Open-Source USB транспорт на PIC32MZ

[dortonyan]

Проект делался для личных нужд, поэтому публикуется как есть, в том виде как сейчас зашит в моем транспорте.

Причина разработки своего транспорта - отсутствие в продаже USB транспортов с I2S входом для использования АЦП. Кроме того, те транспорты что есть в продаже не устраивали по тем или иным причинам (либо плохо сделана плата, либо большое потребление).
Раньше сдерживающим фактором было отсутствие uac2 драйверов. Однако с переходом на win10 с нативным драйвером данная проблема была решена.
Ну и вообще, т.к. на дворе 21-ый век, то для меня не понятно - почему uac2 еще не перекочевал в открытый доступ. Данная публикация призвана исправить такое досадное упущение.

Почему PIC32MZ: Преимущество перед ARM процессорами - встроенный USB HS мост и одновременно удобный компактный корпус с удобной распиновкой. А по сравнению с кмосом - низкое потребление: порядка 70..80мА максимум.

Изначально планировал использовать фреймворк (harmony configurator), однако по ходу выяснилось, что данный фреймворк генерирует только USB AUDIO приложение для формата Class 1.
Кроме того по форумам полно отзывов по касякам в фреймворке. Дорабатывать фреймворк оказалось крайне контр-продуктивно из-за жесточайшей инкапсуляции, громоздкого стека и отсутствия его описания.

Намаявшись с фреймворком принял решение писать свой код с нуля. Но очень скоро обломался, т.к. выяснилось что для PIC32 процессоров описание USB моста полностью отсутствует! Т.е. микрочип предлагает только пользоваться их кривыми фреймворками.
Однако на форуме микрочипа нашлись добрые люди, которые поделились исходниками своих проектов USB девайсов на PIC32MZ: https://www.microchip.com/forums/m1083508.aspx
Пользуясь данными примерами, а так же методом тыка, удалось написать свой достаточно эффективный код (итоговый размер с оптимизацией gcc компилятора уровня 2 - менее 16кБт).
Конечно код не такой красивый как в фреймворках, слабовата инкапсуляция. Зато, разобраться в нем и доработать под свои нужды гораздо проще. А главное проще обходить касяки периферии, которые как оказалось имеют место быть.
В частности есть не описанные в эррате проблемы с DMA модулями.

Что в итоге удалось реализовать на самом чипе, без обвеса дополнительными микросхемами:
1. Вывод стандартного стерео: 32bit 768kHz (Правда драйвер не отображает частоты выше 384к, но по факту 768к выводит). И сам модуль I2S пика позволяет выводить данные с частотой не выше 384к. 768к вывести тоже можно, но каким-то нестандартным интерфейсом, типа QSPI или параллельным портом.
2. Вывод многоканала: 8-каналов 32bit 192kHz (опробовал только в отладочном режиме, подробнее ниже).
3. Стерео вход: 32bit 768kHz (опробовал по факту только 192, т.к. мой АЦП больше не выдает).
4. Распознавание DoP формата и вывод из него стерео DSD-битстрима частотой до DSD256 включительно.
5. До кучи - добавлено CDC устройство (виртуальный COM-порт) для обмена данными с транспортом (в проекте используется в отладочном виде, на любые принятые данные отвечает строкой "CDC is works").

Вывод многоканала физически не реализован, т.к. изначально в транспорте он не предусматривался. Работу проверял в отладочном режиме, переключая на выход пары каналов по очереди (остальные каналы выводили данные в отладочные буферы).
Весь описанный выше функционал реализован на DMA модулях, благодаря чему хватает небольшой тактовой частоты процессора (160МГц для работы многоканала + стерео-входа).
Причем изначально вывод данных в I2S модули выполнялся на DMA с прерываниями. Однако, выяснилось, что прерывания DMA работаю криво, из-за чего модуль может самопроизвольно вырубаться.
Описал проблему на форуме микрочипа (в конце ветки), но - глухо как в танке: https://www.microchip.com/forums/FindPost/1219136

Пришлось выкручиваться по другому. В результате получилось даже лучше, т.к. передача данных между I2S буферами и FIFO данных получилась полностью аппаратной (DMA модули перегружаются автоматически в цикле).
Кроме того, для дополнительного снижения потребления добавлено 3 режима с разной тактовой частотой, в зав-ти от кол-ва каналов и выбранной ЧД.
В результате потребление от USB шины (контроллер + развязка) с питанием через step-down получилось от 40мА (стерео-вывод), до 55мА (8-каналов + стерео вход).
Отмечу, что в режиме FS (uac1) потребление можно опустить еще ниже: до 20..30мА, что может быть актуально для портативного девайса.

Проект сделан в IDE MPLabX 6.05, с компилятором CX32 v4.1. Проверялся только на win10. Актуальная схема транспорта ниже во вложении.
Конечно, нативный uac2 драйвер в win10 достаточно корявый, легко ломается сам и еще легче ложит винду (хватает ошибки в дескрипторе). Но готовый проект значительно облегчает отладку USB девайса, достаточно выпилить лишний функционал из дескриптора и обработчика команд.
Особенности конфигурации USB моста или DMA модуля я постарался подробно описать комментариями, но если у кого-то найдутся другие проблемы - можно обсудить в ветке ниже.

