STM32 音频数据的Flash读取与DAC播放

STM32 音频数据的Flash读取与DAC播放

STM32 音频数据的Flash读取与DAC播放

    • STM32 音频数据的Flash读取与DAC播放
  • 一、题目内容
  • 二、Flash地址空间数据读取
    • 1、原理
    • 2、工程
    • 3、STlink调试说明
    • 4、修改
    • 5、调试
  • 三、基于片内Flash的提示音播放程序
    • 1、用DAC输出周期2KHZ的正弦波
    • 2、用DAC输出数字音频歌曲数据转换为模拟音频波形输出
  • 四、实验总结
  • 五、参考

一、题目内容

  1. (简答题)
    预备实验:
    1)在SD卡创建一个test-speed.txt文件,循环(不加延时)分批一次写入256字节,累计写入不少于64KB字节;然后读取此文件数据,通过串口显示出来。分析写入和读取的速率。
    2)Flash地址空间的数据读取。stm32f103c8t6只有20KB 内存(RAM)供程序代码和数组变量存放,因此,针对内部Flash的总计64KB存储空间(地址从0x08000000开始),运行一次写入8KB数据,总计复位运行代码4次,将32KB数据写入Flash。并验证写入数据的正确性和读写速率。
    (用cubemx写stm32f103c8t6的内部Flash)

基于片内Flash的提示音播放程序。
1)实验数据准备:用Adobe audition或goldwave等音频编辑软件录制“您好欢迎光临!”的几秒钟的声音(8khz采样、8bit量化编码的单声道wav格式),确保音频数据尽量小(最大不超64KB)。然后编程将其分批次写入stm32f103c8t6芯片内部flash区域。
2)数字音频还原播放任务:编程读取此段音频,分别通过 (a)stm32f103c8t6自带的DAC通道,转换为模拟音频进行播放,并用示波器观察波形,用耳机/喇叭收听,评判音乐还原效果;
提示:建议先用单音音频(比如2000Hz的正弦波)的wav数据进行实验,通过DAC或PCM音频模块能够基本还原出原始正弦波声音后,再用语音和音乐信号进行实验。

二、Flash地址空间数据读取

1、原理

不同型号的 STM32,其 FLASH 容量也有所不同,最小的只有 16K 字节,最大的则达到了 1024K 字节。市面上 STM32F1 开发板使用的芯片是 STM32F103系列,其 FLASH 容量一般为 512K 字节,属于大容量芯片。

Flash的编程原理都是只能将1写为0,而不能将0写为1,所以在进行Flash编程前,必须将对应的块擦除,即将该块的每一位都变为1,块内所有字节变为0xFF。

STM32F1 的闪存(Flash)模块:主存储器、信息块、闪存存储器接口寄存器。
**(1)主存储器:**该部分用来存放代码和数据常数(如 const 类型的数据)。对于大容量产品,其被划分为 256 页,每页 2K 字节。注意,小容量和中容量产品则每页只有 1K 字节。
**(2)信息块:**该部分分为 2 个小部分,其中启动程序代码,是用来存储 ST 自带的启动程序,用于串口下载代码,当 BOOT0 接 V3.3, BOOT1 接 GND 的时候,运行的就是这部分代码。用户选择字节,则一般用于配置写保护、读保护等功能。
**(3)闪存存储器接口寄存器:**该部分用于控制闪存读写等,是整个闪存模块的控制机构。对主存储器和信息块的写入由内嵌的闪存编程/擦除控制器(FPEC)管理;编程与擦除的高电压由内部产生。
在执行闪存写操作时,任何对闪存的读操作都会锁住总线,在写操作完成后读操作才能正确地进行;既在进行写或擦除操作时,不能进行代码或数据的读取操作。
STM32 音频数据的Flash读取与DAC播放_第1张图片
除了使用外部的工具(如下载器)读写内部 FLASH 外,STM32 芯片在运行的时候,也能对自身的内部 FLASH 进行读写,因此,若内部 FLASH 存储了应用程序后还有剩余的空间,我们可以把它像外部 SPI-FLASH 那样利用起来,存储一些程序运行时产生的需要掉电保存的数据。
由于访问内部 FLASH 的速度要比外部的 SPI-FLASH 快得多,所以在紧急状态下常常会使用内部 FLASH 存储关键记录;为了防止应用程序被抄袭,有的应用会禁止读写内部FLASH 中的内容,或者在第一次运行时计算加密信息并记录到某些区域,然后删除自身的部分加密代码,这些应用都涉及到内部 FLASH 的操作。

2、工程

这里可以放上别人的网盘flash工程下载链接:https://pan.baidu.com/s/11Tn8TocHT8qithneDyKFIQ
提取码:pmvn
下载完成后打开文件夹,将路径stm32_Flash\Drivers\CMSIS\Device\ST\STM32F1xx\Include下的system_stm32f1xx_20190722_092746.h文件修改为system_stm32f1xx.h,否则后面编译会报错。
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修改好后,打开工程,我们可以将想要存入Flash中的内容修改为自定义内容。

uint8_t FlashTest[] = "Hello! 631907030416";

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编译成功,没有报错
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3、STlink调试说明

