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PXUA-XU316-KIT项目导入

概要​

XU316-1024-QF60B-PP24是XMOS最新发布的XCORE.AI系列的芯片，28nm的工艺制程，对比XMOS早期XS1,XCORE-200芯片，XU316不仅在工艺制程和芯片整体性能上面有较大的提升，而且在价格方面也有相当大的优势。因此使用XU316来替代XU208和XU216是一个非常不错的选择。使用XU316-1024-QF60B-PP24（后面统称XU316）作为USB Audio方案的主控，需要了解硬件设计和软件设计，结合木瓜已有固件，搭配PXUA-XU316-KIT评估板使用。根据我司现有的XMOS USB Audio方案，可以使用XU316来做HIFI声卡，专业录音声卡，MIDI声卡，多通道等应用。

XU316项目导入前，根据下文的描述需要针对以下几点来进行XMOS芯片项目导入：

  • 用户需要梳理方案的应用场景(本文档)
  • 已拥有PXUA-XU316-KIT评估板并且已经查阅了PXUA-XU316-KIT_硬件使用
  • USB Audio功能需求的确定
  • XU316固件的获取，烧录和更新
  • USB Audio ASIO 低延时驱动的获取（针对Windows系统）

XU316应用框架确定​

针对XMOS USB Audio方案应用中，需要基本了解XU316 USB Audio方案的应用场景，一般会应用到如下几个应用场景，其中包括但不限于：USB HiFi声卡，专业录音声卡，USB多通道声卡等应用，用户需要根据需求来选择对应的应用框架进行项目导入

Hi-Res|USB Audio方案​

方案背景​

追求最真实的播放音质是HiFi音频领域不断发展的方向，往往由数字音频转换到模拟声音的时候，需要更高和更多数据量的传输才能更加有效还原真实的模拟声音。在Hi-Res高端播放设备中，需要支持更高采样率类如384KHz/768KHz的传输，才能携带更加丰满的频谱信息，携带更加宽广的动态范围（dynamic range），更高的信噪比（SNR）和失真度（THD）。

由于市面上众多的终端设备类如手机和PC电脑内置的声卡没有集成Hi-Res声卡，使用USB Audio进行扩展声卡将是追求HiFi音频播放的最优选择。 HiFi USB Audio 方案实现USB UAC2.0协议异步传输高清码率音频，实现高达768KHz PCM 和DSD 512音频解码，实现准时的，bit-perfect的音频解析，实现HiFi音频消费者对高保真无损播放设备的需求。

产品形态​

XMOS HiFi声卡产品形态

方案框图​

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方案框图主要包含：

  • XU316最小系统设计

    • 3.3V/1.8V/0.9V供电
    • 24MHz无源晶振起振
    • 16Mbit QSPI Flash用于存储程序

  • 外围设计

    • 45.1584MHz和49.152MHz音频晶振提供给XU316作为时钟参考产生I2S时序对应的BCLK,LRCLK
    • 45.1584MHz和49.152MHz音频晶振同时提供给DAC作为MCLK ( 部分DAC需另外外接一个MCLK时钟 )
    • 提供一路I2S/DSD信号输出给后级DAC解码
    • 提供一路SPDIF信号输出
    • USB接口用于连接USB HOST主机
    • UART: 用于发送音频状态信息，如采样率信息，音频状态指示(框图未标出UART，如需UART可在硬件设计时添加)

接口参数​

  • Audio：

    • Channels: stereo output

    • Sample rate: PCM 768KHz/DSD 512/DOP 256

    • Bit depth: : 32 bit/24 bit/16 bit

    • MQA: Full decorder(MQA设计详细参考文档XMOS_MQA_Design_guide)

  • Interface：

    • S/PDIF: 192KHz/24bit output
    • DSD/I2S

  • Control：

    • DFU/HID

  • OS：Windows/MAC/Android/Linux/IOS (IOS需搭配苹果相机套件使用)

