RDK S100 音频子板入门¶

课程定位： 在 RDK S100 上完成 Audio Driver HAT REV2 音频子板的安装、驱动加载、设备识别、录音与播放验证，并掌握 8 通道录音与回采（AEC 参考信号）的进阶用法。

适用硬件： RDK S100

系统版本： RDK OS（S100）

配套资料： 视频讲解（录制中）/ 本讲义 / 官方音频文档

给机器人加上「听」和「说」的能力，最常用的方案就是一块 40pin 音频子板。在 RDK S100 上接音频子板时，新用户最容易卡住的不是命令，而是三件事：装了子板但系统里没有声卡；分不清录音和播放各自该用哪个设备号；想让算法拿到「喇叭实际播了什么」却不知道回采藏在哪。本课按照「先侦察 → 再操作 → 最后验证」的顺序，把音频子板在 S100 上完整跑通一遍。

1. 学习目标¶

完成本课后，你将能够：

说出子板上三颗芯片各自的职责（2× ES7210 录音、1× ES8156 播放）
正确完成 40pin 物理连接与拨码开关切换（40 PIN 拨码左拨、PCM 拨码右拨）
用 modprobe 加载音频驱动，并通过 cat /proc/asound/cards、ls /dev/snd/ 确认声卡 s100snd2 注册成功
用 arecord / aplay 完成一次「录音 → 播放」闭环，并说清录音 hw:0,0、播放 hw:0,1 的设备号方向
用 amixer 查询和调整播放音量
完成 8 通道录音，定位通道 7/8 的回采信号并用 Audacity 验证
排查「没声卡 / 打不开设备 / 没声音」三类常见问题

2. 准备材料¶

物料	数量	说明
RDK S100	1	已烧录系统，可通过 SSH 访问
微雪 Audio Driver HAT REV2	1	40pin 接入；2× ES7210 + 1× ES8156
耳机或喇叭	1	接子板 3.5mm 接口
（可选）模拟麦克风	4	用于麦克风阵列通道

3. 音频系统全景：三条侦察命令¶

S100 的音频模块基于标准 ALSA 框架实现，用户空间直接使用 alsa-lib 提供的 arecord / aplay / amixer 等工具测试。每一次录音和播放，最终都落到 ALSA 管理的三个层次上：

声卡（Card）      —— 一块物理音频硬件 = 一个序号
  └─ PCM 设备（Device） —— 卡上的功能端点，分播放与录音
       └─ 设备节点（Node） —— /dev/snd/ 下的文件，程序实际打开的东西

举例：pcmC0D0c 的意思是「声卡 0、PCM 设备 0 的录音端点」（c = capture，p = playback）。理解这个命名规则，后面的命令参数就不再是玄学。

在动任何配置之前，先记住这三条命令，本课每一段都会用到：

# 1. 看系统里注册了哪些声卡（最重要的一条）
cat /proc/asound/cards

# 2. 看用户空间的设备节点
ls /dev/snd/

# 3. 看录音/播放设备列表
arecord -l
aplay -l

侦察的意义： 你操作 -D hw:X,Y 参数时，X 就是 cat /proc/asound/cards 里的声卡序号，Y 就是 arecord -l / aplay -l 里的设备号。先侦察再操作，参数永远有据可查。

设备号方向：S100 的录音在前、播放在后¶

接好子板、加载驱动后，S100 会注册出一张声卡，包含两个 PCM 端点：

设备节点	含义	hw 参数	用途
`pcmC0D0c`	声卡 0 · 设备 0 · 录音	`hw:0,0`	`arecord` 录音
`pcmC0D1p`	声卡 0 · 设备 1 · 播放	`hw:0,1`	`aplay` 播放

注意这个方向：录音在 hw:0,0，播放在 hw:0,1。很多教程默认「0,0 是播放」，在 S100 上直接照搬就会报「打不开设备」。别背结论——每次先看 ls /dev/snd/ 里节点名末尾的 c 和 p，方向永远不会错。

4. 认识音频子板：两颗录音 Codec + 一颗播放 Codec¶

本课使用的子板是微雪电子的 Audio Driver HAT REV2，通过 40pin 与 S100 开发板连接。板上的音频芯片分两组：

芯片	数量	I2C 地址	职责	通道
ES7210	2 颗	0x40 / 0x42	录音	最多 8 通道：4 路模拟麦克风 + 2 路 AEC 回采
ES8156	1 颗	0x8	播放	2 通道，接耳机或喇叭

