Плата I2S для Raspberry Pi на WM8804

[Chaa]

Плата предназначена для правильного подключения ЦАП к одноплатному компьютеру Raspberry Pi или подобному. Под правильным подключением подразумевается генератор мастерклока возле микросхемы ЦАП, работа компьютера в ведомом режиме и гальваническая изоляция ЦАП от компьютера.



Для работы платы необходим генератор мастерклока 22,5792 и 24,576 МГц либо в составе ЦАП, либо отдельным устройством.

Во вложении исходники в Eagle и герберы платы:
rpi_i2s.zip

Начало здесь:
https://forum.vegalab.ru/showthread....05#post2662405

За основу взята идея из Hifiberry Digi - использовать WM8804 для формирования сигналов PCM_CLK и PCM_FS из мастерклока.
Вообще, сделать из мастерклока сигналы битклока и вордклока можно на ПЛИС (как в теме Цифровой транспорт с открытым кодом на NanoPI-Neo), на рассыпной логике, на микросхеме дешевого АЦП, как где-то советовал Alex.
Но все портит необходимость поддерживать драйвер.
В данном случае драйвер есть во всех основных дистрибутивах Linux для Raspberry Pi.

Есть и недостатки у использования WM8804 - выводить можно только поддерживаемые ей форматы, т.е. только стерео PCM до 192/24.

Примечания к схеме:

Скрытый текст

Из двух резисторов R14 и R15 устанавливается только один, в зависимости от того, как переключаются генераторы мастерклока. Если установить R14, то транзистор оптрона будет открыт при сетке частот в 48 кГц, если R15, то при сетке 44,1 кГц.

OK1, OK3, R17 и R18 устанавливаются только если они вам нужны для каких-то своих целей.

X1, R1, R2 и C4 устанавливаются если нужен SPDIF выход (для тестирования).

X2 и C5 если планируется подавать внешнее питание на Raspberry Pi.

Гальваноразвязку можно не устанавливать, для обхода предусмотрены перемычки J1-J5.

[свернуть]

Настройка:

Скрытый текст

1. Volumio
При запуске ставим галочку «I2S DAC», затем из списка выбираем «Hifiberry Digi+ Pro» и все работает.

2. Ручная настройка
Включить загрузку драйвера, для чего:
а) Подключить карту памяти к компьютеру и найти на ней файл config.txt
б) На самом одноплатнике найти файл /boot/config.txt
Отключить встроенный звук, для этого удалить (или закомментировать) строку dtparam=audio=on
и добавить строку dtoverlay=hifiberry-digi-pro

#dtparam=audio=on
dtoverlay=hifiberry-digi-pro

Подробнее https://www.hifiberry.com/build/docu...-linux-3-18-x/

[свернуть]

Готовые решения:

Скрытый текст

HiFiBerry Digi+ Pro
IQaudio – Pi-Digi+
DigiOne
AOIDE HIFI DiGi Pro

[свернуть]

[hippo64]

Огромное спасибо, коллега, иногда лень самому и слушаешь через 2706.

[Bobby_ii]

Зачем нужен ЕЕПРОм? Что в нём? Без него можно "обойтись"? И как?
Что на сигналах:
(5) SDA -> SDIn/HWMode (3)
(3) SCL -> SLCK (1) (???SCLK???)
и откуда куда они идут (направление)?

Что делают GPIO_IR_IN/Out? И куда идут?

Куда идут CLK44/48 ? А! Во! На др. схеме есть - GPIO_5/GPIO_6 - как понимаю, данными сигналами драйвер "рулит".

[Chaa]

Принцип работы:

В составе SoC (для Raspberry Pi 3 это BCM2835) есть аппаратный порт I2S.



Как видим, порт I2S состоит из очереди отправки (FIFO, 64-е 32-х битных регистра) и схемы последовательной передачи данных (Serializer) из регистров очереди. Передача управляется двумя сигналами PCM_CLK и PCM_FS. Сами эти сигналы могут генерироваться портом I2S самостоятельно с помощью внутренних делителей, либо получаться снаружи.

