ESP32S3播放音频文件

沁拒离2025-04-16 20:40

ESP32S3播放音频文件

硬件基于立创实战派esp32s3

软件代码基于立创实战派教程修改，分析

播放PCM格式音频

原理图分析

音频芯片ES8311

ES8311_I2C_ADD：0x18

音频功放芯片NS4150B

由于esp引脚数量不够，音频功放芯片使能脚由IO拓展芯片PCA9557控制，要使喇叭输出还需开启

PCA9557,IO拓展芯片

该芯片可以拓展为8位IO输出或输入

IIC高位地址0011 低位地址由A2,A1,A0和控制位控制

PCA9557通过IIC总线写入数据控制8位IO口输出，A0,A1,A2可通过接上拉电阻或接地，改变PCA9557的IIC的器件地址，避免冲突

软件分析：

流程：

初始化：

初始化IO拓展芯片PCA9557 ------》IIC

初始化音频芯片ES8311 ------ 》IIS（数据），IIC（初始化配置）

通过IO拓展芯片使能音频功放芯片NS4150B

播放音频

创建播放音乐任务

将音频通过IIS通道传入音频芯片

代码

初始化IIS

c 复制代码 
#include "BSP_I2S.h"

#include "driver/i2s.h"
#include "sdkconfig.h"
#include "driver/i2s_std.h"
#include "esp_system.h"
#include "esp_check.h"

i2s_chan_handle_t tx_handle = NULL;

/* I2S port and GPIOs */
#define I2S_NUM         (0)
#define I2S_MCK_IO      (GPIO_NUM_38)
#define I2S_BCK_IO      (GPIO_NUM_14)
#define I2S_WS_IO       (GPIO_NUM_13)
#define I2S_DO_IO       (GPIO_NUM_45)
#define I2S_DI_IO       (-1)

// 初始化I2S外设
esp_err_t i2s_driver_init(void)
{
    /* 配置i2s发送通道 */
    i2s_chan_config_t chan_cfg = I2S_CHANNEL_DEFAULT_CONFIG(I2S_NUM, I2S_ROLE_MASTER);
    chan_cfg.auto_clear = true; // Auto clear the legacy data in the DMA buffer
    ESP_ERROR_CHECK(i2s_new_channel(&chan_cfg, &tx_handle, NULL));
    /* 初始化i2s为std模式 并打开i2s发送通道 */
    i2s_std_config_t std_cfg = {
        .clk_cfg = I2S_STD_CLK_DEFAULT_CONFIG(16000),
        .slot_cfg = I2S_STD_PHILIPS_SLOT_DEFAULT_CONFIG(I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT, I2S_SLOT_MODE_STEREO),
        .gpio_cfg = {
            .mclk = I2S_MCK_IO,
            .bclk = I2S_BCK_IO,
            .ws = I2S_WS_IO,
            .dout = I2S_DO_IO,
            .din = I2S_DI_IO,
            .invert_flags = {
                .mclk_inv = false,
                .bclk_inv = false,
                .ws_inv = false,
            },
        },
    };
    std_cfg.clk_cfg.mclk_multiple = 384;// If not using 24-bit data width, 256 should be enough

    ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_init_std_mode(tx_handle, &std_cfg));
    ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_enable(tx_handle));
    return ESP_OK;
}

初始化IIC

c 复制代码 
#include "BSP_IIC.h"
// 包含ESP-IDF错误代码定义的头文件
#include "esp_err.h"
// 包含ESP-IDF日志记录功能的头文件
#include "esp_log.h"
// 包含I2C驱动程序的头文件，用于I2C通信
#include "driver/i2c.h"

// 再次包含ESP-IDF日志记录功能的头文件，可能是为了确保在其他地方也能使用
#include "esp_log.h"
// 包含FreeRTOS实时操作系统的头文件，用于任务管理和调度
#include "freertos/FreeRTOS.h"
// 包含FreeRTOS任务相关的头文件，用于创建和管理任务
#include "freertos/task.h"
// 包含数学函数的头文件，用于数学计算
#include "math.h"


