后续考虑添加蓝牙音频播放功能，便以⻜线的形式添加到控制板上。
音频采用MAX98357模块，MAX98357是i2s输入，d类功放输出，无需滤波，直接链接扬声器，我们考 虑直接⻜线链接。（主要因为开题答辩之前就已经确认并投板了，开题答辩后才考虑添加蓝牙音频功 能，就想简单直接地添加模块就行）。MAX98357使用简单，价格便宜，参考较多，便选用这款。
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SBC ：这是蓝牙标准组织开发的基本音频编解码器。它具有较低的 16 位深度速率、最大 320 Kbps 比特率和 48 kHz 最大频率。
- 显示频率范围：48kHz / 8 = 6kHz
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AAC ：高级音频编码是 Apple 设备的蓝牙编解码器。采样率为44.1 kHz，最大比特率为^3 20 Kbps。
- 本次开发采用乐鑫科技推出的Espressif物联网开发框架（Espressif IoT Development Framework，ESP-IDF）作为基础框架进行开发。
- 使用经典蓝牙的A2DP协议进行音频流分发接收，使用AVRCP协议进行媒体信息通知与控制。乐鑫
科技的ESP-IDF中提供了蓝牙A2DP协议的样例，在蓝牙协议栈的基础上提供了A2DP协议的功能，
并将主控芯片虚拟为蓝牙音响设备。
- 本次课设软件开发流程基于该A2DP样例，在此基础上添加FFT和ws2812b控制功能。
- 波形要求
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数据传输方法
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使用SPI向LED不断传输^0 比特或^1 比特以模拟高电平和低电平
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将SPI的时钟频率设为3.2Mhz，每个比特的时⻓为1 / 3.2Mhz = 0.3125us，此时四个比特为 0.3125us * 4 = 1.25us ，满足波形要求中TH+TL = 1.25us的要求。
- 简单来说， SPI传输的^4 个比特被LED识别为一个比特
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0 code 设计
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如果我们希望LED接收到 0 ，我们需要精巧的设计四个比特来表示0的波形。
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答案是需要通过SPI传输四个比特：0b1000 （0x8） ，此时高电平持续的时间为0.3125us，满足220ns ~ 380ns 的范围。
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1 code 设计
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同理，使用SPI传输0b1110 （0xE） 表示LED接收的1
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0.3125 * 2 = 0.625 us，满足580ns ~ 1us 范围
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代码优化
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由于我们每次都需要向一个LED传输24bits来表示RGB三种颜色，取出每一个每个bit再对应到1000 或 1110 非常复杂。因此我们使用一个uint16_t的数组来表示每次向LED传输的 4 个比 特。
static uint16_t LedBitPattern[ 16 ] = { 0x8888, // -> 0000 0x8E88, // -> 0001 0xE888, // -> 0010 0xEE88, // -> 0011 0x888E, // -> 0100 0x8E8E, // -> 0101 0xE88E, // -> 0110 0xEE8E, // -> 0111 0x88E8, // -> 1000 0x8EE8, // -> 1001 0xE8E8, // -> 1010 0xEEE8, // -> 1011 0x88EE, // -> 1100 0x8EEE, // -> 1101 0xE8EE, // -> 1110 0xEEEE // -> 1111 };
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上述代码有几点需要注意的地方
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用0x8表示0 ，用0xE表示1
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由于数据以字节为单位进行小端存储，因此对于uint16_t的类型， 0xABCD 四个字母的传输顺序为CDAB，所以想要表示 0001 需要使用0x8E88
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色彩传输方法
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注意到传输顺序为GRB而非RGB
memset(ledDMAbuffer, 0 , LED_DMA_BUFFER_SIZE); int n = 0 ; for (i = 0 ; i < LED_MAX_NBER_LEDS; i++) { uint32_t temp = display_buffer[i]; //G ledDMAbuffer[n++] = LedBitPattern[0x0f & (temp >> 12 )]; ledDMAbuffer[n++] = LedBitPattern[0x0f & (temp)>> 8 ]; //R ledDMAbuffer[n++] = LedBitPattern[0x0f & (temp >> 4 )]; ledDMAbuffer[n++] = LedBitPattern[0x0f & (temp)]; //B ledDMAbuffer[n++] = LedBitPattern[0x0f & (temp >> 20 )]; ledDMAbuffer[n++] = LedBitPattern[0x0f & (temp)>> 16 ]; }
