小制作：USB界面+64Mb SDRAM缓冲

tcjie

     近日利用USB Phy + FPGA 做了一个高速USB2.0的异步界面，实现了USB界面的基本功能，主要器件是用国产芯片。因为现在购买国外名厂的零件价格比较高。接触一下国产的这类型的芯片看看性能如何，都是用业余时间慢慢来研究。做下来觉得国产器件也不错。性价比高。
仔细研究了这颗FPGA后发现有64Mb的SDRAM，利用它建立环形FIFO队列先存放数据，再用本地时钟将其取出进行SPDIF和I2S传输，摆脱USB的传输干扰，使重播的品质更稳定。
64Mb = 32b x 2M，对于双通道32bit的取样可以存放1M帧，44.1K取样可存放1M/44.1K = 23.2秒，48K取样可存放1M/48K = 21.3秒。96K的音乐可存放大约10秒。播放44.1K的音乐先用一半的内存来存放数据，大约可存放11秒，再进行播放，相当于音乐播放延迟了11秒再播放，使数据量在一半内存里摆动，根据内存数据量来进行USB流量控制，最大限度延长内存上溢，下溢的时间。在电脑这边做个软件观察这个内存的数据量变化情况，发现在播放过程中，这个数据量基本没什么变化，也就是说FIFO的进出动态平衡，可见异步USB流量控制起作用。既然这缓冲区的数据量基本不变，可根据需要设置这缓冲区的深度：深，中，浅，分别是1/2,1/4,1/8内存。对于播放视频，可设置旁路这缓冲区，实现画面和声音同步。
实现这些功能后，发现这颗FPGA还有大量的资源空间，下一步打算将SPDIF接收的功能做进去，同样做数据缓冲。相当于实现SPDIF接收-》大缓冲区-》I2S输出，也就实现了SPDIF传输的DOP转为DSD由I2S输出。由于SPDIF没有流控，可能会因为发送方和接收方时钟的差异会使缓冲区上溢或下溢。到时根据情况需要看能否利用这颗FPGA现有的资源做一个PLL，同步一下SPDIF的输入时钟。



电脑端软件可对USB界面固件改写，并进行播放设置和监测。



以后就在使用中发现问题，修改问题了。或在现有的板上硬件资源修改固件增加功能了。

琴音

这么好的国产硬件软件资源怎么不支持呢？请问是否支持高品质的24bit192k和DSD512重播？

浩子哥哥

这个必须点赞！

yaofei

这是在山寨意大利方案界面？

capa

64Mb的SDRAM，多少钱说出了让大家死心

lancelothy

超过100元就买意大利界面。

lancelothy

另外请教一下楼主，使用独立供电时，拆掉USB外壳接地那个电阻和电容可以的吗？

ehftlov

capa 发表于 2023-11-10 18:01
64Mb的SDRAM，多少钱说出了让大家死心

这个容量后面加个0 是不是可以对WAV的CD进行全部加载

miaoji70

不贵就可以试试

capa

ehftlov 发表于 2023-11-10 19:04
这个容量后面加个0 是不是可以对WAV的CD进行全部加载

老哥，这种问题很烧脑，你应付不了的

tcjie

该板现在实现的功能有PCM 44.1 - 384KHz，32bits，DSD64 - DSD512，DOP，nactive DSD。双SPDIF输出最高192KHz 24bit，spdif可输出DOP，I2S输出，
内部64Mb全部用作环形FIFO缓冲，缓冲区的大小可设置。SPDIF最高192KHz输入在代码中。

USB异步界面都是按照UAC2.0标准来做的，如何用软硬件方案来实现就各显神通了。意大利方案电路板尺寸，输出针位功能成了大家模仿的标准，我也有一
块意大利的卡。做这个板就是要能方便地，无差别地安装在我原来的机箱里，榨取这片FPGA硅片上的资源，代替我原来的卡，实现我想要的效果。

简单来看，意大利方案是两颗大芯片，我的方案是一个小芯片加一个大芯片。呵呵。

其实，我的这个方案前面的小芯片是可以省掉的，因为这片FPGA芯片可通过阻容网络接到USB线上实现USB2.0全部的功能。如用FPGA来实现USB2.0底层的功能就要使FPGA工作在480MHz下，这样才能捕捉到USB2.0传输线上480MHz的信号，一来运行频率高，二来占用FPGA逻辑资源。以我的经验来看，工作在高频率下对FPGA来说是一个考验。单纯用FPGA还要加上阻容网络，ESD保护。综合上述的原因，还是另外用一片USB PHY芯片省事，再说这颗国产的芯片不贵。

xandd

排针前加电阻有什么用？

markamp

高手！我以前和同事合作，用CY7C68013A+XC6SLX9做的8通道音频录音板，速率虽然高，但可惜没搞UAC2.0。现在想用USB3.0实现，但没人配合了。

yaofei

FIFO只要不空就可以开始播放。并不需要等待到半满的状态。毕竟USB数据传输的输入速率远大于向DAC芯片输出的速率。

tcjie

xandd 发表于 2023-11-11 21:00
排针前加电阻有什么用？

听大牛说，那是用来匹配传输线的阻抗，防反射，改善信号波形质量。

tcjie

markamp 发表于 2023-11-11 22:30
高手！我以前和同事合作，用CY7C68013A+XC6SLX9做的8通道音频录音板，速率虽然高，但可惜没搞UAC2.0。现在 ...

CY7C68013A现在也贵了。

tcjie

加了一些功能: spdif 输入，最高支持192KHz，可实现spdif输入经芯片FIFO缓存再由spdif或I2S输出。

big-eblis

LDO的采样反馈电阻接在输出滤波电感器后面能行吗？我以前这样接感觉工作不太稳定。

QIUOQIUO

牛人啊  ，看不懂。

北胜

一个字：牛