方案评估​

详细方案测试评估可搭配木瓜科技PUXA-XU316-KIT评估板使用，针对Hi-Res方案，可以使用木瓜科技出厂固件Pawpaw_2i0o2xsxxxd_dfu.bin进行初步测试。如需其他需求可联系木瓜科技工程师进行详细评估与支持。

USB专业录音声卡方案​

方案背景​

个人/团队追求高清录音是为了让真实的，美妙的歌声/乐器的声音得以存储和转递，更加真实的声音往往需要更高的声音采样率才能装载更多声音频谱信息。同时，为了达到演唱表演的需要，往往是需要融合更多乐器的声音，个人演唱的声音，和背景音乐的声音。

由于现有的类如电脑和手机的终端设备无法实现更加高清的录音，也没有办法能够同时接入钢琴/吉他，多路高清麦克风，和监听耳机，难以满足音乐爱好者对演唱表演的要求。而使用USB Audio设备进行通过USB进行扩展专业录音声卡将是最优的现在。USB Audio方案能够实现USB UAC2.0协议异步传输，保证了多通道，高码率的（类如10通道192KH）音频传输带宽。并且能够支持MIDI接口，多路模拟麦克风，带监听耳机输出，同时使用混音算法（Mixer）能够融合人声和音乐声音。

产品形态​

product

方案框图​

XMOS的USB专业录音声卡方案中，可以使用XMOS多个芯片平台，如如XU208-128-QF48, 但是现在推荐使用最新的XORE.AI芯片XU316-1024-QF60B-PP24来实现该方案。结合了XU316-1024-QF60B-PP24芯片硬件特性，和外围电路以及其方案的工程固件，能够完善地支持完善的UAC2.0协议和多组多种音频接口，同时确保了时钟低抖动的质量把控，和bit-perfect的质量把控，因此XMOS成为USB专业录音声卡的优秀的方案。

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方案框图主要包含：

  • XU316最小系统设计

    • 3.3V/1.8V/0.9V电源供电
    • 24MHz无源晶振起振
    • 16Mbit QSPI Flash用于存储程序

  • 外围设计

    • 22.5792MHz和24.576MHz音频晶振提供给XU316作为时钟参考产生I2S时序对应的BCLK,LRCLK
    • 22.5792MHz和24.576MHz音频晶振同时提供给AD/DA/CODEC作为MCLK使用
    • 提供一路或者多路I2S接口输入/输出信号用于连接后级AD/DA/CODEC使用
    • 提供MIDI接口用于连接一些电子乐器/midi键盘
    • USB接口用于连接USB HOST主机
    • UART: 用于发送音频状态信息，如采样率信息，音频状态指示(框图未标出UART，如需UART可在硬件设计时添加)

接口参数​

  • Audio：

    • Channels: 2in2out/4in4out/8in8out
    • Mixer(可内部实现最高18进8出数字混音)

  • Sample rate: PCM 192KHz

    • Bit depth: : 32 bit/24 bit/16 bit

  • Interface：

    • S/PDIF: 192KHz/24bit output

    • MIDI IN&OUT

    • ADAT IN&OUT

    • I2S/TDM

  • Control：

    • DFU/HID

  • OS：Windows/MAC/Android/Linux/IOS (IOS需搭配苹果相机套件使用)

方案评估​

详细方案测试评估可搭配木瓜科技PUXA-XU316-KIT评估板使用，针对Hi-Res方案，可以使用木瓜科技出厂固件Pawpaw_2i2o2msxxxx_dfu.bin进行初步测试。如需其他需求可联系木瓜科技工程师进行详细评估与支持。

