2024年10月30日发(作者：柴初珍)
USB声卡和USB音频解码方案原理
近年来USB产品层出不穷，USB音频类在USB开发者论坛的努力下，成
为一种标准的规范，USB声卡也开始在市场上悄然出现。因为USB声卡内置了
DAC和有源功放，音频数据以数字方式进入USB声卡，完全杜绝了PC的内部
干扰，所以，USB声卡将有可能成为现有内置声卡的替代品。本文介绍了一种
基于ARM处理器的USB声卡设计。
USB声卡原理
由USB声卡数据流图(见图1)可以看出USB声卡的工作原理。在主机端播放
音乐时，应用软件或驱动程序把各类音频信号转换为统一的格式，如PCM、
MPEG等格式的数据流，通过主机的USB接口发送给USB声卡。声卡的USB
接口接收到数据后，通过I2S接口把并行音频数据转为串行，再发送给音频编解
码芯片进行D/A转换，即可在音频芯片连接的扬声器中发音。录音过程和播放
过程正好相反。
图1 USB 声卡数据流
硬件设计
USB声卡硬件主要包括MCU和音频编解码芯片。MCU采用三星公司的处
理器S3C2410，S3C2410内置I2S总线控制器和USB Slaver控制器。S3C2410
的I2S控制器实现了一个外部8/16位立体声音频CODEC IC的接口，支持I2S
总线数据格式和MSB-justified数据格式，并且支持DMA传输模式。
音频芯片采用UDA1341TS。UDA1341TS提供标准的I2S接口，可以直接
和SSS1630的I2S引脚连接。另外，此芯片还提供标准的L3、麦克风和扬声器
接口。L3接口的引脚分别连到S3C2410的3个GPIO输出引脚上，通过GPIO
控制L3接口。UDA1341TS音频芯片集成数字化音频和混频器功能。数字化音
频功能可以播放数字化声音或录制声音，因为包括这个功能，所以常把此类芯片
称为CODEC设备。混频器用来控制各种输入/输出的音量大小等，在本芯片中
通过L3接口进行控制。
图2 USB声卡拓扑图
软件设计
软件设计包括两部分：USB声卡固件程序设计和主机端Windows驱动设计。
因为USB音频类设备是一种标准设备，在Windows 操作系统上有标准的USB
音频驱动，所以只需要开发者根据USB音频类的协议开发固件程序。
USB声卡的固件程序主要包括两部分，第一部分主要是USB通讯，第二部分
实现I2S接口数据传输以及数据流的缓冲区控制等。
USB声卡的控制传输
在主机端应用程序中，执行音量调节、静音等事件时，USB音频驱动通过默
认端点0执行一个控制传输。一次控制传输主要包括两个步骤，第一步，由主机
向设备发送一个建立(Setup)信息，描述控制访问的类型，设备将执行此控制访
问。第二步，零个或多个控制数据信息的传送，这是访问的具体信息。根据USB
音频类协议分解控制信息包，然后再根据控制信息，执行相应的操作。例如，在
主机端应用程序中播放音乐前，USB声卡就会从主机端收到如下的两个包：
Setup包 22 01 00 01 01 00 03 00
控制数据包 40 1F 00
根据USB音频类协议分解Setup包，可以得知，本次控制传输的作用是设
置USB声卡的采样频率，并且收到的3字节控制数据信息是采样频率，即8KHz。
那么在播放音乐前，必须把I2S和SSS1630芯片的采样频率设置为96kHz，才
能和主机端保持同步。
SSS1629和SSS1630主要应用产品如下：
USB游戏耳机方案，USB麦克风方案，USB音响方案，USB话务耳机方案，
K歌方案，智能语音家居方案等等。
2024年10月30日发(作者：柴初珍)
USB声卡和USB音频解码方案原理
近年来USB产品层出不穷，USB音频类在USB开发者论坛的努力下，成
为一种标准的规范，USB声卡也开始在市场上悄然出现。因为USB声卡内置了
DAC和有源功放，音频数据以数字方式进入USB声卡，完全杜绝了PC的内部
干扰，所以，USB声卡将有可能成为现有内置声卡的替代品。本文介绍了一种
基于ARM处理器的USB声卡设计。
USB声卡原理
由USB声卡数据流图(见图1)可以看出USB声卡的工作原理。在主机端播放
音乐时，应用软件或驱动程序把各类音频信号转换为统一的格式，如PCM、
MPEG等格式的数据流，通过主机的USB接口发送给USB声卡。声卡的USB
接口接收到数据后，通过I2S接口把并行音频数据转为串行，再发送给音频编解
码芯片进行D/A转换，即可在音频芯片连接的扬声器中发音。录音过程和播放
过程正好相反。
图1 USB 声卡数据流
硬件设计
USB声卡硬件主要包括MCU和音频编解码芯片。MCU采用三星公司的处
理器S3C2410，S3C2410内置I2S总线控制器和USB Slaver控制器。S3C2410
的I2S控制器实现了一个外部8/16位立体声音频CODEC IC的接口，支持I2S
总线数据格式和MSB-justified数据格式，并且支持DMA传输模式。
音频芯片采用UDA1341TS。UDA1341TS提供标准的I2S接口，可以直接
和SSS1630的I2S引脚连接。另外，此芯片还提供标准的L3、麦克风和扬声器
接口。L3接口的引脚分别连到S3C2410的3个GPIO输出引脚上，通过GPIO
控制L3接口。UDA1341TS音频芯片集成数字化音频和混频器功能。数字化音
频功能可以播放数字化声音或录制声音，因为包括这个功能，所以常把此类芯片
称为CODEC设备。混频器用来控制各种输入/输出的音量大小等，在本芯片中
通过L3接口进行控制。
图2 USB声卡拓扑图
软件设计
软件设计包括两部分：USB声卡固件程序设计和主机端Windows驱动设计。
因为USB音频类设备是一种标准设备，在Windows 操作系统上有标准的USB
音频驱动，所以只需要开发者根据USB音频类的协议开发固件程序。
USB声卡的固件程序主要包括两部分，第一部分主要是USB通讯，第二部分
实现I2S接口数据传输以及数据流的缓冲区控制等。
USB声卡的控制传输
在主机端应用程序中，执行音量调节、静音等事件时，USB音频驱动通过默
认端点0执行一个控制传输。一次控制传输主要包括两个步骤，第一步，由主机
向设备发送一个建立(Setup)信息，描述控制访问的类型，设备将执行此控制访
问。第二步，零个或多个控制数据信息的传送，这是访问的具体信息。根据USB
音频类协议分解控制信息包，然后再根据控制信息，执行相应的操作。例如，在
主机端应用程序中播放音乐前，USB声卡就会从主机端收到如下的两个包：
Setup包 22 01 00 01 01 00 03 00
控制数据包 40 1F 00
根据USB音频类协议分解Setup包，可以得知，本次控制传输的作用是设
置USB声卡的采样频率，并且收到的3字节控制数据信息是采样频率，即8KHz。
那么在播放音乐前，必须把I2S和SSS1630芯片的采样频率设置为96kHz，才
能和主机端保持同步。
SSS1629和SSS1630主要应用产品如下：
USB游戏耳机方案，USB麦克风方案，USB音响方案，USB话务耳机方案，
K歌方案，智能语音家居方案等等。