#define BSP_I2C_SDA 1  //IO1
#define BSP_I2C_SCL 2

#define BSP_I2C_NUM 0 // I2C外设，选择IIC0
#define BSP_IIC_FREQ_HZ  100000 // 100kHz

#define I2C_MASTER_TX_BUF_DISABLE   0                          /*!< I2C master doesn't need buffer */
#define I2C_MASTER_RX_BUF_DISABLE   0   

esp_err_t bsp_i2c_init(void)//初始化i2c
{
    i2c_config_t conf = {
        // 设置I2C模式为主机模式
        .mode = I2C_MODE_MASTER,
        .sda_io_num = BSP_I2C_SDA,
        .scl_io_num = BSP_I2C_SCL,
        // 启用I2C数据线（SDA）的内部上拉电阻
        .sda_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
        // 启用I2C时钟线（SCL）的内部上拉电阻
        .scl_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
        .master.clk_speed = BSP_IIC_FREQ_HZ,
    };

    i2c_param_config(BSP_I2C_NUM, &conf);//选择IIC0初始化
    //通常用来检查驱动程序是否成功安装。确保在调用 i2c_driver_install 之前，已经正确配置了 conf.mode 等参数。
    return i2c_driver_install(BSP_I2C_NUM, conf.mode, I2C_MASTER_RX_BUF_DISABLE, I2C_MASTER_TX_BUF_DISABLE, 0);
}

初始化ES8311音频芯片（IIS，IIC）

添加ES8311组件和依赖

乐鑫组件管理器官网：https://components.espressif.com/

搜索ES8311，找到命令下载并复制

esp-idf终端通过命令添加组件

c 复制代码 
idf.py add-dependency "espressif/es8311^1.0.0~1"

注意：添加组件后需重新选择芯片，才能使组件成功添加，然后再检查flash配置是否还是16M

参考es8311.c编写音频驱动文件user_es8311.c

c 复制代码 
#include "es8311.h"
#include "BSP_I2S.h"
#include "BSP_I2C.h"
#include "user_es8311.h"
#include "esp_check.h"
/* Example configurations */
// 定义接收缓冲区的大小为2400字节
#define EXAMPLE_RECV_BUF_SIZE   (2400)
// 定义采样率为16000赫兹
#define EXAMPLE_SAMPLE_RATE     (16000)
// 定义MCLK（主时钟）的倍数为384，如果不使用24位数据宽度，256就足够了
#define EXAMPLE_MCLK_MULTIPLE   (384) // If not using 24-bit data width, 256 should be enough
// 计算MCLK的频率，MCLK频率 = 采样率 * MCLK倍数
#define EXAMPLE_MCLK_FREQ_HZ    (EXAMPLE_SAMPLE_RATE * EXAMPLE_MCLK_MULTIPLE)
// 定义语音音量为70
#define EXAMPLE_VOICE_VOLUME    (70)

static const char *TAG = "es8311";

// 初始化es8311芯片（前提初始化I2C接口）
esp_err_t es8311_codec_init(void)
{
    /* 初始化es8311芯片 */
    es8311_handle_t es_handle = es8311_create(BSP_I2C_NUM, ES8311_ADDRRES_0);
    ESP_RETURN_ON_FALSE(es_handle, ESP_FAIL, TAG, "es8311 create failed");
    const es8311_clock_config_t es_clk = {
        .mclk_inverted = false,
        .sclk_inverted = false,
        .mclk_from_mclk_pin = true,
        .mclk_frequency = EXAMPLE_MCLK_FREQ_HZ,
        .sample_frequency = EXAMPLE_SAMPLE_RATE
    };

    // 检查ES8311初始化函数的返回值，确保初始化成功
    ESP_ERROR_CHECK(es8311_init(es_handle, &es_clk, ES8311_RESOLUTION_16, ES8311_RESOLUTION_16));
    // 设置ES8311的采样频率
    ESP_RETURN_ON_ERROR(es8311_sample_frequency_config(es_handle, EXAMPLE_SAMPLE_RATE * EXAMPLE_MCLK_MULTIPLE, EXAMPLE_SAMPLE_RATE), TAG, "set es8311 sample frequency failed");
    // 设置ES8311的音量
    ESP_RETURN_ON_ERROR(es8311_voice_volume_set(es_handle, EXAMPLE_VOICE_VOLUME, NULL), TAG, "set es8311 volume failed");
    // 配置ES8311的麦克风
    ESP_RETURN_ON_ERROR(es8311_microphone_config(es_handle, false), TAG, "set es8311 microphone failed");
    return ESP_OK;
}

初始化PCA9557,IO拓展芯片

c 复制代码 
#include "pca9557.h"
#include "BSP_I2C.h"

#define PCA9557_INPUT_PORT              0x00
#define PCA9557_OUTPUT_PORT             0x01
#define PCA9557_POLARITY_INVERSION_PORT 0x02
#define PCA9557_CONFIGURATION_PORT      0x03