多通道应用​

方案背景​

在音乐制作的时候，对于一个歌曲的完成，基本没有说乐队一起演奏一起同步录音，因为如果一个人出现偏差，就要全部重来，而且在后期制作的时候所有的乐器都在一起，没有办法做细的调整，这个时候多轨/分轨录音就有非常大的优势，多轨录音通常的做法是录音的时候把每个乐器分轨录进去，分别编辑后再融合在一起混音输出。XMOS USB Audio方案支持最高通道数可达32通道输入和输出，诸如多轨录音采集设备，多路数字调音台，音频测试仪等产品使用XMOS方案将会非常合适。XMOS所能支持的最大通道数以及相对应的最高采样率关系匹配如下图所示:

Edicted by Pawpaw44.1 KHz48 KHz88.2 KHz96 KHz176.4 KHz192 KHz352.8 KHz384 KHz
32bit46422321111055
other bit depth--------

注：XMOS USB2.0协议采用Standard USB2.0，详细参数参考图中上半部分，这里以32bits为例，从图中可以发现在32bits 采样率44.1KHz的时候最高通道数可以达到46通道，但是由于XMOS I/O以及资源的一些限制，目前最高是可以达到32个通道输入和输出。

产品形态​

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方案框图​

image-20220211185003308 方案框图主要包含：

  • XU316最小系统设计

    • 3.3V/1.8V/0.9V电源供电
    • 24MHz无源晶振起振
    • 16Mbit QSPI Flash用于存储程序

  • 外围设计(45.1584M和49.152M音频晶振)

    • 22.5792MHz和24.576MHz音频晶振提供给XU316作为时钟参考产生I2S时序对应的BCLK,LRCLK
    • 22.5792MHz和24.576MHz音频晶振同时提供给AD/DA/CODEC作为MCLK使用
    • 提供一路或者多路I2S/TDM接口输入/输出信号用于连接后级AD/DA/CODEC使用
    • 提供SPDIF/ADAT接口实现同轴/光纤输入和输出(两通道/多轨)
    • USB接口用于连接USB HOST主机

接口参数​

  • Audio：

    • Channels: 8i8o/10i10o....24i24o/32i32o

  • Sample rate: PCM 44.1KHz~192KHz

    • Bit depth: : 32 bit/24 bit/16 bit
    • Mixer(可内部实现最高18进8出数字混音)

  • Interface：

    • MIDI IN&OUT
    • ADAT IN&OUT
    • I2S(可实现8通道输入/输出)
    • TDM(可实现32通道输入/输出)

  • Control：

    • DFU/HID

  • OS：Windows/MAC/Android/Linux

方案评估​

详细方案测试评估可搭配木瓜科技PUXA-XU316-KIT评估板使用，针对Hi-Res方案，可以使用木瓜科技出厂固件Pawpaw_2i8o8xxxxxx_dfu.bin进行初步测试。如需其他需求可联系木瓜科技工程师进行详细评估与支持。

项目导入​

用户已了解熟悉了上述框架，并且已使用PXUA-XU316-KIT评估板进行项目评估之后，跟我司联系并确认最终需求，包括双方需要完成的工作，时间节点等等，项目最终需求确认以后我司会要求双方签订一个NDA协议，该协议是为了保护双方项目重要信息，确保双方利益不受任何损失。为了确保项目的正常启动，项目启动前用户还需了解USB Audio ASIO驱动说明，我司才最终和用户立项进行项目合作关系。

最终用户项目量产前，我司会跟XMOS进行客户项目报备，并且最终我司为用户提供芯片供应服务，由我司销售人员对接。

项目立项启动​

项目初始阶段我司提供XU316-1024-QF60B-PP24主控原理图参考设计，原理图仅包含XU316数字接口及其数字部分的外围电路设计，（严格来讲，需要用户参考我司的XU316硬件设计文档进行原理和PCB, 用户自行根据文档进行检查原理图，如有必要可以向我司申请复审原理图）用户需自行完成模拟部分（ADC /DAC / 运放等）设计以及PCB layout，PCB layout完成后我司提供XU316样机固件给用户烧录到USB Audio项目样机中，以方便用户进行检查项目硬件是否能够正常运转起来，确认硬件运行正常没有问题之后，可将电路板寄给我司工程进行最终调试。