🏧 🙇🏽 🙃 YM3812上的USB声卡 🤾🏾 🏩 😘

我喜欢旧电脑游戏。我爱旧铁，但还不足以在家中收藏。另一件事是选择一些旧的芯片，然后尝试自己复制一些东西，将新旧结合起来。在本文中，这个故事是关于我如何将AVR微控制器连接到YM3812的，YM3812在诸如Adlib，Sound Blaster和Pro AudioSpectrum之类的声卡中使用。我没有创造出根本上崭新的东西，我只是结合了不同的想法。也许有人会对我的实施感兴趣。也许我的经验会促使某人创建自己的复古项目。

这个项目的实质

有一天，我在Internet上逛逛，遇到了一个有趣的针对Arduino和Raspberry Pi的OPL2音频板项目。简而言之：将开发板连接到Arduino或Raspberry Pi，分别加载草图或软件，然后聆听。选择OPL2芯片，听其声音并尝试自己做某事的诱人想法并没有离开我，我下令组装并开始弄清楚它是如何工作的。

关于YM3812芯片管理的几句话

要播放音乐，必须设置寄存器。有些负责调音乐器，有些负责弹奏音符，等等。寄存器地址为8位。寄存器的值为8位。规范中给出了寄存器列表。

要传输寄存器，必须正确设置控制输入CS，RD，WR和A0以及数据总线D0..D7上的读数。

在安装数据总线时，需要CS输入来阻止它。设置CS = 1（关闭输入），设置D0..D7，设置CS = 0（打开）。

RD输入必须是逻辑单元
要写入寄存器的地址，请设置WR = 0，A0 = 0
要写入寄存器的值，请设置WR = 0，A0 = 1

用于Arduino和Raspberry Pi的OPL2音频板

简化方案

注册转移程序：

在初始化期间，设置PB2 = 1以阻止YM3812的输入
我们通过注册地址
2.1 PB1 = 0（A0 = 0）
2.2我们通过SPI接口发送寄存器地址字节。数据存储在移位寄存器74595
2.3 PB2 = 0（WR = 0，CS = 0）。芯片7404反转信号并将1供给ST_CP 74595的输入，ST_CP 74595的输出Q0..Q7进行切换。 YM3812写寄存器地址
2.4 PB2 = 1（WR = 1，CS = 1）
我们传递寄存器的值
3.1 PB1 = 1（A0 = 1）
3.2我们通过SPI接口传输数据字节，类似于p.2.2
3.3 PB2 = 0（WR = 0，CS = 0）。 YM3812写入数据
3.4 PB2 = 1（WR = 1，CS = 1）

逆变器7404和石英XTAL1实现具有3.579545MHz的频率的矩形脉冲发生器，这对于YM3812操作是必需的。
YM3014B将数字信号转换为模拟信号，并由LM358运算放大器放大。
需要LM386音频放大器，以便无源扬声器或耳机可以连接到设备，例如 LM358功率不足。

现在，让我们尝试从所有这些中提取声音。我（也许不仅是我）想到的第一件事是如何使其在DosBox中都能正常工作。不幸的是，无法立即使用Adlib硬件进行播放，因为 DosBox对我们的设备一无所知，也不知道如何在任何地方传输OPL2命令（到目前为止还不知道）。

该项目的作者提供了Teensy的草图，用作MIDI设备。自然，声音将由预编译的乐器组成，并且声音将有所不同，我们将在OPL2芯片上模拟MIDI设备。我没有Teensy，也无法尝试此选项。

串口操作

有一个草图SerialPassthrough 。有了它，我们可以通过串行端口传输命令。它仅用于在DoxBox中实现支持。我使用了SVN中的版本： svn://svn.code.sf.net/p/dosbox/code-0/dosbox/trunk