#define LCD_CS_GPIO                 BIT(0)    // PCA9557_GPIO_NUM_1
#define PA_EN_GPIO                  BIT(1)    // PCA9557_GPIO_NUM_2
#define DVP_PWDN_GPIO               BIT(2)    // PCA9557_GPIO_NUM_3

#define PCA9557_SENSOR_ADDR             0x19        /*!< Slave address of the MPU9250 sensor */

#define SET_BITS(_m, _s, _v)  ((_v) ? (_m)|((_s)) : (_m)&~((_s)))

void pca9557_init(void);
void lcd_cs(uint8_t level);
void pa_en(uint8_t level);
void dvp_pwdn(uint8_t level);

// 读取PCA9557寄存器的值
esp_err_t pca9557_register_read(uint8_t reg_addr, uint8_t *data, size_t len)
{
    return i2c_master_write_read_device(BSP_I2C_NUM, PCA9557_SENSOR_ADDR,  &reg_addr, 1, data, len, 1000 / portTICK_PERIOD_MS);
}

// 给PCA9557的寄存器写值
esp_err_t pca9557_register_write_byte(uint8_t reg_addr, uint8_t data)
{
    uint8_t write_buf[2] = {reg_addr, data};

    return i2c_master_write_to_device(BSP_I2C_NUM, PCA9557_SENSOR_ADDR, write_buf, sizeof(write_buf), 1000 / portTICK_PERIOD_MS);
}

// 初始化PCA9557 IO扩展芯片
void pca9557_init(void)
{
    pca9557_register_write_byte(PCA9557_OUTPUT_PORT, 0x05);  
    pca9557_register_write_byte(PCA9557_CONFIGURATION_PORT, 0xf8); 
}

// 设置PCA9557芯片的某个IO引脚输出高低电平
esp_err_t pca9557_set_output_state(uint8_t gpio_bit, uint8_t level)
{
    uint8_t data;
    esp_err_t res = ESP_FAIL;

    pca9557_register_read(PCA9557_OUTPUT_PORT, &data, 1);
    res = pca9557_register_write_byte(PCA9557_OUTPUT_PORT, SET_BITS(data, gpio_bit, level));

    return res;
}
// 控制 PCA9557_PA_EN 引脚输出高低电平 参数0输出低电平 参数1输出高电平 
void pa_en(uint8_t level)
{
    pca9557_set_output_state(PA_EN_GPIO, level);
}

多个文件同时使用一个句柄，不能声明在被多方引用的头文件

否则报错：

解决办法，只在一个.c文件中声明句柄（不能在.h中声明），在其他文件通过extern引用

主程序：

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "freertos/task.h"
#include "esp_wifi.h"
#include "esp_log.h"

#include "BSP_I2S.h"
#include "BSP_I2C.h"
#include "user_es8311.h"
#include "pca9557.h"
static const char *TAG = "main";
extern i2s_chan_handle_t tx_handle;
void Init(void)
{
    printf("i2s Init\n-----------------------------\n");
    /* 初始化I2S总线设备 */
    if (i2s_driver_init() != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "i2s driver init failed");
        abort();//用于立即终止当前程序的执行，
    } else {
        ESP_LOGI(TAG, "i2s driver init success");
    }
  
    /* 初始化I2C总线设备 */
    if (bsp_i2c_init() != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "i2c driver init failed");
        abort();
    } else {    
        ESP_LOGI(TAG, "i2c driver init success");
    }
    /* 初始化es8311音频芯片*/
    if (es8311_codec_init() != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "es8311 driver init failed");
        abort();
    } else {    
        ESP_LOGI(TAG, "es8311 driver init success");
    }
    pca9557_init(); //初始化IO扩展芯片
    pa_en(1); // 打开音频
}
static const char err_reason[][30] = {"input param is invalid",
                                      "operation timeout"
                                     };
/* Import music file as buffer */
extern const uint8_t music_pcm_start[] asm("_binary_canon_pcm_start");
extern const uint8_t music_pcm_end[]   asm("_binary_canon_pcm_end");


// 定义一个静态函数i2s_music，用于播放音乐，参数args为传入的参数
static void i2s_music(void *args)
{
    esp_err_t ret = ESP_OK;  // 定义一个esp_err_t类型的变量ret，用于存储函数返回的错误码，初始值为ESP_OK
    size_t bytes_write = 0;  // 定义一个size_t类型的变量bytes_write，用于存储每次写入的字节数
    uint8_t *data_ptr = (uint8_t *)music_pcm_start;  // 定义一个uint8_t指针data_ptr，指向音乐数据的起始地址

