PXVF3500-KIT_硬件使用
概要
PXVF3500-KIT是针对XMOS的XK-VF3500-L33 开发板的硬件升级，优化了硬件设计及布局，更加适合用户直接使用和项目评估。完全兼容XMOS的XK-VF3500-L33 开发板，所用的DSP芯片为XVF3500。XMOS最新更新发布的XVF3500的固件完全适用于PXVF3500-KIT。
PXVF3500-KIT为4麦线条型阵列设备，作为前端信号处理，实现语音增强，可同时输出两路前端处理后的声音信号，且其分别为用于语音识别（ASR，Automatic Speech Recognition ）和用于会议电话（Comms, communication and conferencing）。支持使用USB Audio Class 1协议（UAC1.0）传输音频 ，支持所有流行的操作系统（Windows , MAC, Linux和Android），允许作为USB声卡设备枚举接入操作系统中。
PXVF3500-KIT内置了立体声回音消除（AEC） , 波束程序（BF），噪声抑制（NS）和自动增益（AGC）算法，非常有效地实现在远距离和嘈杂环境提高语音识别率和通话质量。使用USB 接口快速接入各种操作系统，同时配套提供了多套固件，非常适用用户迅速接入语音产品中。
版本
| 产品版本 | 修改 | 发布时间 |
|---|---|---|
| PXVF3500-KIT v1 | 初次发布 | 2018年8月6日 |
特点
前向180度远距离拾音
支持USB Audio Class 1.0 (UAC 1.0)
支持USB Control 调试
线条型（Linear）4路麦克风阵列
支持3.5mm耳机孔作为模拟AEC参考信号
支持3.5mm耳机孔作为USB声卡播放
DSP 算法和特点
Voice Activity Detection(VAD)
Full duplex, stereo, Acoustic Echo Cancellation(AEC)
Beamforming(BF)
Noise Suppression (NS)
Automatic Gain Control (AGC)
规格
XMOS XVF3500 主控，内置4麦阵列算法
4路PDM 数字麦克风： SPH0641LM4H-1
Sensitivity: -26 dBFS (Omnidirectional)
Acoustic overload point: 120 dBSPL
SNR: 64 dBA
供电：USB 5V
尺寸：
86mmx45mm (main board)
110mmx8.2mm (mic board) & 33.3mm 麦克风间距
可选模拟AEC参考信号输入
ADC: ES7243
3.5mm耳机孔
音频传输：
USB UAC 1.0 输入，ASR and Comms
USB UAC 1.0 输出，可选在UAC playback作为AEC 参选信号，3.5mm耳机孔模拟输出
采样率：16KHz/48KHz（默认）
功耗: 5V, 260mA （Max）
硬件概述
- XMOS XVF3500 ：集成了UAC1.0和4 麦阵列算法，包含了立体声回音消除（Steroe AEC） , 波束成形（BF），噪声抑制（NS）和自动增益（AGC）算法
- Micro USB : 提供5V电源，并且传输音频和固件更新，控制和调试
- QSPI Flash：存储XVF3500固件
- DAC ES7154：USB 声卡（UAC1）音频输出解码芯片
- ADC ES7243：选择模拟信号作为AEC参考信号时，转I2S数字信号给XVF3500(可选项)
- XMOS XTAG：XMOS专用调试工具XA-XTAG接口
- Line-out Phone-jack：DAC的芯片的line-out 3.5mm耳机孔
- LIne-in Phone-jack：ADC芯片的Line-in 3.5mm耳机孔
- MIC0~4：PDM 数字麦克风，线条型等距（33.3mm）分布
- FPC interface: 通过FPC线把XVF3500的4路麦克风扩展出一个独立麦板
- Buffer logic IC: PDM 麦克风data和CLK pin驱动能力加强和MUTE控制
系统连接框图
尺寸
应用场合
- 视频通话（Comms）
- 机顶盒（ASR）
- Soundbar（ASR）
- 智能电视（ASR）
开始
第一个Demo
通常情况下，用户拿到PXVF3500-KIT PCBA板后，建议先在Windows系统做初步使用和认证。使用Micro USB 数据线来连接PXVF3500-KIT和Windows系统电脑，需要做初步设置和确认。
声卡设备设置
确认Windows设备管理器已经成功枚举了PXVF3500-KIT，并且打开声音控制面板进行设置
确认设备管理器->音频输入和输出是否存在
XMOS VoclalFusion St(uac1.0)是否成功枚举，PXVF3500-KIT作为USB Audio Class 1.0设备
关于XMOS Control可以在后面需要调试时在安装驱动，初次使用时可以先跳过
在声音界面进行设置和确认
1，在播放栏项，设置XMOS VoclalFusion St(UAC1.0)为默认设备
2，在录制栏项，设置XMOS VoclalFusion St(UAC1.0)为默认设备
3，同时确认播放和录制栏项的音频格式设置为一致，如16bit ，16000KHz或者16bit 48000KHz
Demo 和录音
使用Audacity第三方开源录音软件在Windows系统进行录音设置，运行Audacity进行录音。
PXVF3500-KIT出厂默认固件为USB输入8ch 16kHz采样率处理后的声源，其中ch0为Comms信号，ch1为ASR信号ch[2-5]为mic[0-3] 麦克风的原始信号，ch[6-7]为回音消除的立体声参考信号。
在通常的操作系统中，系统都会默认使用ch0作为ASR或者Comms来当作麦克风输入，所以PXVF3500-KIT输入8ch并不会影响实际上的使用。
