硬件平台 - USB Audio
下列多数硬件平台发布日期较早，且主控产能受新冠疫情影响，供应方面往往不尽人意。如您需要投入实际生产，则不应使用基于下列平台的框架进行二次开发，但这些参考设计仍具备学习价值，如您需要生产开发，请参考xCORE.AI架构的平台。
以下章节介绍了支持使用XMOS USB音频软件框架开发的硬件平台。
XMOS USB音频解决方案通过USB2.0提供了USB音频类兼容的设备（高速或全速）。基于XMOS XS1架构，它支持USB音频类2.0和USB音频类1.0，异步模式和采样率高达384 kHz。
完整的源代码，以及免费的XMOS xTIME编写器开发工具和XCORE多核微控制器设备，它们允许开发者根据所需的接口和处理过程来混合实现产品。
XMOS USB音频解决方案为一个含有参考设计程序扩展和客制化的框架。其中参考设计具有特殊的合格特性集并附带一个相应的参考硬件平台。
本软件设计指南假定读者熟悉XC语言和xCORE设备。有关更多信息，请参见XMOS编程指南1。
读者还应该熟悉XMOS USB设备库2和XMOS USB设备设计指南3。
提示 读者务必参照特定版本中提供的变更日志和自述文件，从而了解特定发布版本中的相关问题。
概览
硬件平台
以下部分描述了支持使用XMOS USB音频软件框架进行开发的硬件平台。
2.1xCORE-200多通道音频板
XMOS xCORE-200多声道音频板(XK-AUDIO-216-MC)4是一个完整的硬件和参考软件平台，目标是最多32通道USB和网络音频应用，如DJ甲板和混音器。
多声道音频平台硬件基于XE216-512-TQ128多核微控制器；双层xCORE-200设备，集成高速USB2.0PHY，RGMII（千兆以太网）接口和16个逻辑核，提供高达2000MIPS的确定性和响应处理能力。
利用xCORE-200架构的灵活的可编程性，多通道音频平台支持USB或网络音频源，流8模拟输入和8模拟输出音频通道同时-在高达192 kHz。理想的混合两种来源和提供主电源和耳机显示器输出提要。
有关硬件的详细信息，请参阅xCORE-200多声道音频平台硬件手册5。
参考板具有使用USBAudio2.0软件参考平台的相关固件应用程序。
关于此应用程序的详细信息可以在第6.6节中找到。
2.1.1 模拟输入输出
通过3.5mm立体声插孔共提供8个单端模拟输入通道。每个都被输入一个CirrusLogicCS5368ADC。类似地，总共提供了8个单链模拟输出通道。每个都被输入一个CirrusLogicCS4384DAC。四个数字I2S/TDM的输入和输出通道通过一个报头阵列映射到xCORE的输入/输出。当ADC/DAC使用在TDM模式下时，跳线允许通道选择
2.1.2 数字输入输出
光学和同轴数字音频发射器用于提供诸如IEC60958消费模式(S/PDIF)和ADAT等格式的数字音频输入输出。来自外部xCORE-200的输出数据流使用外部主时钟重新时钟，以将数据同步到音频时钟域。这是通过使用简单的外部d型人字拖来实现的。
2.1.3 数字音响
MIDII/O通过一个标准的游戏端口连接器提供在板上。信号使用5V线路驱动程序进行缓冲，然后通过5V到3.3V的缓冲区连接到xCORE-200上的1位端口。
2.1.4 音频时钟
为音频和其他系统服务提供了一种灵活的时钟方案。为了适应多种时钟选项，使用频率倍增器PLL芯片在本地生成低抖动的主时钟。使用的芯片是相链PL611-01，它被预先编程为从其CLK0输出提供24MHz时钟，从其CLK1输出提供24.576MHz或22.5792MHz。24MHz的固定输出被提供给xCORE-200设备，作为主处理器时钟。它还向Cirrus逻辑CS2100提供参考时钟，它从xCORE-200提供的同步信号提供一个非常低的抖动音频时钟。可以选择本地生成的时钟（来自PL611）或恢复的低抖动时钟（来自CS2100）来时钟音频级；xCORE-200、ADC/DAC和数字输出级。
2.1.5 LED、按键、其他I/O
4*4个绿色led，3个按钮和一个开关提供了通用用户接口。LED阵列由8个信号驱动，每个信号控制4行4列中的一列。提供了一个标准的XMOS xSYS接口，允许通过JTAG对主板进行主机调试。
