WeebLabs/DSPi 源代码：https://github.com/WeebLabs/DSPi

DSPi 固件

DSPi 将 Raspberry Pi Pico 或其他基于 RP2040 的电路板转变为一款功能强大且价格低廉的小型数字音频处理器。它作为一个带有板载 DSP 引擎的 USB 声卡，使您能够使用房间校正、有源分频、参数均衡、时间对齐、响度补偿和耳机交叉馈送等基本工具。我希望 RP2040 和 RP2350 能够赢得“不到一杯咖啡价格的多功能音频瑞士军刀”的美誉。欢迎加入官方 Discord 服务器 (https://discord.gg/RCyqxAQ5xS) 获取开发更新、讨论或寻求帮助！

目录

• 核心能力
• 平台支持
• 音频信号链
• 硬件设置
• DSP 特性
• 矩阵混音器
• 参数均衡
• 响度补偿
• 耳机交叉馈送
• 音量均衡器
• 每通道前置放大器
• 主音量
• I2S 输出
• 低音炮 PDM 输出
• 用户预设
• 开发者参考
• 系统架构
• 性能调优
• USB 控制协议
• 系统遥测
• 数据结构
• 从源代码构建
• 详细规格
• 许可协议

核心能力

• USB 音频接口： 在 macOS、Windows、Linux 和 iOS 下即插即用。支持 16 位和 24 位 PCM 输入，采样率为 44.1、48 和 96 kHz。
• 24 位 S/PDIF 或 I2S 输出： 最多四个独立立体声输出插槽（RP2350 上 8 个通道，RP2040 上 4 个通道）。每个插槽可在运行时在 S/PDIF 和 I2S 之间切换，从而直接连接任何标准 DAC。I2S 插槽共享共用 BCK/LRCLK，并可选择生成 128×/256× 主时钟。
• 每通道前置放大器： 对每个 USB 输入通道（左/右）进行独立增益控制，作为 DSP 流水线的 PASS 1 在任何其他处理之前应用。
• 矩阵混音器： 将任一或两个 USB 输入通道路由到任何输出，每个交叉点具有独立增益和相位反转。RP2350 上为 2x9，RP2040 上为 2x5。
• 参数均衡： 每通道最多 10 个 PEQ 频段，6 种滤波器类型。RP2350 上总计 110 个滤波器频段，RP2040 上为 70 个。RP2350 采用混合 SVF/双二阶架构，在低频精度上更出色。
• 音量均衡器： 基于 RMS、立体声联动、软膝向上压缩器，将较为安静的内容提升至目标电平，同时绝不放大响亮段落。可选 10 毫秒前瞻，可配置速度和最大增益上限，并带有 -6 dBFS 增益降低安全限制器。
• 响度补偿： 基于 ISO 226:2003 等响曲线标准的音量相关 EQ。在低收听音量下自动增强低音和高音，以维持感知到的音调平衡。
• 耳机交叉馈送： 基于 BS2B 的交叉馈送，带有耳间时间延迟 (ITD)，可降低耳机收听时不自然的立体声分离度。三种经典预设加上完全自定义参数。
• 主音量： 设备端输出上限（-128 至 0 dB，带有真正的静音哨兵），在信号链末端应用，独立于 USB 主机音量和 DSP 处理。两种持久化模式：独立于预设存储（默认——重启后保留，切换预设不受影响）或作为每个预设的一部分保存/恢复。
• 每输出增益与静音： 每个输出通道的独立增益和静音控制。
• 时间对齐： 每输出延迟（高达 85ms），用于扬声器/低音炮对齐，并在 S/PDIF/I2S 与 PDM 输出路径之间自动进行延迟补偿。
• 低音炮输出： 专用单声道 PDM 输出通道，采用高性能二阶 Delta-Sigma 调制器，无需第二个 DAC 即可实现直接低音炮输出。
• 双核 DSP： 在两种平台上，EQ 处理都分配到两个核心，以便在激活多个输出时实现最大吞吐量。
• 可配置输出引脚： 所有输出 GPIO 引脚（包括 I2S BCK/MCK）可在运行时重新分配以适应自定义 PCB 布局，无需重新刷写固件。
• 10 插槽预设系统： 保存、加载和管理多达 10 个完整的 DSP 配置，并带有用户定义名称。包括每通道命名、可配置启动插槽，以及用于快速状态同步的批量参数传输。
• 诊断： 每通道峰值/削波表计、USB PHY 错误计数器（CRC、位填充、超时、溢出、序列）、缓冲区填充统计、每个输出插槽的 S/PDIF DMA 饥饿计数器以及每核 CPU 负载报告。
• 通过 USB 更新固件： 一条供应商命令将设备重启至 UF2 引导加载程序，允许主机应用程序推送新固件，而无需物理按下 BOOTSEL。