    /* (Optional) Disable TX channel and preload the data before enabling the TX channel,
     * so that the valid data can be transmitted immediately */
    // 可选操作：禁用TX通道并在启用TX通道之前预加载数据，以便立即传输有效数据
    //预加载数据(禁用TX通道，写入数据，启用TX通道)，以便立即传输有效数据
    ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_disable(tx_handle));    // 禁用TX通道
    ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_preload_data(tx_handle, data_ptr, music_pcm_end - data_ptr, &bytes_write));//IIS预加载数据
    //用于向 I2S 通道的 DMA 缓冲区预加载音频数据，通常用于实现连续音频流的播放
        // esp_err_t i2s_channel_preload_data(
        //     i2s_chan_handle_t handle,  // I2S 通道句柄
        //     const void *data,          // 音频数据指针
        //     size_t size,               // 数据长度（字节）
        //     size_t *bytes_preloaded    // 实际预加载的字节数（输出参数）
        // );
        /* Import music file as buffer */
        // extern const uint8_t music_pcm_start[] asm("_binary_canon_pcm_start");
        // extern const uint8_t music_pcm_end[]   asm("_binary_canon_pcm_end");
    data_ptr += bytes_write;  // Move forward the data pointer
    /* Enable the TX channel */
    ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_enable(tx_handle));// 使能  TX通道


    while (1) {
        /* Write music to earphone */
        ret = i2s_channel_write(tx_handle, data_ptr, music_pcm_end - data_ptr, &bytes_write, portMAX_DELAY);
        if (ret != ESP_OK) {
            /* Since we set timeout to 'portMAX_DELAY' in 'i2s_channel_write'
               so you won't reach here unless you set other timeout value,
               if timeout detected, it means write operation failed. */
            ESP_LOGE(TAG, "[music] i2s write failed, %s", err_reason[ret == ESP_ERR_TIMEOUT]);
            abort();
        }
        if (bytes_write > 0) {
            ESP_LOGI(TAG, "[music] i2s music played, %d bytes are written.", bytes_write);
        } else {
            ESP_LOGE(TAG, "[music] i2s music play failed.");
            abort();
        }
        data_ptr = (uint8_t *)music_pcm_start;
        vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
    }
    vTaskDelete(NULL);
}
void app_main(void)
{
    Init();
    /* 创建播放音乐任务 */
    xTaskCreate(i2s_music, "i2s_music", 4096, NULL, 5, NULL);     
}

音频文件添加进编译链的原理细节

将音频文件添加进编译

文件目录 CMakeLists文件

代码实现：

c 复制代码 
extern const uint8_t music_pcm_start[] asm("_binary_music3_pcm_start");//访问音频起始地址
extern const uint8_t music_pcm_end[]   asm("_binary_music3_pcm_end");//访问音频结束地址

这是用于在嵌入式系统（如基于ESP32的乐鑫开发板）中嵌入二进制音频数据（PCM格式）的常见方法。这段代码通过链接器将二进制文件直接嵌入到固件中，并通过符号（Symbol）访问数据。以下是详细解释

  1. 作用

    • 声明两个外部常量数组 music_pcm_start 和 music_pcm_end，分别指向二进制音频文件（music3.pcm）在内存中的起始地址 和结束地址。

    • 通过这两个指针可以访问完整的音频数据，例如：

      c 复制代码 
      size_t music_pcm_length = music_pcm_end - music_pcm_start; // 计算音频数据长度

  2. 关键语法

    • extern const uint8_t: 声明外部常量数组，表示数据存储在只读区域（如Flash）。
    • asm("符号名"): 强制指定数组对应的汇编符号名，确保链接器能正确关联二进制文件。

实现原理

  1. 二进制文件嵌入
    • 在编译时，工具链（如ESP-IDF）会将二进制文件（music3.pcm）转换为目标文件（.o），并自动生成符号 _binary_music3_pcm_start 和 _binary_music3_pcm_end。
    • 文件名 music3.pcm 会被转换为符号前缀 _binary_music3_pcm_，附加 start 和 end 表示首尾地址。
  2. 链接器处理
    • 链接器将二进制数据分配到Flash的只读段（如 .rodata），开发者无需手动管理地址。

播放MP3格式音频

参考乐鑫官方例程esp-box（乐鑫ESP-BOX是乐鑫信息科技推出的AIoT（人工智能物联网）开发平台系列）

复制代码 
https://github.com/espressif/esp-box

拉取代码

复制代码 
git clone https://github.com/espressif/esp-box.git

需要参考examples下的mp3demo

移植文件系统：SPIFFS（在esp-bsp中）

路径：

D:\Esp_ALL_Project\ESP官方组件例程\esp-bsp-master\esp-bsp-master\bsp\esp-box-3\esp-box-3.c

