GX8008 UAC 开发板用户指南
文档详细介绍了GX8008 UAC方案，包括USB相关协议、方案设计、固件烧写和UAC的使用流程等。
概述
GX8008 USB Audio Class（简称UAC）是面向语音前端处理应用而设计的方案，运行离线的demo程序后可进行基本的本地语音交互。UAC平台具备如下特点：
2路模拟MEMS麦克风
1个功能按键
1个RGB3色LED
USB 2.0 Device接口
1个UART调试端口
方案设计简介
图 1 GX8008 UAC系统框图
电源
主设备USB接口供电或者5V适配器供电
存储器
SPI NOR Flash：单颗8MByte ~ 16MByte（64Mbit ~ 128Mbit）
音频
输入音频：UAC采用2路模拟MEMS麦克风输入
数据通道
USB：一路USB Device接口（可用于传输数据、时钟同步和下载程序等）
MIC阵列
UAC平台使用2路模拟MIC输入，单端模式。两个麦克风的距离为35mm。GX8008最多支持6路MIC。
调试接口
串口：1路UART接口（MCU）
LED阵列
GX8008支持多种型号的LED Driver IC，通过I2C接口控制LED阵列。UAC平台配有1颗LED，通过IO口控制。若采用LED阵列方案，可以通过I2C接LED IC，最多12颗RGB LED。
UAC平台实物图
GX8008 UAC平视图
GX8008 UAC Kit 串口模块
电源接法
在图2中，通过USB线将UAC的USB口接到USB HOST即可上电。
串口接法
将图3黑色接线口凸起朝上与图2的UART连接（红色线靠右），上电后即可在主机的/dev目录下看到串口设备节点。
软件方案
概述
GX8008 UAC是一个通过USB连接主机的语音前端处理模块，能实现AEC、BeamForming 和 Wakeup 功能。启动 UAC 板，运行 demo 程序，可进行基本的唤醒识别。
VSP（语音前处理系统）运行在 MCU、DSP 和 NPU 上。主要完成语音信号处理，比如降噪、去混响、回声消除、波束合成、特征提取、激活词识别等。实现了原始语音数据采集、系统的启动和初始化、系统状态检测、系统功耗控制、LED 效果等功能。VSP 在设计之初就兼顾考虑了语音信号处理的运算特点、硬件模块的特点、NPU 和 DSP 处理器的特点，并在很大程度上对算法实现的便利性、内存使用效率、处理器性能和系统功耗进行了充分的优化。
当前方案支持以下功能：
- 支持 USB 即插即用
- 最多支持录制 6 路麦克风数据
- 通过唤醒词触发唤醒状态
- 支持 HID 和 USB 串口
- 通过按键进入静音状态
协议介绍
USB-UAC
UAC（USB Audio Class）一种通用数据接口，可以有很多种实现数字音频数据传输的方式。不同的开发者可以根据自己的喜好和需求，定义任意的控制方式，传输模 式，音频格式等等参数。
USB 非常适合作为以 PC 为平台的音频（包括语音和音乐等）传输协议，USB 接口拥有远远高于音频需求的带宽，可以传输高品质（高采样率、多声道）的音频数据。因此，例如录音和音乐播放等音频功能都可以很容易在 USB 接口实现。
音频流被打包成 USB 数据包（USB packets）在 USB 总线上传送。每个数据包只能包含整数个音频流数据。 USB 支持的四种传输机制： 控制传输，中断传输，块传输，同步传输（等时输）， 如图 4。
UAC 方案采用等时传输，该类型有要求数据的及时性、传输大量数据和速率恒定等 特点，故适合用于音频系统。 
USB-HID
HID（Human Interface Device）属于人机交互操作的设备，是 USB 设备中常用的设备类型。例如 USB 键盘、USB 鼠标与游戏杆等。
当插入 USB 设备后，主机会向设备请求各种描述符来识别设备。为了把一个设备识 别为 HID 类，设备在定义描述符的时候必须遵守 HID 规范。HID 设备的描述符除了五个 USB 的标准描述符（设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符、字符串描述符）外，还包括三个 HID 设备类特定描述符：HID 描述符、报告描述符、物理描述符。所有的 HID 设备通过 USB 的控制管道和中断管道与主机通信。