Вообще, все порты I2S в одноплатниках примерно одинаковые и все могут работать в ведомом режиме. Отличие только в том, можно ли завести внешний сигнал PCM_MCLK.
В Raspberry Pi этого сделать нельзя, PCM_MCLK может получаться только из общего клока SoC (почему это плохо, можно почитать в статье Raspberry Pi B+ Digital Audio).

Поэтому мы идем другим путем - не используем внутренний PCM_MCLK, а подаем снаружи сигналы PCM_CLK и PCM_FS - для чего их нужно самостоятельно сформировать из мастерклока ЦАПа.
В данном устройстве для формирования сигналов используется WM8804 - это микросхема передатчика SPDIF, но здесь используется ее возможность генерировать сигналы PCM_CLK и PCM_FS из внешнего клока с помощью программируемых внутренних делителей.



Для программирования WM8804 нужен драйвер: rpi-wm8804-soundcard.c.
Драйвер при изменении частоты дискретизации или разрядности потока вычисляет и загружает в WM8804 нужные
коэффициенты делителей.
Также драйвер выдает сигнал на переключение частоты мастерклока между 22,5792 и 24,576 МГц.

Таким образом, от WM8804 мы получаем сигналы PCM_CLK и PCM_FS, а от SoC данные PCM_DOUT,
привязанные к внешнему мастерклоку.

---------- Сообщение добавлено 15:57 ---------- Предыдущее сообщение было 15:37 ----------

Зачем нужен ЕЕПРОм? Что в нём? Без него можно "обойтись"? И как?
Что делают GPIO_IR_IN/Out? И куда идут?

EEPROM нужен для того, чтобы соответствовать HAT requirements (носить гордое имя "шляпа"), и для автоматической установки драйверов при подключении "шляпы" к Raspberry Pi.
Я от него решил отказаться, так как он мешал разводке земляного полигона, а пользы от него все равно нет.

К разъему SV2, кроме оптрона переключения частоты мастерклока, еще могут подключаться энкодер с кнопкой, и вход/выход чего-либо. Это нужно если делать медиаплеер или что-то похожее.

[Bobby_ii]

Спасибо. Более-менее разобрался.

[Chaa]

Собрал вторую плату, со всеми деталями/разъемами. Внешнее питание работает, SPDIF тоже.



Выявилась одна особенность: шлейф в том виде, как на фото, мешает встроенной в плату Raspberry Pi антенне WiFi, если проходит рядом с ней.
В идеале шлейф нужно экранировать.

[bnv123]

Здравствуйте. Подскажите, а возможно здесь реализовать spdif или оптический вход. Ну то есть чтобы кроме воспроизведения с малинки можно ещё было подсоединить телевизор с spdif выходом. И кроме iso7741 что ещё можно поставить. Спасибо.

[Chaa]

Подскажите, а возможно здесь реализовать spdif или оптический вход. Ну то есть чтобы кроме воспроизведения с малинки можно ещё было подсоединить телевизор с spdif выходом.

Тоже думал об этом. Чтобы на один порт I2S данные принимались от приемника SPDIF, накапливались в ОЗУ (для решения проблемы с разницей в частотах клока), и затем отдавались во второй порт I2S.
Для этого необходимы два порта I2S, и в SoC они есть, но на разъем GPIO выведен только один.
Одноплатников с двумя портами I2S так и не нашел.

И кроме iso7741 что ещё можно поставить.

Еще я ставил ISO7641, работает.
Можно другие изоляторы на 3+1 канала, со скоростью выше 25 Мбит/сек.

[bnv123]

Не, я наверно не правильно выразился. Чтобы плата работала в двух режимах. Первый режим от малинки. Цап в режиме мастер. А второй режим - давать сигнал spdif на RX0 wm8804 и цап в режиме ведомого. Или проще две платы сделать, одну по вашей схеме, другую по стандартной схеме wm8804 и нужную выбирать за счёт включения выхода изолятора EN2. Ну и соответственно переключать режимы Цап.