添加分区表partitions.csv

txt 复制代码 
# Note: if you have increased the bootloader size, make sure to update the offsets to avoid overlap
# Name,   Type, SubType, Offset,  Size, Flags
nvs,      data, nvs,     0x9000,  24k
phy_init, data, phy,     0xf000,  4k
factory,  app,  factory, ,        3M
storage,  data, spiffs,  ,        3M,

IIS和IIC驱动文件无需修改，但音频芯片驱动不使用组件es8311,更改为

espressif/esp_codec_dev组件，里面包含es8311驱动

路径：\managed_components\espressif__esp_codec_dev\device\es8311\es8311.c

txt 复制代码 
  chmorgan/esp-audio-player: "~1.0.7" # 音频播放
  chmorgan/esp-file-iterator: "1.0.0" # 获取文件
  espressif/esp_codec_dev: "~1.3.0" # 音频驱动

组件chmorgan/esp-file-iterator 提供文件系统的操作函数（文件操作）

组件espressif/esp_codec_dev 音频驱动有驱动层的函数供调用（硬件对接）

组件chmorgan/esp-audio-player 封装了音频播放器函数（播放器软件函数）

复制代码 
[程序启动]
     ↓
[初始化 I2C 总线设备]
     ↓
[初始化 IO 扩展芯片]
     ↓
[挂载 SPIFFS 文件系统]
     ↓
[初始化音频芯片]
     ↓
[程序进入主循环或任务调度]

原例程程序通过lvgl的按键控件实现用户操作，在此简化为按键的长短按和双击触发

新建10ms定时器，用作实现

按键状态机（长短按+双击）

按键gpio和定时器初始化

c 复制代码 
void key_gpio_time_init(void)
{
     // 配置GPIO结构体
    gpio_config_t io_conf = {
        .intr_type = GPIO_INTR_DISABLE,    // 禁用中断
        .mode = GPIO_MODE_INPUT,           // 输入模式
        .pin_bit_mask = 1ULL << GPIO_NUM_0,// GPIO0
        .pull_down_en = 0,                 // 禁用下拉
        .pull_up_en = 1                    // 启用上拉（默认高电平）
    };
    // 应用GPIO配置(上拉)
    gpio_config(&io_conf);

    // 创建定时器
    x10msTimer = xTimerCreate(
        "10msTimer",        // 定时器名称
        x10msPeriod,        // 定时周期（已转换为ticks）
        pdTRUE,             // 自动重载（周期模式）
        (void *)0,          // 定时器ID（可用于传递参数）
        vTimerCallback      // 回调函数
    );

    // 检查定时器是否创建成功
    if (x10msTimer == NULL) {
        printf("Timer creation failed!\n");
        return;
    }

    // 启动定时器（必须在调度器启动后调用）
    if (xTimerStart(x10msTimer, 0) != pdPASS) {
        printf("Timer start failed!\n");
        return;
    }
}

定时器回调函数

c 复制代码 
int keytime,s;
void vTimerCallback(TimerHandle_t xTimer) {
    // 在此处执行周期性操作（注意不要阻塞！）
    keytime++;
    key_T_process();//案按键状态机
    key_w_process();//按键事件处理
}//10ms

按键状态机

c 复制代码 
struct key
{
	uint8_t key_val;//当前电平
	uint8_t key_state;//按脚循环状态
	uint8_t key_long_flag;//长按标志位
    uint8_t key_double_flag;//双击前置标志位
	uint8_t key_one_flag;//单击标志位
    uint8_t long_time;//长按计时
	uint8_t double_time;//双击计时
	uint8_t key_double;//双击触发
};

struct key keys;
void key_T_process(void)//放在10ms定时器回调函数中
{
    keys.key_val=gpio_get_level(GPIO_NUM_0);
		switch(keys.key_state)
		{
			case 0://状态0：初始检测
				if(keys.key_val==0)keys.key_state=1;
			break;
			
			case 1://状态1：消抖确认
				if(keys.key_val==0)keys.key_state=2;
				else keys.key_state=0;
			break;
			
			case 2://状态2：长按检测
				if(keys.key_val==1)
				{
					if(keys.long_time>100)
					{
						keys.key_long_flag=1;//长按
						keys.key_state=0;
					}
					else keys.key_state=3;//检测跳转短按或双击检测
					keys.long_time=0;			
				}
				else keys.long_time++;
			break;
                
			case 3://状态3：双击(短按)检测
				if(keys.key_val==0)
				{
					if(keys.double_time<=35)
						keys.key_double_flag=1;//
				}
				else 
				{
					keys.double_time++;
					if(keys.double_time>35)
					{
						keys.key_one_flag=1;//短按
						keys.double_time=0;
						keys.key_state=0;
					}
				}
				if(keys.key_double_flag==1&&keys.key_val==1)
				{
						keys.key_double=1;//双击
						keys.double_time=0;
						keys.key_state=0;
						keys.key_double_flag=0;
				}
    			break;
        }	
}