[dee-jan]

А ДСД умеет?

Не умеет. Надобности в ДСД в активе нету.
ЦАП сугубо туда заточен.

[Alex]

см. личку

И мне сбрось, а то чуствую с иксмоса надо потихоньку сбегать.

Тут еще и с 15-м софтом ихним проблемы, полный мрак, но и с предыдущими 13 и 14, что на говноэклипсе, тоже проблемы. Пытался тут 14-й на другой комп поставить - хрена!
Сильно не копал, так оно там и не очень нужно пока, но некоторое рытье по сети показало что такое у довольно многих. Причины непонятны, лечение тоже. От иксмосовцев ответ всегда только один - переходите на 15-й...

---------- Сообщение добавлено 08:25 ---------- Предыдущее сообщение было 08:24 ----------

Надобности в ДСД в активе нету.
ЦАП сугубо туда заточен.

Ну это понятно, просто у меня на многоканал берут даже чаще чем на многополос, а там это не помешает.

[maxssau]

Offтопик:

И мне сбрось, а то чуствую с иксмоса надо потихоньку сбегать.

Тут еще и с 15-м софтом ихним проблемы, полный мрак, но и с предыдущими 13 и 14, что на говноэклипсе, тоже проблемы. Пытался тут 14-й на другой комп поставить - хрена!
Сильно не копал, так оно там и не очень нужно пока, но некоторое рытье по сети показало что такое у довольно многих. Причины непонятны, лечение тоже. От иксмосовцев ответ всегда только один - переходите на 15-й...

я пожалуй полностью сбежал. единственное на 7601, после какой то заплатки win10/11 отвалился asio. сейчас доделываю (надеюсь последний ) дак на 7601+4490 в версии usb питания.

[Alex]

сейчас доделываю (надеюсь последний ) дак на 7601+4490 в версии usb питания.

Я не рискую везде танталы ставить, много раз нарывался на проблемы со звуком.

[maxssau]

Offтопик:


Ну это не первая плата, прототип 1.5 года радует звуком. В этой версии сделано под алюминиевый корпус, перепилен усилитель для наушников и добавлен балансный выход

[Alex]

Ну это не первая плата, прототип 1.5 года радует звуком.

Я склько ни пробовал на референс танталы ставить, было хуже чем с обычными или полимерными электролитами. Хотя по идее, последние не должны сильно от тантала отличаться.

Offтопик:
P.S. Ты бы платку хоть помыл, прежде чем фотки выкладывать

[maxssau]

Offтопик:

P.S. Ты бы платку хоть помыл, прежде чем фотки выкладывать

да мне пофиг, не серийно, 1-2 шт соберу себе и хватит, плюс там деталек не хватает, жду остатки, рано пока мыть, как заработает отмою конечно же. Схема мало кому интересна, а композитный ушник выкладывать смысла не вижу, крутить, критиковать и сравнивать с другими схемами бессмысленно в отрыве от голодного питания, шума от ДЦ-ДЦ и прочими трудностями, которых нет при обычном питании от сети.

[eclipsevl]

А ДСД умеет? Я как-то пытался на том-же ПИКе сделать, так чтобы Зесайконовские драйвера использовать из-за АСИО, но получалось через пень-колоду. В итоге бросил, продолждаю сидеть на XMOSе..

Можно подробнее, что получилось, а что нет?

Только в Win.


А чо за глюки? Я пока ни в каких режимах касяков не видел. Основной, конешно, KS (WASAPI).

Жду фидбэк, сам не смог воспроизвести.

Давно не интересовался этой темой, что на аманеро доступны исходники?

USB дескрипторы читаются при энумерации устройства, чтобы их прочитать исходники не нужны.

[dortonyan]

А ДСД умеет? Я как-то пытался на том-же ПИКе сделать, так чтобы Зесайконовские драйвера использовать из-за АСИО, но получалось через пень-колоду. В итоге бросил, продолждаю сидеть на XMOSе..

Чисто физически вывод конечно сделать можно. Я же в шапке писал про вывод битстрима через WASAPI. Только 8 каналов не получится, т.к. на каждый канал DSD битстрима требуется отдельный SPI модуль, а их в пике максимум 6.
Остальное это уже вопросы разбора команд драйвера: обработку команд можно под любой драйвер сделать, все упирается в спецификацию команд.
Я как-то тоже пытался прикинуться кмосом, чтобы через их драйвер вывести DSD, но до конца так и не добил, потому что получилось вывести битстрим через WASAPI в формате DoP и дальше интерес пропал.

[Alex]

Я как-то тоже пытался прикинуться кмосом, чтобы через их драйвер вывести DSD, но до конца так и не добил,

Вот и я аналогично. Я тогда вооще психанул и грохнул всю директорию с проектом, чтобы соблазна отвлекаться небыло - у меня большой проект начался (не аудио).

Можно подробнее, что получилось, а что нет?