在其他操作系统如MAC OSX和Linux操作系统，Demo和录音的用法跟Windows类似。
固件和DFU升级
如果PXVF3500-KIT的出厂默认固件满足不了用户的配置需求，可以在Firmware中选择其他配套的固件，使用USB数据线连接PC电脑，使用配套提供的DFU(Device Firmware Update)工具进行更新固件。
安装驱动
Windows系统：
PXVF3500-KIT在操作系统中都能识别成XMOS VoclalFusion St(uac1.0)作为声卡输入输出，而Windows系统中的设备管理器显示的XMOS Control需要安装USB驱动，才能使用XMOS提供的dfu_usb工具进行升级和使用vfcrtol_usb工具进行DSP 参数控制。推荐使用第三方工具zadig进行安装XMOS Control的USB驱动。
运行zadig，
- 在列表中选择 XMOS Control (Interface 3)
- 然后选择 libusb-win32
- 点击 Reinstall Driver
- 安装完成了后，则会出现类似如下图片显示
Linux系统：不需要安装驱动
Mac 系统：不需要安装驱动
固件列表
PXVF3500-KIT进行过两次版本迭代，保留旧款评估板固件资料，如有需要，用户务必针对评估板版本以及对应硬件版本固件进行升级测试，请勿交叉升级，交叉错误升级会导致设备出错。下面是版本区别：
| 版本型号 | USB接口 | FLASH | 其他说明 |
|---|---|---|---|
| PXVF3500-KIT（v1.0） | Micro USB | GD2525Q16 | 2021年1月停产，保留版本固件 |
| PXVF3500-KIT（v2.0） | USB Type-C | XT25F16B | 2021年6月硬件版本迭代，发行v2.0版本 |
固件之间的区别请参考下表：
- Version 2.0
- Version 1.0
本固件适用于新版本的PXVF3500-KIT（v2.0）
| Firmware | ch0 | ch1 | 采样率 | Description |
|---|---|---|---|---|
| app_vf_stereo_base_usb_1i1o2_16K_V306.dfu | Comms | - | 16000Hz | Comms output |
| app_vf_stereo_base_usb_1i1o2_ASR_16K_V304.dfu | ASR | - | 16000Hz | ASR output |
| app_vf_stereo_base_usb_1i2o2_16K.dfu | Comms | ASR | 16000Hz | ch0:Comms; ch1:ASR |
| app_vf_stereo_base_usb_1i2o2_48k_V302.dfu | Comms | ASR | 48000Hz | ch0:Comms; ch1:ASR |
| app_vf_stereo_base_usb_1i8o2_16K_V301.dfu | Comms | ASR | 48000Hz | default firmware ch0:Comms; ch1:ASR; ch2:mic0; ch3:mic1; ch4:mic2; ch5: mic3 ch6: aec_ref_l;ch7: ace_ref_r |
| app_vf_stereo_base_usb_1i8o2_16K_V501_doaTX_1J_9600.dfu | Comms | ASR | 16000Hz | ch0:Comms; ch1:ASR; ch2:mic0; ch3:mic1; ch4:mic2; ch5: mic3 ch6: aec_ref_l;ch7: ace_ref_r;DOA Serial Output: TX_IO: Tile2 pin:1J Baud rate 9600 |
| app_vf_stereo_base_usb_1i8o2_16K_analog_ref_commout_dfu_v307.bin | Comms | ASR | 16000Hz | I2s reference for AEC(J2),i2s output Comms and ASR(J1) ch0:Comms; ch1:ASR; ch2:mic0; ch3:mic1; ch4:mic2; ch5: mic3 ch6: aec_ref_l;ch7: ace_ref_r |
本固件适用于旧版本的PXVF3500-KIT（v1.0）
这里配套提供了7个固件，主要是USB的音频的通道数，算法方向和采样率作为区别，参考下表。
| Firmware | ch0 | ch1 | 采样率 | Description |
|---|---|---|---|---|
| app_vf_stereo_base_usb_1i1o2.dfu | Comms | - | 16000Hz | Comms output |
| app_vf_stereo_base_usb_1i1o2_asr.dfu | ASR | - | 16000Hz | ASR output |
| app_vf_stereo_base_usb_1i1o2_48k.dfu | ASR | - | 48000Hz | 48kHz Comms output |
| app_vf_stereo_base_usb_1i2o2.dfu | Comms | ASR | 16000Hz | ch0:ASR; ch1:Comms |
| app_vf_stereo_base_usb_1i2o2_48k.dfu | Comms | ASR | 48000Hz | ch0:ASR; ch1:Comms |
