reSpeaker XVF3800 USB オーディオブリッジ with XIAO ESP32S3
概要
このプロジェクトは、reSpeaker XVF3800 に接続された ESP32-S3 USB オーディオ & コントロールブリッジ向け Arduino ファームウェアを提供します。1 本のネイティブ USB 接続で、ステレオキャプチャ、ステレオ再生、および I2C 経由で reSpeaker XVF3800 を制御する CDC シリアルインターフェースを提供します。
ファームウェアの特長
- フルスピード USB 上での USB Audio Class 1 (UAC1) キャプチャおよび再生。
- ステレオ符号付き 32 ビットリトルエンディアン PCM、および 32 ビット Philips I2S スロット。
- 16 kHz または 48 kHz 動作と I2S クロックソースをコンパイル時に選択可能。
- USB キャプチャと再生を同時に実行。USB と I2S は同じ公称サンプルレートを使用。
- 再生バッファリングとソフトウェアクロックドリフト補正、ホスト側 USB ボリュームおよびミュート制御（マスターおよび各チャンネル個別）。
- 再生ボリューム処理やソフトウェアリサンプリングを行わないキャプチャ。
- USB CDC コマンドを reSpeaker XVF3800 の I2C 制御インターフェースへ転送し、Python ホストユーティリティおよび読み取り専用のオーディオ/USB 診断を提供。
- ESP32-S3 のハードウェア FIFO 制約内にデュプレックスオーディオと CDC を収める、プロジェクトローカルな TinyUSB DWC2 ドライバと USB ディスクリプタ。
オーディオモード
bridge_config.h 内の BRIDGE_MODE を設定し、スケッチ全体を再ビルドします。マクロ名の Master と Slave は reSpeaker XVF3800 の役割を表します。 ESP32-S3 はその逆の役割を使用します。
| モード | サンプルレート | reSpeaker の役割 | ESP32-S3 の役割 | クロックソース |
|---|---|---|---|---|
BRIDGE_I2S_MASTER_48K | 48 kHz | Master | Slave | reSpeaker |
BRIDGE_I2S_MASTER_16K | 16 kHz | Master | Slave | reSpeaker |
BRIDGE_I2S_SLAVE_16K | 16 kHz | Slave | Master | ESP32-S3 |
reSpeaker XVF3800 は、対応するサンプルレートと I2S 役割に合わせて構成されたファームウェアで動作している必要があります。ブリッジは reSpeaker を構成したり書き込んだりしません。モード選択には再コンパイルが必要であり、実行時のレート切り替えや 16/48 kHz 変換はありません。
必要なもの
- ネイティブ USB を備えた ESP32-S3 ボード。提供されているプロファイルは Seeed Studio XIAO ESP32S3 を対象としています。
- Espressif ボードパッケージが利用可能な Arduino IDE または Arduino CLI。
- Arduino-ESP32 3.3.11。
別途 USB オーディオライブラリを用意する必要はありません。ピン留めされたコアバージョンを使用してください。ローカルの USB ドライバオーバーライドとディスクリプタは、その TinyUSB 実装に依存しています。
ビルド設定（Arduino IDE）
reSpeaker_ESP32S3_USB_BRIDGE.ino を開き、Arduino-ESP32 3.3.11 をインストール/選択し、次の設定を使用します：
| 設定項目 | 値 |
|---|---|
| Board | Seeed Studio XIAO_ESP32S3 |
| USB Mode | USB-OTG (TinyUSB) |
| USB CDC On Boot | Disabled |
| Upload Mode | USB-OTG CDC (TinyUSB) |
| USB Firmware MSC On Boot | Disabled |
| USB DFU On Boot | Disabled |
| CPU Frequency | 240 MHz |
| PSRAM | Disabled |
まとめると：USB Mode = USB-OTG (TinyUSB); CDC/MSC/DFU On Boot = Disabled; CPU = 240 MHz; PSRAM = Disabled.
このファームウェアは独自の CDC インターフェースを作成するため、CDC On Boot は無効のままにしておく必要があります。ピン留めされた CLI プロファイルでは、CDCOnBoot=cdc が Disabled に対応します。スケッチはこれら 3 つの USB 設定をコンパイル時にチェックします。Upload Mode は、コアが別個のアップロードモードマクロを定義していないため、ARDUINO_FQBN を通じてチェックされます。CLI プロファイルは、1200 ボーのリセットを要求しダウンロードポートを待機するために、明示的に UploadMode=cdc を選択します。
Verify を選択してコンパイルし、その後 Upload を実行します。
ダウンロードとインストール
- GitHub からファームウェアをダウンロードします：reSpeaker_ESP32S3_USB_BRIDGE。
- ダウンロードしたリポジトリの内容をすべて、新しいフォルダ
Documents\Arduino\reSpeaker_ESP32S3_USB_BRIDGEにコピーします。.ino、ヘッダ、.cppファイル、sketch.yaml、host\、src\、docsを含むすべてのファイルをコピーしてください。.inoファイルだけをコピーするのは不十分です。 - 新しいフォルダ内の
bridge_config.hを編集し、16 kHz モードを選択します。次のいずれかを使用している場合：
// #define BRIDGE_MODE BRIDGE_I2S_MASTER_48K
#define BRIDGE_MODE BRIDGE_I2S_SLAVE_16K
- Arduino IDE で File > Sketchbook > reSpeaker_ESP32S3_USB_BRIDGE を開きます（フォルダ名は
.inoと一致しています）。
USB 列挙の確認
USB ケーブルを一度抜き、再接続します。次のデバイスが表示されるはずです：
- CDC シリアルポート（例：Windows では
COM5）— これは制御ポートです。 BRIDGE I2S Slave 16kという名前のオーディオデバイス（ステレオ、32 ビット、16 kHz 入出力）。
続行する前に、シリアルモニタなど、そのポートを使用しているプログラムをすべて閉じてください。
制御側の確認（ホストツール）
リポジトリから host フォルダに入り、依存関係をインストールします：
cd host
python -m venv .venv
.venv\Scripts\activate.bat
python -m pip install -r requirements.txt
python bridge_host.py --list-ports
python bridge_host.py --port COMx --ping
python bridge_host.py --port COMx VERSION
COMx の x を実際の COM ポート番号に置き換えてください。Linux または macOS では、source .venv/bin/activate で仮想環境を有効化し、COMx の代わりに /dev/ttyACM0 や /dev/cu.usbmodemXXXX のようなパスを使用します。
期待される結果
オーディオテスト
- 再生: ステレオ 32 ビット 16 kHz の WAV ファイルを
BRIDGE I2S Slave 16k出力に再生します。音声は reSpeaker のコーデック/スピーカーから出力されるはずです。 - キャプチャ: 16 kHz ステレオ 32 ビットオーディオを入力から録音します。
参考 Audacity スナップショット
リソース
- reSpeaker_ESP32S3_USB_BRIDGE ファームウェア（GitHub）
README.md— ファームウェア概要、オーディオモード、ビルド手順。PLAYBACK.md— オーディオ配線、再生バッファリング、診断、およびオーディオ/USB ステータス。CONTROL.md— I2C 配線、Python ホストユーティリティ、および CDC シリアルプロトコル。
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