在src/hardware/adlib.cpp我们更改OPL2的实现：

 #include "serialport/libserial.h" namespace OPL2 { #include "opl.cpp" struct Handler : public Adlib::Handler { virtual void WriteReg( Bit32u reg, Bit8u val ) { //adlib_write(reg,val); if (comport) { SERIAL_sendchar(comport, reg); SERIAL_sendchar(comport, val); } } virtual Bit32u WriteAddr( Bit32u port, Bit8u val ) { return val; } virtual void Generate( MixerChannel* chan, Bitu samples ) { Bit16s buf[1024]; while( samples > 0 ) { Bitu todo = samples > 1024 ? 1024 : samples; samples -= todo; adlib_getsample(buf, todo); chan->AddSamples_m16( todo, buf ); } } virtual void Init( Bitu rate ) { adlib_init(rate); LOG_MSG("Init OPL2"); if (!SERIAL_open("COM4", &comport)) { char errorbuffer[256]; SERIAL_getErrorString(errorbuffer, sizeof(errorbuffer)); LOG_MSG("Serial Port could not be opened."); LOG_MSG("%s", errorbuffer); return; } if (!SERIAL_setCommParameters(comport, 115200, 'n', SERIAL_1STOP, 8)) { LOG_MSG("Error serial set parameters"); SERIAL_close(comport); return; } } ~Handler() { if (comport) SERIAL_close(comport); } private: COMPORT comport; }; }

组装前，将COM端口号替换为当前端口号。

如果您删除//adlib_write(reg,val);行中的注释//adlib_write(reg,val); ，然后声音将通过模拟器和设备同时播放。

在DosBox设置中，您将需要指定OPL2的用法：

 [sblaster] oplemu=compat oplmode=opl2

这是我的方法：

看起来很笨重。即使您使用Arduino而不是面包板，也需要连接电线。系统上的端口号可能会更改，您将必须重新构建DosBox。我真的很想使所有内容看起来简洁，删除不必要的零件并将所有内容组装在一块板上。

OPL2-USB

提出了一个主意，为什么不制造一个独立的设备，使它在连接时具有最少的组件和最少的麻烦。首先，您可以卸下74595并使用atmega端口。此处仅用于减少导线数量。其次，您可以使用现成的晶体振荡器来摆脱7404芯片。如果将设备连接到扬声器，则也不需要音频放大器。最后，如果将atmega直接连接到USB，例如使用V-USB库： https ://www.obdev.at/products/vusb/index.html，则可以摆脱USB-UART。为了不打扰编写驱动程序并安装它们，可以将微控制器设置为自定义HID设备。

USB-OPL2简化电路

端口B和C部分忙于连接ISP编程器和石英。端口D保持完全空闲，我们将其用于数据传输。我在PCB设计过程中分配了其余端口。

完整的方案可以在这里进行研究： https : //easyeda.com/marchukov.ivan/opl2usb

带电阻的LED1是可选的，在组装过程中我没有安装它们。需要U4保险丝，以免意外烧毁USB端口。也不能设置，而是用跳线代替。

为了使设备紧凑，我决定尝试将其组装在SMD组件上。

印刷电路板及成品

热收缩50 / 25mm中的“安全”选项

左侧为数字部分，右侧为模拟部分。

对我来说，这是设计和组装成品设备的第一次经验，没有门框就不可能做到。例如，对于机架，板角上的孔的直径应为3毫米，但事实证明它们为1.5毫米。

可以在github上查看固件。在早期版本中，一个命令以一个USB数据包发送。事实证明，由于USB 1.0的开销大和速度慢，在动态轨道上DosBox开始变慢，DosBox挂起发送数据包和接收响应的过程。我必须制作一个异步队列并分批发送命令。这增加了一些延迟，但并不明显。

V-USB设定

如果我们早先已经确定要发送数据到YM3812，那么USB将不得不修补。

将usbconfig-prototype.h重命名为usbconfig.h并将其添加（以下仅是编辑内容）：

 //   .   define       #define F_CPU 12000000UL //    #define USB_CFG_IOPORTNAME B #define USB_CFG_DMINUS_BIT 0 #define USB_CFG_DPLUS_BIT 1 #define USB_CFG_HAVE_INTRIN_ENDPOINT 1 //    20  #define USB_CFG_MAX_BUS_POWER 20 // ,      usbFunctionWrite #define USB_CFG_IMPLEMENT_FN_WRITE 1 //     (    OPL2) #define USB_RESET_HOOK(resetStarts) if(!resetStarts){hadUsbReset();} //  .         #define USB_CFG_DEVICE_ID 0xdf, 0x05 /* VOTI's lab use PID */ #define USB_CFG_VENDOR_NAME 'd', 'e', 'a', 'd', '_', 'm', 'a', 'n' #define USB_CFG_VENDOR_NAME_LEN 8 #define USB_CFG_DEVICE_NAME 'O', 'P', 'L', '2' #define USB_CFG_DEVICE_NAME_LEN 4 // ,    HID- #define USB_CFG_DEVICE_CLASS 0 #define USB_CFG_INTERFACE_CLASS 3 //   usbHidReportDescriptor #define USB_CFG_HID_REPORT_DESCRIPTOR_LENGTH 22 //      INT0,      PCINT0 #define USB_INTR_CFG PCICR #define USB_INTR_CFG_SET (1 << PCIE0) #define USB_INTR_CFG_CLR 0 #define USB_INTR_ENABLE PCMSK0 #define USB_INTR_ENABLE_BIT PCINT0 #define USB_INTR_VECTOR PCINT0_vect