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插入代码截获蓝牙收到的音频包，降采样后存放在循环队列中
void bt_app_a2d_data_cb(const uint8_t *data, uint32_t len) { write_ringbuf(data, len); if (data) enqueue((char*)data, len); // 这里为插入的代码 } // 下面是enqueue的定义，包含音频数据降采样 int enqueue(const char *data, size_t len) { if (_size + len / SAMPLE_STEP > queue_max_len) { ESP_LOGW(FFT_TAG, "queue full, clear with size %d, data len %d", size(), len / SAMPLE_STEP); clear(); } for (size_t i = 0 ; i < len; i += SAMPLE_STEP* 2 ) { data_queue[_tailp] = data[i]; _tailp = (_tailp + 1 ) % queue_max_len; data_queue[_tailp] = data[i+ 1 ]; _tailp = (_tailp + 1 ) % queue_max_len; _size += 2 ; } return 0 ; } -
使用ESP-IDF提供的FFT加速计算代码进行FFT的计算，并注意加入读写锁，防止FFT的结果同时被 刷新和写入显存
dsps_fft2r_fc32(fft_input, FFT_POINTS); dsps_bit_rev_fc32(fft_input, FFT_POINTS); dsps_cplx2reC_fc32(fft_input, FFT_POINTS); xSemaphoreTake(fft_data_semaphore, portMAX_DELAY); fft_maxval = 0 ; for (int i = 0 ; i < FFT_POINTS/ 2 ; i++) { if(i == 0 ){ fft_out[i] = sqrt(fft_input[ 2 *i] * fft_input[ 2 *i] + fft_input[ 2 *i+ 1 ] * fft_input[ 2 *i+ 1 ]); } else{ fft_out[i] = 2 *sqrt(fft_input[ 2 *i] * fft_input[ 2 *i] + fft_input[ 2 *i+ 1 ] * fft_input[ 2 *i+ 1 ]); } if (fft_out[i] > fft_maxval) fft_maxval = fft_out[i]; phase_out[i] = atan2(fft_input[ 2 *i+ 1 ], fft_input[ 2 *i]) * 180.0 / PI + 180.0; } xSemaphoreGive(fft_data_semaphore); // nyw:放一个神奇的EMA在这里，作用只可意会不可言传 static float fft_prev_maxval; fft_maxval = fft_maxval * 0.9 + fft_prev_maxval * 0.1; fft_prev_maxval = fft_maxval; -
将相位和振幅数据分别作为HSV颜色空间中的Hue（色度）值与Saturation（饱和度）值，并转换 到RGB色彩空间作为显示。将 16 个点的频谱打印到显示缓冲区中，等待刷新。
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此处也要加入读写锁，防止FFT被更新的同时刷入显存
extern float fft_out[FFT_POINTS>> 1 ]; // 0 ~ fft_maxval extern float fft_maxval; extern float phase_out[FFT_POINTS>> 1 ]; // 0 ~ 360 SemaphoreHandle_t fft_data_semaphore = NULL; void write_fft2screen_display_buffer() { xSemaphoreTake(fft_data_semaphore, portMAX_DELAY); for (int i = 0 ; i < RESOL_H; i++) { for (int j = 0 ; j < RESOL_W; j++) { if ( fft_maxval == 0 || i >= fft_out[j] / fft_maxval * RESOL_H) { display_buffer[screen_indices_map[i][j]] = 0x00; } else { display_buffer[screen_indices_map[i][j]] = hsv_to_rgb(phase_out[j], 0.8, 0.2); } } } xSemaphoreGive(fft_data_semaphore); }
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使用简单的delay方法定时刷新显示缓冲区。
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为方便开发和调试，没使用定时器中断的方案（）
void display_main(void *arg) { while ( 1 ) { write_fft2screen_display_buffer(); led_strip_update(); vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(FLASH_RATE_MS)); } }
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将显示模块安装到freertos中
static TaskHandle_t timer_xHandle = NULL; void display_start() { fft_data_semaphore = xSemaphoreCreateBinary(); xSemaphoreGive(fft_data_semaphore); init_screen_indices_map(); initSPIws2812(); memset(display_buffer, 0 , sizeof(display_buffer)); led_strip_update(); // clear screen xTaskCreate(display_main, "timer_task", 2048 , NULL, 5 , &timer_xHandle); }