接线:
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4、修改

在电脑上下载好响应的ST-Link驱动,上电,可以看到STLink在电脑上显示出来。
STM32 音频数据的Flash读取与DAC播放_第7张图片

可以说明ST-Link 驱动已经安装完成。接下来只需要在 mdk 工程里面配置一下 ST-Link即可。
回到Keil下,在魔法棒Option选项卡进行设置
首先是选择调试器,如果使用的是 ST-Link,在 Debug 选项卡中,请选择ST-Link Debugger,如果你使用的是 JLINK,那么需要选择J-LINK/J-Trace Cortex。
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在选择完调试器之后,点击右边的 Setting 按钮
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如果右侧IDCODE有显示的话就是连接成功了

JTAG 模式和 SWD 模式使用方法都是一样的,不同的是,SWD 接口调试更加节省端口,一般情况下,为了节省更多的资源,建议大家使用 SWD 模式仿真。
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之后,点红框的箭头就可以将程序烧录到stm32中
注意:使用st-link和keil进行烧录会严格检查stm32型号,如果不是对应的型号烧录会报错。
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OK了

5、调试

进入debug,如果是仿真调试的话,实际操作发现数组没有产生变化。
于是又用STlink又试了一下,以下主要是STlink调试的过程。

View->memory windows->memory 1打开内存观察窗口,并在地址栏中输入:0x800c000,观察将要修改的flash区间区容:
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View->Watch windows->Watch 1打开一个变量观察窗口,将变量FlashWBuff 和 FlashRBuff加入到 Watch 1 观察窗口。
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全速运行程序,可以看到数组FlashRBuff中内容与数组FlashWBuff中内容一样了。
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在Memory 1窗口中可以看到在FLASH地址0x0800C000区成功写入对应内容。
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断电,重新上电后再次调试,程序刚停在main入口处时还可以看到Flash对应区间的内容保持上一次写入内容值。
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重复读写入,这里没什么变化。
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可以看一下起始位置的数据0x08000000
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之后的FF说明数据没有再写入覆盖了。

通过内部flash的学习,以后基于STM32开发就可以省去一些外部flash或EEPROM了。
要想选定安全的Flash地址进行读写,可以根据自己的STM32 MCU型号,查找数据手册,确定FLASH的地址区段,因为起始段会存储代码,所以一定要避开起始段,以避免数据错误。(一般是根据Flash大小计算Flash的最末尾地址,往前推一段地址空间,在这里一般不会对代码中的数据产生覆盖等影响)

此次操作Flash使用的MCU是STM32F103C8T6,以该型号MCU为例进行描述:

在数据手册中,可以看到STM32F103C8T6的flash起始地址是0x0800 0000(如下图所示),而STM32F103C8T6的Flash大小为64K,可以计算出STM32F103C8T6的Flash地址范围是:0x0800 0000——0x0800 FFFF(计算方法参考另一篇博客:STM32内存大小与地址的对应关系以及计算方法)。这里选取0x0800 F000作为读写操作的起始地址,对于C8T6这款MCU,操作这个起始地址应该算是很安全的范围了。

三、基于片内Flash的提示音播放程序

简介:
DAC为数字/模拟转换模块,它的作用就是把输入的数字编码,转换成对应的模拟电压输出,它的功能与ADC相反。在常见的数字信号系统中,大部分传感器信号被化成电压信号,而ADC把电压模拟信号转换成易于计算机存储、处理的数字编码,由计算机处理完成后,再由DAC输出电压模拟信号,该电压模拟信号常常用来驱动某些执行器件,使人类易于感知。如音频信号的采集及还原就是这样一个过程。

STM32具有片上DAC外设,它的分辨率可配置为8位或12位的数字输入信号,具有两个DAC输出通道,这两个通道互不影响,每个通道都可以使用DMA功能,都具有出错检测能力,可外部触发。
STM32 音频数据的Flash读取与DAC播放_第19张图片

1、用DAC输出周期2KHZ的正弦波

建议先用单音音频(比如2000Hz的正弦波)的wav数据进行实验,通过DAC或PCM音频模块能够基本还原出原始正弦波声音后,再用语言/音乐信号进行实验。
生成单音正弦波
文件—>新建—>音频文件
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效果->生成->音调
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文件->导出->设置导出为wav文件
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用UltraEdit得到相关数据
用UltraEdit打开刚才保存的wav文件
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CTRL+A,接着鼠标右键,选择 十六进制复制选定视图,将内容粘贴到一个新建文件中
在新建文件中,CTRL+A,接着鼠标右键,选择范围输入起始的行号和列号,确定就选中了整个我们需要的内容
复制到notepad++中
Edit编辑->列块编辑->输入0x
STM32 音频数据的Flash读取与DAC播放_第25张图片

这里借用DAC生成正弦波的例程代码
将内容复制到keil文件对应的位置,在下图这进行替换。
STM32 音频数据的Flash读取与DAC播放_第26张图片
之后,编译下载,看能否观察到预期的正弦波。

2、用DAC输出数字音频歌曲数据转换为模拟音频波形输出

采样率修改
STM32 音频数据的Flash读取与DAC播放_第27张图片
编辑好代码后,烧录,借助音频模块听听看能否还原。
这里由于没有音频播放模块。

四、实验总结

通过这次实验,我们可以了解到很多关于flash的相关知识,学到了许多课本上没有的东西,明白了要能够将理论运用到实践上去,而不是仅仅只是会理论。总之收获很大。

五、参考

https://blog.csdn.net/zhanglifu3601881/article/details/96632971
https://blog.csdn.net/qq_45748462/article/details/112392144
https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/111990896
https://www.cnblogs.com/pertor/p/9484663.html
https://blog.csdn.net/zhanglifu3601881/article/details/89315359
https://blog.csdn.net/liqiang420795936/article/details/108216511

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