| app_vf_stereo_base_usb_1i8o2.dfu | Comms | ASR | 16000Hz | default firmware ch0:Comms; ch1:ASR; ch2:mic0; ch3:mic1; ch4:mic2; ch5: mic3 ch6: aec_ref_l;ch7: ace_ref_r |
| app_vf_stereo_base_usb_1i8o2_analog_ref.dfu | ASR | ASR | 16000Hz | ch0:Comms; ch1:ASR; ch2:mic0; ch3:mic1; ch4:mic2; ch5: mic3 ch6: aec_ref_l;ch7: ace_ref_r |
DFU升级
Windows系统：
PXVF3500-KIT的使用USB进行DFU升级的工具为dfu_usb.exe，打开cmd命令行终端工具，cd进入pvf3500/xvf3500_dfu文件夹，键入如下指令或者或者复制其中对于固件的指令进行运行。
dfu_usb write_upgrade ../firmware/app_vf_stereo_base_usb_1i1o2.dfu
执行完之后，打印出一下信息说明固件DFU升级成功
Attempting to connect via USB: connected
Sending file size: 0x38800 padded to 0x38800
Written bytes: 0x38800
done
其他操作系统如Mac OS和Linux的使用Terminal，键入指令和打印的内容一致。DFU升级成功后，需要对板子重启或者重新上电
dfu_usb reboot
在通常情况下，在windows系统DFU升级成功后，PXVF3500-KIT会遇到无法录制使用，问题可以在FAQ:Q1找到答案
DSP control 在线调试
上文提供的所有固件都是使用XMOS Vocal Fusion默认的DSP参数，其实PXVF3500-KIT也支持在线调试麦克风阵列DSP 算法参数。使用DSP Control工具为vfctrol_usb（exe）。在进行在线调试工作前，建议用户认真阅读XMOS的文档资料[XVF3500 DSP Databrief.pdf](../../asserts/pxvf3500/doc/XVF3500 DSP Databrief.pdf)。足够了解麦克风阵列相关算法名称和DSP 参数，才方便进行在线调试。并且下文描述内容跟XMOS提供的文档一致。
以下内容已经假设用户对麦克风阵列的DSP算法，已经有一定的了解，或者根据文档自行了解熟悉，并且了解其DSP参数和数值
Acoustic Echo Cancellation (AEC)
Beamforming(BF)
Voice Activity Detection (VAD)
Noise Suppression (NS)
Automatic Gain Control (AGC)
在线调试
windows系统
确保PXVF3500-KIT在设备管理器中的XMOS Control驱动已经安装（仅windows系统需要）
windows系统，运行cmd，并且cd进入pxvf3500/xvf3500_control，键入类似指令以运行vfctrol_usb，便可进行在线调试
vfctrl_usb MIN_NS
打印输出的信息如下：
MIN_NS:0.15
其他操作操作系统运行Terminal终端，但是同时需要提前编译出vfctrol_usb工具，进行同样的操作即可。cd进入路径pxvf3500/xvf3500_control/host/control。
Mac OS:
make -f Makefile.OSX
LInux:
make -f Makefile.Linux64
Raspberry Pi
make -f Makefile.Pi
XVF3500里面有很多DSP参数可配置，用户根据[XVF3500_DSP_Databrief.pdf](../../asserts/pxvf3500/doc/XVF3500 DSP Databrief.pdf ) 的介绍，可以实现通过USB HID（XMOS Control）进行在线调试参数
在线调试的参数仅存在XVF3500 RAM内存中， 断电即复位为默认值，如确实需要保存已调试的参数到flash中，需要生成DFU配置固件。
资源下载
PXVF3500-KIT.zip全部的资料(点击下载)
支持和商务
PXVF3500-KIT支持PCBA定制服务，提供批量PCBA和芯片供应服务。
任何的技术支持和商务合作，可以直接邮箱联系我们：mic@pawpaw.cn，或者访问www.pawpaw.cn了解更多。
FAQ
Q1: DFU更新完之后，在windows操作系统下使用audacity录制出错的原因
出现该问题仅是在Windows系统，其他操作系统Mac和Linux并不会存在这个情况。由于windows系统对声卡有记忆功能，DFU固件了后，可能改变了与之前声卡的记忆，导致了使用第三方软件如audacity无法录制音频，这时需要使用usbdeview进行删除Windows的对声卡的记忆。
USB连上PXVF3500-KIT和windows PC，运行usbdeview，点击Connected栏项以列出XVF3500相关枚举情况；逐一选择XVF3500的枚举，右击后出现新的界面；选择Uninstall Selected Devices进行删除Windows的声卡的记忆；重新上电即可。
Q2：dfu_usb和vfctrl_usb显示could not find device和无法使用的原因？
确保USB连接了PXVF3500-KIT和PC，并且确保已经使用了zadig进行安装了XMOS Control的驱动。如果问题仍出现，尝试确认一下XMOS Control是否已经枚举，亦或者卸载XMOS Control驱动，并且使用zadig重新按照。
Q3: 有提供例程连接语音识别平台吗？
抱歉，这方面我们没有提供例程，类似Alexa和Aliyun等语音识别API，我们没有办法提供相关例程。