按键处理

c 复制代码 
uint8_t keynum;
// 定义一个函数用于处理按键W的事件
void key_w_process(void)
{
    // 检查按键1的标志位是否为1，表示按键1被按下
	if(keys.key_one_flag==1)
	{
		keynum++;
		keys.key_one_flag=0;
	}
	if(keys.key_long_flag==1)
	{
		keynum--;
		keys.key_long_flag=0;
	}	 
	if(keys.key_double==1)
	{
		keynum+=10;
		keys.key_double=0;
	}
}

初始化SPIFFS文件系统

头文件：

c 复制代码 
#include "esp_spiffs.h"// 包含ESP-IDF的SPIFFS文件系统库
#include "esp_vfs_fat.h"// 包含ESP-IDF的FAT文件系统库
#include "sdmmc_cmd.h"// 包含SDMMC命令库
#include "driver/sdmmc_host.h"// 包含SDMMC主机驱动库
#include "esp_log.h"// 包含ESP-IDF的日志库

挂载点（宏定义）

c 复制代码 
#define SPIFFS_BASE             "/spiffs"     //文件系统的基路径

SPIFFS文件系统初始化

c 复制代码 
// 定义一个函数用于挂载SPIFFS文件系统
esp_err_t bsp_spiffs_mount(void)
{
    // 定义并初始化SPIFFS配置结构体
    esp_vfs_spiffs_conf_t conf = {
        .base_path ="/spiffs", // 设置SPIFFS的挂载路径#define SPIFFS_BASE             "/spiffs"
        .partition_label = "storage", // 设置SPIFFS的分区标签(分区表中的标签)
        .max_files = 5, // 设置最大同时打开的文件数
        .format_if_mount_failed = false, // 设置在挂载失败时是否格式化SPIFFS
    };

    // 注册SPIFFS文件系统
    esp_err_t ret_val = esp_vfs_spiffs_register(&conf);

    // 检查注册SPIFFS文件系统的返回值，如果出错则打印错误信息并终止程序
    ESP_ERROR_CHECK(ret_val);

    // 定义变量用于存储SPIFFS的总大小和已使用大小   
    size_t total = 0, used = 0;
    // 获取SPIFFS分区的信息
    ret_val = esp_spiffs_info(conf.partition_label, &total, &used);
    // 如果获取信息失败，则打印错误信息
    if (ret_val != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to get SPIFFS partition information (%s)", esp_err_to_name(ret_val));
    } else {
        // 如果获取信息成功，则打印SPIFFS分区的总大小和已使用大小
        ESP_LOGI(TAG, "Partition size: total: %d, used: %d", total, used);
    }

    // 返回操作结果
    return ret_val;
}

分区表体现

挂载 SPIFFS 文件系统的作用：

1. 挂载 SPIFFS 文件系统的作用

SPIFFS（SPI Flash File System）是为嵌入式设备设计的轻量级文件系统，主要用于管理 SPI Flash 存储器中的文件。挂载 SPIFFS 的作用包括：

  • 持久化存储：允许在 Flash 中存储配置文件、网页资源、日志等数据，即使设备断电后数据仍能保留。
  • 文件操作接口 ：提供类似 POSIX 的文件读写接口（fopen、fwrite、fread 等），简化数据管理。
  • 资源管理：适合存储静态资源（如 HTML/CSS/JS 文件），常用于 Web 服务器或 IoT 设备。
  • 分区隔离：通过分区表将 Flash 划分为不同区域，实现代码、文件系统的物理隔离。

2. 关键参数解析

在 ESP-IDF 中挂载 SPIFFS 时，需配置 esp_vfs_spiffs_conf_t 结构体参数：

(1) .base_path = "/spiffs"

