GX8008B UAC 开发板用户指南

文档详细介绍了GX8008B 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

GX8008B 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 BOOT 功能按键

• 1 个 RGB 3 色 LED

• USB 2.0 Device接口

• 1个UART调试端口

• 1 路 Audio out

• I2C、UART、I2S 等多个功能预留 IO 口

方案设计简介

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30mm。GX8008B最多支持4路MIC。

调试接口

串口：2 路 MCU UART，1 路 DSP UART_TX

LED阵列

GX8008B 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 RGB 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。GX8008B 有两路 I2C

Audio out

UAC V1.0 配有一路 Audio out 方便开发。如果只做 UAC 功能，这部分可 不用

UAC平台实物图

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

GX8008B 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。