在main.c文件中，我们定义了宗地数据结构

 //      #define BUFF_SIZE 16 //  -   struct command_t { uchar address; uchar data; }; //   struct dataexchange_t { uchar size; struct command_t commands[BUFF_SIZE]; } pdata;

声明HID的句柄

 PROGMEM const char usbHidReportDescriptor[] = { // USB report descriptor 0x06, 0x00, 0xff, // USAGE_PAGE (Vendor Defined Page) 0x09, 0x01, // USAGE (Vendor Usage 1) 0xa1, 0x01, // COLLECTION (Application) 0x15, 0x00, // LOGICAL_MINIMUM (0) 0x26, 0xff, 0x00, // LOGICAL_MAXIMUM (255) 0x75, 0x08, // REPORT_SIZE (8) 0x95, sizeof(struct dataexchange_t), // REPORT_COUNT 0x09, 0x00, // USAGE (Undefined) 0xb2, 0x02, 0x01, // FEATURE (Data,Var,Abs,Buf) 0xc0 // END_COLLECTION };

事件处理程序：

 //    .         static uchar currentAddress; static uchar bytesRemaining; //   uchar usbFunctionWrite(uchar *data, uchar len) { if (bytesRemaining == 0) return 1; if (len > bytesRemaining) len = bytesRemaining; uchar *buffer = (uchar*)&pdata; memcpy(buffer + currentAddress, data, len); currentAddress += len; bytesRemaining -= len; if (bytesRemaining == 0) { for (int i = 0; i < pdata.size; ++i) { struct command_t cmd = pdata.commands[i]; if (cmd.address == 0xff && cmd.data == 0xff) //    OPL2      FFFF opl_reset(); else opl_write(cmd.address, cmd.data); } } return bytesRemaining == 0; } //    USBRQ_HID_SET_REPORT       usbMsgLen_t usbFunctionSetup(uchar data[8]) { usbRequest_t *rq = (void*)data; if ((rq->bmRequestType & USBRQ_TYPE_MASK) == USBRQ_TYPE_CLASS) { if (rq->bRequest == USBRQ_HID_SET_REPORT) { bytesRemaining = sizeof(struct dataexchange_t); currentAddress = 0; return USB_NO_MSG; } } return 0; /* default for not implemented requests: return no data back to host */ } //      extern void hadUsbReset(void) { opl_reset(); }

DosBox支持

可以在同一存储库中查看DosBox的代码。

为了在PC端使用该设备，我使用了hidlibrary.h库（不幸的是，我没有找到原始库的链接），该库需要进行一些修改。

我决定不接触OPL仿真器，而是实现自己的单独类。现在切换到配置中的USB看起来像这样：

 [sblaster] oplemu=usb

在adlib.cpp的Adlib模块的构造函数中adlib.cpp添加条件：

  else if (oplemu == "usb") { handler = new OPL2USB::Handler(); } else {

在dosbox.cpp新的配置选项：

 const char* oplemus[]={ "default", "compat", "fast", "mame", "usb", 0};

可以在这里获取编译后的exe： https ： //github.com/deadman2000/usb_opl2/releases/tag/0.1

录影带

准备就绪的设备

连接方式：

通过声卡记录的声音：

结果和计划

我对结果感到满意。连接设备很容易，没有问题。当然，我对DosBox所做的修改将永远不会进入正式版本和流行分支，因为这是一个非常具体的解决方案。

接下来的选择是OPL3。在OPL芯片上构建跟踪器仍然是一个主意

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