  • 作用 ：定义文件系统的逻辑挂载点（虚拟目录路径）。
  • 示例 ：若设置 base_path 为 /spiffs，则所有文件操作需基于此路径（如 /spiffs/config.json）。
  • 意义 ：
    • 提供统一的访问入口，类似 Linux 的挂载点（如 /mnt）。
    • 允许多个文件系统挂载到不同路径（如同时挂载 SPIFFS 和 SD 卡）。

(2) .partition_label = "storage"

  • 作用 ：指定 SPIFFS 对应的物理分区标签（需与分区表中的标签一致）。

  • 意义：

    • 分区表（partitions.csv）中需存在名为 storage 的 data 类型分区，例如：

      ini 复制代码 
      # Name, Type, SubType, Offset, Size, Flags
storage, data, spiffs, 0x200000, 1M,

    • ESP32 根据此标签找到对应的 Flash 物理地址和大小，确保文件系统操作在正确区域进行。

(3) #define SPIFFS_BASE "/spiffs"

  • 作用：通过宏定义简化路径引用，避免硬编码。

  • 示例 ：

    c 复制代码 
    FILE *fp = fopen(SPIFFS_BASE "/data.txt", "r");

3. 参数间的关系

  • 物理层 ：partition_label 关联 Flash 中的实际存储分区（物理地址和大小）。
  • 逻辑层 ：base_path 定义文件系统的访问路径（虚拟目录）。
  • 协作流程 ：
    1. 根据 partition_label 找到对应的 Flash 物理分区。
    2. 将该分区挂载到 base_path 指定的路径，建立物理存储与逻辑路径的映射。

4. 典型问题与注意事项

  • 挂载失败 ：
    • 检查分区表中是否存在 partition_label 指定的分区。
    • 确认分区类型为 spiffs，且大小足够。
  • 路径冲突 ：避免多个文件系统挂载到同一 base_path。
  • 格式化 ：首次使用或分区损坏时需调用 spiffs_format()。

初始化I2C总线设备

与前文一致

初始化IO扩展芯片

与前文一致

初始化音频芯片(总)

c 复制代码 
// 音频芯片初始化
// 定义一个函数 bsp_codec_init 用于初始化音频编解码器
esp_err_t bsp_codec_init(void)
{
    // 调用 bsp_audio_codec_speaker_init 函数初始化扬声器，并将返回的设备句柄赋值给 play_dev_handle
    play_dev_handle = bsp_audio_codec_speaker_init();
    // 使用 assert 断言确保 play_dev_handle 已成功初始化，否则输出错误信息 "play_dev_handle not initialized"
    assert((play_dev_handle) && "play_dev_handle not initialized");
    
    // 调用 bsp_codec_set_fs 函数设置音频编解码器的采样率、位宽和声道数
    bsp_codec_set_fs(CODEC_DEFAULT_SAMPLE_RATE, CODEC_DEFAULT_BIT_WIDTH, CODEC_DEFAULT_CHANNEL);
    return ESP_OK;
}

初始化音频芯片(ES8311)

bsp_audio_codec_speaker_init()

c 复制代码 
// 初始化音频输出芯片
// 定义函数 bsp_audio_codec_speaker_init，用于初始化音频编码器并配置扬声器
esp_codec_dev_handle_t bsp_audio_codec_speaker_init(void)
{
    // 检查 i2s_data_if 是否为 NULL，如果是，则初始化音频接口和功放
    if (i2s_data_if == NULL) {
        /* Configure I2S peripheral and Power Amplifier */
        ESP_ERROR_CHECK(bsp_audio_init());
    }
    // 断言 i2s_data_if 不为 NULL，确保音频接口已初始化
    assert(i2s_data_if);

    // 创建一个新的 GPIO 接口用于音频编解码器
    const audio_codec_gpio_if_t *gpio_if = audio_codec_new_gpio();

    // 配置 I2C 接口
    audio_codec_i2c_cfg_t i2c_cfg = {
        .port = BSP_I2C_NUM, // I2C 端口号
        .addr = ES8311_CODEC_DEFAULT_ADDR, // ES8311 编解码器的默认 I2C 地址
    };
    // 创建一个新的 I2C 控制接口
    const audio_codec_ctrl_if_t *i2c_ctrl_if = audio_codec_new_i2c_ctrl(&i2c_cfg);
    // 断言 i2c_ctrl_if 不为 NULL，确保 I2C 控制接口已创建
    assert(i2c_ctrl_if);

    // 配置硬件增益
    esp_codec_dev_hw_gain_t gain = {
        .pa_voltage = 5.0, // 功放电压为 5.0V
        .codec_dac_voltage = 3.3, // 编解码器 DAC 电压为 3.3V
    };