描述符之间有一定的关系，一个设备只有一个设备描述符，而一个设备描述符可以包含多个配置描述符，而一个配置描述符可以包含多个接口描述符，一个接口使用了几个端点，就有几个端点描述符。USB 的描述符之间的关系是一层一层的，最上一层是设备描述符，下面是配置描述符，再下面是接口描述符，再下面是端点描述符。
PLC 方案
PLC（Programmable Logic Controller）可编程逻辑控制器，以这个词命名我们的方案是因为它可以根据DSP处理语音信号输出的KWS值和输出算法语音做一些可编程的逻辑控制，来满足不同的产品方案的需求。
PLC 方案支持以下功能：
1）UAC 录音功能；
2）向主机发送 HID 键值功能。PLC 方案兼容 UAC 方案的一些功能，包括 HID 键值发送和声卡录音功能，去除了声卡的输出功能；
3）支持低功耗模式。PLC 方案还支持低功耗，可以应用于语音前处理控制模块对功耗有要求的产品方案。
4）主激活词二次唤醒功能。
5）本地语音播报功能。本地语音播报功能包括主动播报和被动播报。主动 播报是 MCU 收到 DSP 处理完的数据，如果有唤醒事件，MCU 会主动播报唤醒 事件对应的播报语音。被动播报一般应用于从设备模块，8008C 与上位机通过串 口交互，串口通信协议可以使用我们的公用协议也可以自定义。一般处理流程是 DSP 处理完数据后，会发送给 MCU，MCU 判断是否有唤醒事件发生，如果有 唤醒事件发生，会通过串口发送消息数据给上位机，8008C 等待上位机返回的串 口数据，解析后播放相应的语音数据。目前支持 MP3 格式和 16K、8K，单通道，16Bit 的 WAV 数据。
6）串口、I2S 发送音频数据；
有些方案需要 8008C 芯片 DSP 做语音前处理后的音频数据，PLC 方案支持 将 DSP 经过语音算法处理后的数据或者经过 OPUS、Speex 编码后的数据通过串 口和 I2S 发送给上位机做二次语音处理，比如 ASR，来实现一些语音前处理模块 的产品方案。
我们会提供一个带本地语音播报的 demo 给用户演示体验。固件和烧写在固 件烧写部分介绍。
CODEC 方案
CODEC 方案中把 GX8008C 充当音频解码芯片，在该方案中音频数据传输 方式有以下几种：
通过 ADC 从 HOST 接受音频数据，经过 DSP 处理过后，然后通过 DAC 播 出。
将 DSP 算法处理过的音频数据以及 VAD、KWS 信号通过 I2S 接口或 UART 发送到 HOST 端。
支持从麦克风采集环境音频，经过芯片 DSP 语音算法前端处理，产生处理 后的语音信号，并通过音频接口输出到其他设备。
方案设计
从 USB HOST 输出两路音频，其中一路输出给喇叭，另外一路输出给 UAC，用于算法处理。
前处理系统内将 MIC 的数据和 USB HOST 送过来的 REF 数据整合为多 个 CONTEXT 的形式，分帧送往 DSP 进行算法处理。
前处理系统通过USB将DSP处理后的音频送往USB HOST，并根据DSP 分析出的 VAD 和 KWS，向 HOST 发送不同的 HID 键值。
UAC 板上带有 RGB LED，颜色会根据声卡当前的工作状态进行切换。
USB HOST 可以通过 USB 对 UAC 板的灯光进行控制。
支持 16K/48K 采样率
SDK
GX8008 UAC SDK 开发套件包含以下软件组件：
- mcu_nor.bin
- dsp.fw
- bootx
以上开发套件包含了 MCU 固件、DSP 固件和串口烧录工具。
固件烧写
通过MCU端串口来进行固件的烧写，烧写的工具为bootx，烧写命令在Linux shell 下执行，每次烧写都需要板子 reset 或重新上电，具体的烧写命令如下：
1 download mcu_nor.bin
./bootx -m leo -t u -c download 0x0 mcu_nor.bin
2 download dsp.fw
./bootx -m leo -t u -c download 0x100000 dsp.fw
成功烧写后，重新启动系统，能在 MCU 端串口看到 MCU 的启动信息，如 图 6 
使用流程
使用 USB 线连接 UAC 板和 USB HOST，启动过程中灯光会有颜色变化。
大约 1～2s 左右 LED 颜色变为蓝色的时候即表示系统启动完毕。如果有识别到唤醒词，LED 会闪烁一次红色。同时，系统会根据 VAD 和 KWS 发送与之对应的 HID 键值到 USB HOST。