记住这个分工，后面所有现象都能对上：

录音走 ES7210，所以 8 通道录音、麦克风阵列、回采都发生在录音设备上；
播放走 ES8156，只有 2 通道，接耳机或者喇叭出声；
4 路模拟麦克风拾音，2 路回采「喇叭实际播出的信号」——后者就是回声消除算法要的参考信号。

5. 硬件安装：40pin 连接与拨码开关¶

5.1 物理连接¶

断电状态下，将子板对准 S100 的 40pin header 接入，注意方向对齐、插紧。

5.2 拨码开关：引脚功能切换¶

关键：S100 的 40pin 上，PCM 音频引脚与 PCIE 的 Wi-Fi 模组引脚是复用的。 硬件上通过拨码开关决定这组引脚当前给谁用。接音频子板前，必须把拨码切到 PCM 一侧：

上面的 40 PIN 拨码  →  左拨
下面的 PCM 拨码     →  右拨

两个开关都要动，只拨一个引脚功能没有完成切换。

拨错了会怎样？ 引脚还连在 Wi-Fi 模组一侧，子板物理上插着、电路上却不通——驱动加载正常，声卡也可能不出现或录音全零。排查「子板装了但没反应」，第一步永远是检查拨码。

6. 驱动加载与设备识别¶

6.1 加载驱动¶

S100 的声卡模块默认以内核模块（ko）形式存在，动态加载：

modprobe hobot_cpudai_super
modprobe snd-soc-es8156
modprobe snd-soc-es7210
modprobe hobot_snd_super_ac_fdx_host

四条对应驱动链路的四段：CPU DAI（I2S 控制器）→ 播放 Codec → 录音 Codec → 声卡装配。最后一条执行完，声卡才算组装完成。

6.2 侦察验证¶

# 1. 声卡列表：出现 s100snd2 = 加载成功
root@ubuntu:~# cat /proc/asound/cards
 0 [s100snd2       ]: s100snd2 - s100snd2
                      s100snd2

# 2. 设备节点：一录一放一控制
root@ubuntu:~# ls /dev/snd/
controlC0  pcmC0D0c  pcmC0D1p  timer

对照第 3 节的方向表：pcmC0D0c → 录音 hw:0,0；pcmC0D1p → 播放 hw:0,1。

7. 录音与播放：最简闭环¶

7.1 录音¶

# 录 5 秒，48kHz / 2ch / 16bit，保存为 wav
arecord -Dhw:0,0 -c 2 -r 48000 -f S16_LE -t wav -d 5 test.wav

参数逐个对应：-D hw:0,0 设备（侦察结果）、-c 2 声道数、-r 48000 采样率、-f S16_LE 样本格式、-t wav 文件类型、-d 5 录制秒数。数据格式可按需求调整。

7.2 播放¶

aplay -Dhw:0,1 test.wav

aplay 会解析 wav 文件头获取格式并写入驱动，所以播放命令不需要重复指定声道/采样率。

成功标准： 录制时终端输出 Recording WAVE ... 且无报错；播放时耳机/喇叭里清楚听到刚才录下的声音。

为什么用 16bit（S16_LE）录制？

如果按 24bit（S24_LE）录制，板端 aplay 回放正常，但把文件下载到电脑播放很可能全是噪声：ALSA 的 S24_LE 是「24bit 装在 32bit 容器里」（每样本 4 字节），而 WAV 标准的 24bit 是每样本 3 字节。arecord 写出的文件头标 24bit、数据却是 4 字节/样本，电脑播放器按 3 字节切数据就整体错位。板端往返自洽，不代表文件本身标准。录制 16bit（S16_LE）即可——板端、电脑端都正常。

7.3 音量控制（amixer）¶

# 查询当前 codec 的所有控制项及取值
amixer scontrols
amixer scontents

# 调整播放音量（以 DAC 控制项为例）
amixer sset 'DAC' 120
amixer sget 'DAC'

调整前同样先确认目标声卡——多声卡场景下用 amixer -c 0 ... 指定卡号，避免改错卡。

8. 进阶：8 通道录音与回采¶

8.1 回采是什么、为什么需要它¶

回采（loopback）是把「播放通道的信号」同步采回来，作为参考信号供回声消除（AEC）等算法使用。在这块子板上，回采信号映射在录音通道 7 和 8。

通道	用途
ch1–ch4	4 路模拟麦克风
ch7–ch8	播放回采参考信号

8.2 8 通道录音¶

arecord -Dhw:0,0 -c 8 -r 48000 -f S16_LE -t wav -d 5 ./8chn_test.wav --period-size=256 --buffer-size=1024