Да ругалась винда все время. Мож я в дескрипторах чего недоделал, мож еще чего.

Offтопик:
P.S. На diyaudio дискуссия про ENOB интересная

[MikeF]

USB дескрипторы читаются при энумерации устройства, чтобы их прочитать исходники не нужны.

Жаль, иногда хочется верить в чудо

[dee-jan]

Я склько ни пробовал на референс танталы ставить, было хуже чем с обычными или полимерными электролитами. Хотя по идее, последние не должны сильно от тантала отличаться.

Аналогично. Ставил в cs5381 тантал в реф, обычный лит был получше. Так и оставил.
Собственно, в 4493 тоже тупо ничикон KA 2200мкф зашел неплохо.

[eclipsevl]

Вот и я аналогично. Я тогда вооще психанул и грохнул всю директорию с проектом, чтобы соблазна отвлекаться небыло - у меня большой проект начался (не аудио).

Да ругалась винда все время. Мож я в дескрипторах чего недоделал, мож еще чего.

Offтопик:
P.S. На diyaudio дискуссия про ENOB интересная

Понятно, я с DSD еще не пробовал этот траспорт.

Offтопик:
PS: ага

[dortonyan]

Вот и я аналогично. Я тогда вооще психанул и грохнул всю директорию с проектом, чтобы соблазна отвлекаться небыло - у меня большой проект начался (не аудио).

А не пробовали для DSD алгоритм энумерации и обмена с хостом "выковырять" из кмосовского проекта? Или там искать без шансов?

[Alex]

А не пробовали для DSD алгоритм энумерации и обмена с хостом "выковырять" из кмосовского проекта? Или там искать без шансов?

Там вообще USB стек закрыт, да и я в такие нюансы не вдавался.
Когда я свои иксмосы делал, там хватало проблем и без того.

Цифровой РГ в ДС ЦАПе влияет чисто на SNR.

А на искажения значит не влияет?
Тоесть "рисуем" сигнал 16-ю битами или 12-ю - без разницы?

[Alex]

Влияет. Причем именно для ДС ЦАП, как правило,

Для любых.

THD при снижении уровня уменьшается, т.к. на больших уровнях доминируют "аналоговые" нелинейности.

А то что меньшее число битов участвует в преобразовании не считается?

Так вот при цифровой аттенюации ENOB снижается в первую очередь за счет шума, а не за счет искажений.

Я вообще писал что ENOB вычисляется для 0dBFs.

Если вы на входе своего ЦАПа задатите уровень -60дБ, то какие гармоники вы там увидите?

В шумах утонут
Но если бы не утонули - были бы соответстующие числу младших бит, участвующих в преобразовании (старшие-то нули).

---------- Сообщение добавлено 16:57 ---------- Предыдущее сообщение было 16:56 ----------

Т.е. при снижения уровня вы просто услышите шум раньше, чем искажения.

Только "это" и спасает при "регулировке в цифре", шум маскирует искажения.
Но это не значит что это хорошо.

[Alex]

Именно в преобразовании участвует столько бит, сколько есть физически в ЦАПе.

То есть если на вход ЦАПа подать мигающий младший бит, при нулях на всех старших, на выходе тоже можно синусоиду получить?

Но там разрядности обычно не ниже 24-х бит. А в кастомном проекте можно сделать вообще сколь угодно больше, хоть 40 бит.

Можно и 100, но если у ЦАПа ENOB 20, то из этих ста работать будут только старшие 20.

Собсовенно, тут надо отличать истинный ENOB, т.е. с учетом SNR и THD, и то что я называю "живыми битами" - это сколько бит вообще хоть как-то влияют на выходной сигнал ЦАПа, невзирая на шумы и искажения (июураются усрденением).
Я для этого у себя в Генераторе даже специальный режим делал.
Заявленные как "32-х битные" AK4490,97,ES9038Pro - с трудом доходили до 24-х. При этом ENOB, с учетом SNR и THD доходил только до 20-21.

Но и не значит что плохо.

Ну реально на слух плохо (особенно, если как в большинстве случаев, аттенюация в цифре делается без дизеринга), во всяком случе хуже чем с аналоговым регулятором после ЦАПа, даже проигрывая при этом немного и в SNR и в THD. И это не только мое мнение, я бы с удовольствием везде делал РГ в цифре, в аналоге мне оно толко мешает своей громохздскостью и приличным повышением цены (причем я с этого повышения почти ничего не имею).

[domician]

Я просто регулирую громкость в iZotope Ozone. Никаких проблем.

[Alex]

Ну на однобитном ЦАПе получается же как-то.

То совсем другое.

Соб-но при снижении уровня абсолютно любой ЦАП рано или поздно превращается в однобитную ДС.

Однобитную, но не ДС.

[domician]

Могу даже отдельно сообразить проект аттенюатора с I2S на входе и выходе под какую-нить мелкую плисину.

Но не проще пользовать профессиональный vst плагин? Тот же iZotope обрабатывает все в 64 бит режиме. И так как оно для мастеринга, то, естественно, что регулирует уровни "правильно".