[Chaa]

Первый режим от малинки. Цап в режиме мастер. А второй режим - давать сигнал spdif на RX0 wm8804 и цап в режиме ведомого.

Теоретически такое возможно. Для этого потребуется:
1. ЦАП, который может работать и в ведущем, и в ведомом режиме.
2. Чтобы один из генераторов мог работать, когда ЦАП в ведомом режиме, или отдельный генератор.
3. Еще одну линию для передачи мастерклока от WM8804 в ЦАП.
4. Переключать линию SDATA от Raspberry Pi к WM8804.
5. Доработать драйвер, чтобы он при остановке воспроизведения (или по другой команде) переводил WM8804 в режим приема SPDIF, переключал ЦАП в ведомый режим, переключал линию SDATA.

Это все сложно. Рекомендую посмотреть, есть ли у вашего телевизора Bluetooth. Тогда он мог бы передавать аудио поток на Raspberry Pi.

[bnv123]

Да, слишком сложно. Спасибо за ответ.

[bnv123]

Тоже думал об этом. Чтобы на один порт I2S данные принимались от приемника SPDIF, накапливались в ОЗУ (для решения проблемы с разницей в частотах клока), и затем отдавались во второй порт I2S.
Для этого необходимы два порта I2S, и в SoC они есть, но на разъем GPIO выведен только один.
Одноплатников с двумя портами I2S так и не нашел.


Еще я ставил ISO7641, работает.
Можно другие изоляторы на 3+1 канала, со скоростью выше 25 Мбит/сек.

https://www.chipdip.ru/product/iso7241cdwr-2
iso7241 эти должны подойти?

[Chaa]

https://www.chipdip.ru/product/iso7241cdwr-2
iso7241 эти должны подойти?

Думаю подойдут.

[bnv123]

Chaa, спасибо.

[SIRCOLT]

@chaa добрый день, подскажите плз, если делать развязку по i2s от rpi, правильно ли я понимаю, что от wm8804 на rpi идут pcm_clk и pcm_fs,а от rpi к wm идет clk_select (44-48) и pcm_dout.?
Так же есть вопрос касательно реклока pcm_dout... Имеет ли смысл?

[Chaa]

правильно ли я понимаю, что от wm8804 на rpi идут pcm_clk и pcm_fs,а от rpi к wm идет clk_select (44-48) и pcm_dout.?

Да, только clk_select (44-48) идет к схеме управления генераторами.

Так же есть вопрос касательно реклока pcm_dout... Имеет ли смысл?

Нет. Для дельтасигм основным является мастерклок, поэтому генераторы стараются разместить возле микросхемы ЦАП. По сигналу мастерклока данные загружаются в конвейер цифрового фильтра, идет обработка и преобразование. Качество остальных сигналов непринципиально.
Для старинных мультибитников по другому, там есть варианты, но тоже главный не pcm_dout.

[SIRCOLT]

Спасибо Вам большое, про clk select я описался имел вмвиду просто направление сигнала) ну будем пробовать делать развязку с малиной на посмотрим, что получится)

[SIRCOLT]

А для чего в схеме установлен конденсатор с6?

[Alex]

А для чего в схеме установлен конденсатор с6?

Если речь о схеме в начальном сообщении, то для сброса WM-ки при включении питания.

[SIRCOLT]

Посмотрите пожалуйста, правильно ли я в итоге сделал развязку с малинкой?
Подтягивающие резисторы надо предусмотреть перед iso?

Это плата спдиф выхода, там ниже двойной реклок-буфер-ну итд.

---------- Сообщение добавлено 17:13 ---------- Предыдущее сообщение было 17:08 ----------

Если речь о схеме в начальном сообщении, то для сброса WM-ки при включении питания.

Спасибо за пояснения Alex.