2.2 xCORE-200麦克风阵列板
XMOS xCORE-200麦克风阵列板(XK-USB-MIC-UF216)6是XMOS基于XMOS xCORE-200设备。该电路板集成了以下构建模块：多个全向麦克风、车载低抖动时钟源、可配置的用户输入按钮和一个USB2.0的连接设备。使其成为一系列多通道麦克风聚合产品的理想平台。该电路板由一个XUF216-512xCORE-200多核微控制器供电。该设备有16个32位的逻辑核，可以完全确定性地提供高达2000个MIPS。此外，XUF216具有强大的DSP特性，其原生32位/64指令可提供多达1000个MMACS。图1显示了xCORE-200麦克风阵列板的布局。
图1 xCORE-200麦克风阵列板布局
有关硬件的详细信息，请参考xCORE麦克风阵列硬件手册7。参考板具有使用USBAudio2.0软件参考平台的相关固件应用程序。关于此应用程序的详细信息可以在第6.7节中找到。
2.2.1 麦克风
xCORE麦克风阵列板具有7个MEMS麦克风与PDM（脉冲密度调制）输出。图2显示了电路板上的麦克风布置图。
图2 xCORE-200麦克风阵列板布置
2.2.2 模拟输出
除了在7个PDM麦克风上，电路板还提供了一个立体声DAC(CS43L21)与集成的耳机放大器。CS43L21通过I2S接口连接到xCORE-200，并使用I2C接口进行配置。
2.2.3音频时钟
该电路板提供了一个低抖动的时钟源，一个24.576MHz振荡器，以作为CS2100-CP(Cirrus逻辑)分数-n PLL(U22)的参考时钟。CS2100产生一个低抖动的输出信号，并被分配到xCORE-200设备和DAC。CS2100设备使用I2C接口进行配置。
2.2.4 LED、按键、其他I/O
该板有13个led，由xCORE-200 GPIO控制。led的布局如图3所示。
图3 xCORE-200麦克风阵列板的LED布局
LED0到LED11(D2-D13)位于板的边缘，每个麦克风各有一个。LED12（D14）位于中间麦克风的旁边。
USB连接器旁的绿色LED(PGOOD)表示3V3电源良好信号。
提供了四个通用的按钮开关。按下时，每个按钮创建一个从I/O到GND的连接。
提供了一个标准的XMOS xSYS接口(J2)，允许通过JTAG对电路板进行主机调试。
该板还包括以太网同源性，然而，这超出了本文档的范围。
2.3 USB多功能音频(MFA)套件
警告 不推荐使用此硬件方案作为新设计的基准
XMOS多功能音频套件(XK-USB-audio-U8-2C-AB)8是一个基于单片控制器XMOS u系列设备的硬件参考设计。它包括：
-
一个包括XMOS u系列设备和所有音频硬件的主板
-
一个包含USB连接的“USB切片”板
单独的USB切片板允许灵活地连接方法到USB音频源/接收器，以及其他功能，例如第三方认证ic和任何所需的USB切换。这也意味着XMOS设备可以作为一个USB设备或是用来控制相同的主板。
本文档介绍了主板与USB AB片的组合(部件编号分别为XK-USB-audio-U8-2C和XA-SK-USB-AB)。这里提供了一个使用USB AB片上的B插座的标准的USB音频设备硬件配置。
图4 XK-USB-audio-U8-2C-AB多功能音频套件原理图
核心板包括一个u系列设备与集成的USBPHY，一个立体声DAC（支持直接流数字）和一个立体声ADC。ADC和DAC 都支持高达192 kHz的样本频率。除了模拟通道，主板也有MIDI输入和输出连接器和一个用于S/PDIF输出的COAX连接器。
此外，主板还包括两个led，两个按钮和一个双极开关，供用户应用程序使用。
2.4 U16多通道USB音频套件
警告 不推荐使用此硬件方案作为新设计的基准
XMOS U16多通道USB音频套件9是一个XMOS提供的硬件开发平台，它基于两片XMOS u系列芯片。它包括：
- 一个包括XMOS U系列设备(XP-SKC-U16)的切片KIT核心板
- 一个包含USB连接性的“USB切片”板（XA-SK-USB-AB）
- 一个双插槽切片卡，包括音频硬件和连接器(XA-SKAUDIO8)
