Ponte de Áudio USB reSpeaker XVF3800 com XIAO ESP32S3

Visão geral

Este projeto fornece firmware Arduino para uma ponte de áudio e controle USB com ESP32-S3 conectada a um reSpeaker XVF3800. Uma única conexão USB nativa fornece captura estéreo, reprodução estéreo e uma interface serial CDC para controle do reSpeaker XVF3800 via I2C.

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Recursos do firmware

• Captura e reprodução USB Audio Class 1 (UAC1) via USB Full-Speed.
• PCM estéreo assinado de 32 bits little-endian, com slots I2S Philips de 32 bits.
• Seleção em tempo de compilação de operação em 16 kHz ou 48 kHz e da fonte de clock I2S.
• Captura e reprodução USB simultâneas. USB e I2S usam a mesma taxa de amostragem nominal.
• Bufferização de reprodução e correção de desvio de clock por software, com controles de volume e mute do host USB para o canal mestre e canais individuais.
• Captura sem processamento de volume de reprodução ou reamostragem por software.
• Comandos USB CDC encaminhados para a interface de controle I2C do reSpeaker XVF3800, com um utilitário de host em Python e diagnósticos de áudio/USB somente leitura.
• Um driver TinyUSB DWC2 local ao projeto e descritores USB que encaixam áudio duplex e CDC no orçamento de FIFO de hardware do ESP32-S3.

Modos de áudio

Defina BRIDGE_MODE em bridge_config.h e então reconstrua o sketch completo. Master e Slave nos nomes das macros descrevem o papel do reSpeaker XVF3800. O ESP32-S3 usa o papel oposto.

Modo	Taxa de amostragem	Papel do reSpeaker	Papel do ESP32-S3	Fonte de clock
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

O reSpeaker XVF3800 deve executar um firmware configurado para a taxa de amostragem e o papel I2S correspondentes. A ponte não configura nem grava firmware no reSpeaker. A seleção de modo requer recompilação; não há troca de taxa em tempo de execução nem conversão entre 16/48 kHz.

Requisitos

• Uma placa ESP32-S3 com USB nativo; o perfil fornecido é direcionado ao Seeed Studio XIAO ESP32S3.
• Arduino IDE ou Arduino CLI com o pacote de placas Espressif disponível.
• Arduino-ESP32 3.3.11.

Nenhuma biblioteca USB de áudio separada é necessária. Use a versão fixada do core: a substituição local do driver USB e os descritores dependem da implementação TinyUSB dele.

Configurações de compilação (Arduino IDE)

Abra reSpeaker_ESP32S3_USB_BRIDGE.ino, instale/selecione Arduino-ESP32 3.3.11 e use estas configurações:

Configuração	Valor
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

Resumindo: USB Mode = USB-OTG (TinyUSB); CDC/MSC/DFU On Boot = Disabled; CPU = 240 MHz; PSRAM = Disabled.

O firmware cria sua própria interface CDC, portanto CDC On Boot deve permanecer desativado. No perfil CLI fixado, CDCOnBoot=cdc corresponde a Disabled. O sketch verifica essas três configurações USB em tempo de compilação. O Upload Mode é verificado por meio de ARDUINO_FQBN, porque o core não define uma macro separada para o modo de upload. O perfil CLI seleciona explicitamente UploadMode=cdc para solicitar o reset a 1200 baud e aguardar a porta de download.

Selecione Verify para compilar e depois Upload.

Download e instalação

1. Baixe o firmware no GitHub: reSpeaker_ESP32S3_USB_BRIDGE.
2. Copie todo o conteúdo do repositório baixado para uma nova pasta Documents\Arduino\reSpeaker_ESP32S3_USB_BRIDGE. Inclua todos os arquivos: o .ino, headers, arquivos .cpp, sketch.yaml, host\, src\ e docs. Copiar apenas o arquivo .ino é insuficiente.
3. Edite bridge_config.h na nova pasta para selecionar o modo de 16 kHz, se você estiver usando:

// #define BRIDGE_MODE BRIDGE_I2S_MASTER_48K
#define BRIDGE_MODE BRIDGE_I2S_SLAVE_16K

4. No Arduino IDE, abra File > Sketchbook > reSpeaker_ESP32S3_USB_BRIDGE (o nome da pasta agora corresponde ao do .ino).

Verificar enumeração USB

Desconecte e reconecte o cabo USB. Você deverá ver:

• Uma porta serial CDC (por exemplo, COM5 no Windows) — esta é a porta de controle.
• Um dispositivo de áudio chamado BRIDGE I2S Slave 16k (estéreo, 32 bits, 16 kHz de entrada e saída).

Feche qualquer programa (como um monitor serial) que esteja mantendo a porta ocupada antes de continuar.

Verificar o lado de controle (ferramenta de host)

A partir do repositório, entre na pasta host e instale a dependência:

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

Substitua x em COMx pelo número real da sua porta COM. No Linux ou macOS, ative o ambiente virtual com source .venv/bin/activate e use um caminho como /dev/ttyACM0 ou /dev/cu.usbmodemXXXX em vez de COMx.

Resultados esperados

Testar áudio

• Reprodução: reproduza um arquivo WAV estéreo de 32 bits a 16 kHz na saída BRIDGE I2S Slave 16k; o som deve sair do codec/alto-falante do reSpeaker.
• Captura: grave áudio estéreo de 32 bits a 16 kHz a partir da entrada dele.

Snapshot de referência do Audacity

Recursos

• Firmware reSpeaker_ESP32S3_USB_BRIDGE (GitHub)
• README.md — visão geral do firmware, modos de áudio e instruções de compilação.
• PLAYBACK.md — fiação de áudio, bufferização de reprodução, diagnósticos e status de áudio/USB.
• CONTROL.md — fiação I2C, utilitário de host em Python e protocolo serial CDC.

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