义的 NS4168_IIS_BCK、NS4168_IIS_WS 和 NS4168_IIS_DATA。din（数据输入）同样未被使用。对于invert_flags结构，所有相关时钟信号的反转均设置为false，表示信号不做反转处理。

最后，通过调用 i2s_channel_init_std_mode 函数，将先前创建的I2S通道与定义好的标准配置结构 std_cfg 进行绑定，并再次通过 ESP_ERROR_CHECK 检查初始化是否成功。如果所有配置和初始化过程都顺利完成，该函数最终返回 ESP_OK，表明NS4168模块的I2S传输通道已经成功初始化，可以进行后续的音频数据传输。

esp_err_t ns4168_init() {
  i2s_chan_config_t tx_chan_cfg =
      I2S_CHANNEL_DEFAULT_CONFIG(I2S_NUM_AUTO, I2S_ROLE_MASTER);
  ESP_ERROR_CHECK(i2s_new_channel(&tx_chan_cfg, &tx_chan, NULL));
  i2s_std_config_t std_cfg = {
      .clk_cfg = I2S_STD_CLK_DEFAULT_CONFIG(16000),
      .slot_cfg = I2S_STD_MSB_SLOT_DEFAULT_CONFIG(I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT,
                                                  I2S_SLOT_MODE_STEREO),
      .gpio_cfg =
          {
              .mclk = I2S_GPIO_UNUSED,  // some codecs may require mclk signal,
                                        // this example doesn't need it
              .bclk = NS4168_IIS_BCK,
              .ws = NS4168_IIS_WS,
              .dout = NS4168_IIS_DATA,
              .din = I2S_GPIO_UNUSED,
              .invert_flags =
                  {
                      .mclk_inv = false,
                      .bclk_inv = false,
                      .ws_inv = false,
                  },
          },
  };
  ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_init_std_mode(tx_chan, &std_cfg));
  return ESP_OK;
}

播放wav音频

函数参数是一个指向字符数组的指针，代表要播放的音频文件的路径。函数首先检查传入的文件路径是否为空，如果为空则打印错误信息并终止任务。

接下来，函数为写入数据分配了一个2048字节的缓冲区。如果内存分配失败，同样会打印错误信息并删除任务。然后函数尝试以二进制读模式打开指定的文件，如果文件打开失败，则释放之前分配的缓冲区并终止任务。

一旦文件成功打开，函数使用fseek将文件指针移动到偏移量为44的位置，这通常用于跳过WAV文件的头部信息。之后，函数启用I2S传输通道，并进入一个无限循环。在每次循环中，通过fread从文件中读取最多2048字节的数据到缓冲区。如果读到的数据字节数为0，则说明文件已到末尾，循环退出。

在读取到数据后，函数先调用i2s_channel_preload_data将数据预加载到I2S通道，然后调用i2s_channel_write将数据写入I2S通道，并根据写入结果打印相应信息。如果本次读取的数据少于2048字节，也会认为文件播放完毕，从而退出循环。最后，函数关闭文件，释放缓冲区，并调用vTaskDelete删除当前任务。

static void i2s_play_task(void *args) {
  const char *file_path = (const char *)args;
  if (file_path == NULL) {
    printf("File path is NULL\n");
    vTaskDelete(NULL);
    return;
  }
  uint8_t *w_buf = (uint8_t *)calloc(1, 2048);
  if (w_buf == NULL) {
    printf("Failed to allocate memory for write buffer\n");
    vTaskDelete(NULL);
    return;
  }
  FILE *fp = fopen(file_path, "rb");
  if (fp == NULL) {
    printf("Failed to open file: %s\n", file_path);
    free(w_buf);
    vTaskDelete(NULL);
    return;
  }
  fseek(fp, 44, SEEK_SET);
  size_t w_bytes = 0;
  size_t read_bytes = 0;
  ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_enable(tx_chan));
  while (1) {
    read_bytes = fread(w_buf, 1, 2048, fp);
    if (read_bytes == 0) {
      printf("End of file reached\n");
      break;
    }
    i2s_channel_preload_data(tx_chan, w_buf, read_bytes, &w_bytes);
    if (i2s_channel_write(tx_chan, w_buf, read_bytes, &w_bytes,
                          portMAX_DELAY) == ESP_OK) {
      printf("I2S write %d bytes\n", (int)w_bytes);
    } else {
      printf("I2S write failed\n");
    }
    if (read_bytes < 2048) {
      printf("Partial buffer written, file playback complete\n");
      break;
    }
  }
  fclose(fp);
  free(w_buf);
  vTaskDelete(NULL);
}