单独的USB切片板允许灵活地连接方法到USB音频源/接收器，以及其他功能，例如第三方认证ic和任何所需的USB切换。这也意味着XMOS设备可以作为一个USB设备或是用来控制相同的主板。
本文档介绍了主板与USBAB片的组合（部件号分别为XP-SKC-U16和XA-SK-USB-AB）。这里提供了一个使用USB AB片上的B插座的标准的USB音频设备硬件配置。
核心板包括一个u系列设备，集成了USB PHY和所需的支持组件。
请注意，要正确操作，需要以下芯板跳线设置：
- J14（DIA/ALT）应设置为ALT
- J15(D12 XOVER)应设置为ON
双插槽音频片(XA-SK-AUDIO8)包括单独的多通道DAC和ADC，提供8个通道的模拟输出和输入。DAC和ADC设备都支持高达192 kHz的采样频率，而DAC支持直接流数字(DSD)。
除了模拟通道外，音频片也有MIDI输入和输出连接器，以及用于数字输出的COAX和光连接器。
此外，该切片还包括一个LED矩阵和三个按钮，供用户应用程序使用。
2.5 USB音频2.0DJ工具包
警告 该硬件不应该用于新设计的基础
XMOS USBAudio2.0DJ套件(XR-USB-AUDIO-2.0-4C)10是XMOS基于XMOS U8设备提供的硬件参考设计。
DJ的命名仅仅来自于该套件有4个输入和4个输出的音频通道的事实————这是一个DJ控制器的常见配置。
该套件由两个板组成，一个“核心”板和一个 “音频切片”板。零件编号分别为XP-SKC-SU1和XA-SK-audio。
核心板包括一个u系列设备与集成的USBPHY。音频切片板配备有两个立体声音频编码器，提供4通道的输入和4通道的输出，采样频率高达192 kHz。
除了模拟通道，音频切片板也有MIDI输入和输出连接器和一个用于S/PDIF输出的COAX连接器。
2.6 USB音频2.0参考设计板
警告 该硬件不应该用于新设计的基础
USB音频2.0参考设计11是XMOS基于XMOS L8设备(以前命名为L1)提供的立体声硬件参考设计。图5中的图表显示了USB音频2.0参考设计板的块布局。XS1l系列设备的主要目的是为USB PHY提供一个USB音频接口，并将音频路由到音频编解码器和S/PDIF输出。注意，虽然该软件支持MIDI，但在板上没有MIDI连接器。
图5 USB音频2.0参考设计框图
有关完整的硬件详细信息，请参阅USB音频2.0参考文献 设计XS1-L1硬件手册12。
参考板具有使用USBAudio2.0软件参考平台的相关固件应用程序。关于此应用程序的详细信息可以在第6.1节中找到。
2.7 USB音频2.0多通道参考设计板
警告 该硬件不应该用于新设计的基础
USB音频2.0多通道参考设计(XR-USB-AUDIO-2.0-MC)13是XMOS基于XMOS L16设备(以前称为L2)提供的硬件参考设计。
图6显示了USB音频2.0多通道参考设计板的块布局。
图 6: USB音频2.0多信道参考设计框图
该板支持6个模拟输入和8个模拟输出(通过CS4244编解码器)，数字输入和输出（通过同轴电缆和光连接器）和MIDI输入和输出。详细信息请参阅USB音频2.0参考设计，XS1-L2版硬件手册14。
参考板具有使用USBAudio2.0软件参考平台的相关固件应用程序。关于此应用程序的详细信息可以在第6.3节中找到。
Footnotes
-
https://www.xmos.com/support/boards?product=18334&component=18687 ↩
-
https://www.xmos.com/download/private/xCORE-Microphone-Array-Hardware-Manual%281v1%29.pdf ↩
-
https://www.xmos.com/published/usb-audio-20-ref-design-xs1-l1-hardware-manual ↩
-
https://www.xmos.com/download/public/USB-Audio-2.0-MC-Hardware-Manual%281.6%29.pdf ↩