注意 --period-size：S100 的 PDMA 驱动要求数据大小满足 64 字节对齐，period-size 的设置值必须满足这个对齐要求，否则无法正常工作。

8.3 录放同步验证回采¶

回采录的是「播放通道的信号」，所以要边播边录，并保持同一个 I2S 上通道数、位深、采样率对齐（这块子板根据拨码开关固定了一路 I2S）：

# 终端 A：开启 8 通道录音（时间留足，方便切到终端 B）
arecord -Dhw:0,0 -c 8 -r 48000 -f S16_LE -t wav -d 30 ./8chn_capture.wav --period-size=256 --buffer-size=1024

# 终端 B：同时播放格式对齐的音频（如自制的 1kHz 正弦波）
aplay -Dhw:0,1 1khz.wav --period-size=1024 --buffer-size=1024

录制完成后，用 Audacity 等音频分析软件打开 8chn_capture.wav：

ch1–ch4 出现麦克风拾到的声音 → 麦克风通路正常；
ch7–ch8 出现与播放内容一致的 1kHz 频谱 → 回采功能正常。

成功标准： 8 通道文件生成；对着麦克风说话时 ch1–ch4 有波形，播放时 ch7–ch8 有对应信号。

9. 常见问题排查¶

Q1：子板装了，cat /proc/asound/cards 里没有 s100snd2？

按顺序查三件事：① 拨码开关——40 PIN 拨码是否左拨、PCM 拨码是否右拨；② 四条 modprobe 是否都执行且无报错；③ dmesg 里有无 codec/I2S probe 失败信息。

Q2：打开设备节点报错？

cannot open device ... No such file or directory：驱动没加载成功或 card/device 号写错，回到侦察命令；
cannot set hw params: Unknown error -22：参数超出驱动支持范围（采样率/位宽/通道数的交集），改回支持的取值；
打开节点卡住、无任何日志：ALSA 允许单个设备同一时刻只打开一次，检查是否有上一个进程没退出。

Q3：命令执行成功但没有声音？

按顺序查：① 目标声卡号对不对（重新侦察）；② 播放设备号是否用了 hw:0,1（不是 0,0）；③ 音量是否被 amixer 调到 0；④ 播放文件格式与设备能力是否匹配。

Q4：录音/播放出现「呲呲」或断续杂音？

大概率发生了 xrun（播放侧 underrun / 录音侧 overrun：应用读写速度跟不上硬件）。可尝试调大 period-size、把录音文件写到更快的存储上排查 IO 瓶颈；频发且无法恢复时需进一步定位驱动或应用实现。

Q5：pcm_read/pcm_write 返回 -5 / -32 / -16 是什么意思？

-5：DMA 或中断异常（检查寄存器配置与硬件链接）；-32：发生 xrun；-16：录音过程中时钟断掉或硬件连接中断（S100 做 slave 时）。

10. 总结¶

一图收束本课主线：

硬件就位（40pin 对齐插紧 + 拨码切换：40PIN 左拨 / PCM 右拨）
   ↓
驱动加载（modprobe ×4 → s100snd2 出现在 cards）
   ↓ 侦察（cards → /dev/snd → 确认 D0c 录音 / D1p 播放）
录放闭环（arecord hw:0,0 → aplay hw:0,1）
   ↓
进阶回采（8ch 录音，ch7/8 = 播放参考信号，格式对齐）
   ↓
验证（耳朵听到 + Audacity 看到各通道波形）

一块子板三颗芯片： 2× ES7210 管录音（8ch 含回采），1× ES8156 管播放（2ch）；
引脚复用是 S100 的特色坑： 拨码决定 40pin 上的引脚给音频还是给 Wi-Fi；
参数有据可查： period-size 记住 64 字节对齐；录音 hw:0,0、播放 hw:0,1 以 ls /dev/snd/ 为准。

拓展练习： 用 8 通道录音同时录下「麦克风说话 + 喇叭播放音乐」，在 Audacity 里对比 ch1–ch4 与 ch7–ch8 的波形差异，直观理解 AEC 参考信号的意义。

11. 参考链接¶

RDK S100 音频使用指南（官方文档 · 音频应用）（arecord/aplay 参数、功能测试、音频回采测试的原始出处）
RDK S100 音频调试指南（官方文档 · 驱动开发）（驱动加载、拨码开关、xrun 与错误码排查的原始出处）
微雪 Audio Driver HAT 产品页