    // 配置 ES8311 编解码器
    es8311_codec_cfg_t es8311_cfg = {
        .ctrl_if = i2c_ctrl_if, // 控制接口
        .gpio_if = gpio_if, // GPIO 接口
        .codec_mode = ESP_CODEC_DEV_WORK_MODE_DAC, // 工作模式为 DAC
        .pa_pin = GPIO_PWR_CTRL, // 功放控制引脚
        .pa_reverted = false, // 功放控制引脚未反转
        .master_mode = false, // 从模式
        .use_mclk = true, // 使用主时钟
        .digital_mic = false, // 不使用数字麦克风
        .invert_mclk = false, // 主时钟不反转
        .invert_sclk = false, // 串行时钟不反转
        .hw_gain = gain, // 硬件增益配置
    };
    // 创建一个新的 ES8311 编解码器设备
    const audio_codec_if_t *es8311_dev = es8311_codec_new(&es8311_cfg);
    // 断言 es8311_dev 不为 NULL，确保编解码器设备已创建
    assert(es8311_dev);

    // 配置编解码器设备
    esp_codec_dev_cfg_t codec_dev_cfg = {
        .dev_type = ESP_CODEC_DEV_TYPE_OUT, // 设备类型为输出
        .codec_if = es8311_dev, // 编解码器接口
        .data_if = i2s_data_if, // 数据接口
    };
    // 创建并返回一个新的编解码器设备句柄
    return esp_codec_dev_new(&codec_dev_cfg);
}

设置采样率

bsp_codec_set_fs():

c 复制代码 
// 函数声明：设置编解码器的采样率、采样位宽和声道模式
esp_err_t bsp_codec_set_fs(uint32_t rate, uint32_t bits_cfg, i2s_slot_mode_t ch)
{
    // 初始化返回值为ESP_OK，表示操作成功
    esp_err_t ret = ESP_OK;

    // 创建一个采样信息结构体，并初始化采样率、声道模式和采样位宽
    esp_codec_dev_sample_info_t fs = {
        .sample_rate = rate,          // 采样率
        .channel = ch,                // 声道模式
        .bits_per_sample = bits_cfg,  // 采样位宽
    };
    
    // 如果播放设备句柄有效，则关闭播放设备
    if (play_dev_handle) {
        ret = esp_codec_dev_close(play_dev_handle);
    }
    // 注释掉的代码：如果录音设备句柄有效，则关闭录音设备，并设置默认的ADC音量
    // if (record_dev_handle) {
    //     ret |= esp_codec_dev_close(record_dev_handle);
    //     ret |= esp_codec_dev_set_in_gain(record_dev_handle, CODEC_DEFAULT_ADC_VOLUME);
    // }

    // 如果播放设备句柄有效，则重新打开播放设备，并设置新的采样信息
    if (play_dev_handle) {
        ret |= esp_codec_dev_open(play_dev_handle, &fs);
    }
    // 注释掉的代码：如果录音设备句柄有效，则重新打开录音设备，并设置新的采样信息
    // if (record_dev_handle) {
    //     ret |= esp_codec_dev_open(record_dev_handle, &fs);
    // }
    // 返回操作结果
    return ret;
}

初始化MP3播放器

mp3_player_init()：

c 复制代码 
    // mp3播放器初始化
    void mp3_player_init(void)
    {
        // 获取文件信息
        file_iterator = file_iterator_new(SPIFFS_BASE); 
        assert(file_iterator != NULL);

        // 初始化音频播放
        // 将音频播放器的静音功能函数设置为 _audio_player_mute_fn
        player_config.mute_fn = _audio_player_mute_fn;
        // 将音频播放器的写入数据功能函数设置为 _audio_player_write_fn
        player_config.write_fn = _audio_player_write_fn;
        // 将音频播放器的时钟设置功能函数设置为 _audio_player_std_clock
        player_config.clk_set_fn = _audio_player_std_clock;
        // 设置音频播放器的优先级为 1
        player_config.priority = 1;

// 检查 audio_player_new 函数的返回值，确保音频播放器创建成功
        ESP_ERROR_CHECK(audio_player_new(player_config));
        ESP_ERROR_CHECK(audio_player_callback_register(_audio_player_callback, NULL));
        
        pa_en(1); // 打开音频功放  
        for(int i = 0; i < 3; i++) {
               play_index(0);
        vTaskDelay(5000 / portTICK_PERIOD_MS); // 延时5秒
        play_index(1);
        vTaskDelay(5000 / portTICK_PERIOD_MS); // 延时5秒
        play_index(2);
        }
    }
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