平台支持

两种平台均已全面测试并准备就绪。RP2040 通过轻微提高电压达到 307.2 MHz；RP2350 在相同电压下达到相同频率。时钟是固定的（无速率相关切换），并且 PIO 分频器在每个支持的采样率下均为整数。RP2350 凭借其硬件浮点单元提供了显著更多的处理余量，从而支持更多输出通道和混合 SVF/双二阶滤波器架构，提高了低频精度。

音频信号链

DSPi 以线性、低延迟的流水线方式处理音频：

RP2350 (11 通道, 9 输出)：

USB 输入 (16/24-bit PCM 立体声, 44.1 / 48 / 96 kHz)
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PASS 1: 每通道前置放大器 (独立 L/R 增益) + USB 音量
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PASS 2: 主 EQ (每通道 10 频段, 左/右)
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PASS 2.5: 音量均衡器 (RMS 向上压缩, 可选)
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PASS 3: 耳机交叉馈送 (BS2B + ITD, 可选) + 主峰值表计
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响度补偿 (音量相关 EQ, 可选)
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PASS 4: 矩阵混音器 (2 输入 x 9 输出, 每交叉点增益 & 相位)
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PASS 5: 每输出 EQ -> 增益/静音 -> 延迟 -> 输出增益 × 主音量
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+-- Out 1-2 --> S/PDIF 或 I2S 插槽 0 (数据: 默认 GPIO 6)
+-- Out 3-4 --> S/PDIF 或 I2S 插槽 1 (数据: 默认 GPIO 7)
+-- Out 5-6 --> S/PDIF 或 I2S 插槽 2 (数据: 默认 GPIO 8)
+-- Out 7-8 --> S/PDIF 或 I2S 插槽 3 (数据: 默认 GPIO 9)
+-- Out 9 --> PDM 低音炮 (数据: 默认 GPIO 10)

(I2S BCK/LRCLK 共用，默认 GPIO 14/15；可选 MCK，默认 GPIO 13)

RP2040 (7 通道, 5 输出)：

USB 输入 (16/24-bit PCM 立体声, 44.1 / 48 / 96 kHz)
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PASS 1: 每通道前置放大器 + USB 音量
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PASS 2: 主 EQ (每通道 10 频段, 左/右)
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PASS 2.5: 音量均衡器 (RMS 向上压缩, 可选)
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PASS 3: 耳机交叉馈送 (BS2B + ITD, 可选) + 主峰值表计
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响度补偿 (音量相关 EQ, 可选)
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PASS 4: 矩阵混音器 (2 输入 x 5 输出, 每交叉点增益 & 相位)
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PASS 5: 每输出 EQ -> 增益/静音 -> 延迟 -> 输出增益 × 主音量
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+-- Out 1-2 --> S/PDIF 或 I2S 插槽 0 (数据: 默认 GPIO 6)
+-- Out 3-4 --> S/PDIF 或 I2S 插槽 1 (数据: 默认 GPIO 7)
+-- Out 5 --> PDM 低音炮 (数据: 默认 GPIO 10)

(I2S BCK/LRCLK 共用，默认 GPIO 14/15；可选 MCK，默认 GPIO 13)

信号链细节

1. 输入 (USB)： 16 位或 24 位 PCM 立体声音频，采样率为 44.1、48 或 96 kHz。通过 USB 备用设置选择位深；通过 USB Audio Class 速率设置请求选择采样率。
2. 每通道前置放大器 (PASS 1)： 对 USB 左和右输入通道提供以 dB 为单位的独立增益控制。在 DSP 链的最开始应用，因此其设置会影响所有下游处理。
3. 主 EQ (PASS 2)： 每通道（左/右）最多 10 个参数 EQ 频段。支持峰值、低架、高架、低通和高通滤波器类型。
4. 音量均衡器 (PASS 2.5)： 可选的前馈、立体声联动、单频段 RMS 压缩器，采用软膝向上压缩——安静内容被提升至目标电平，而高于阈值的内容则原样通过。可配置速度、最大增益上限和噪声门。可选 10 毫秒前瞻。一个 -6 dBFS 增益降低安全限制器防止输出过冲。
5. 耳机交叉馈送 (PASS 3)： 可选的 BS2B 交叉馈送，将每个通道经过滤波和延迟的部分混合到相反通道。使用互补滤波器设计，通过全通滤波器引入耳间时间延迟 (ITD)。三种预设（默认、Chu Moy、Jan Meier）加上自定义频率和馈送电平。ITD 可独立切换。主峰值表计在此阶段进行采样。
6. 响度补偿： 可选的 ISO 226:2003 等响度 EQ，根据当前音量级别自适应调整。在低音量下，低音和高音被增强以补偿人耳灵敏度降低。可配置参考 SPL 和强度。由 USB 主机音量位置驱动，因此无论下游的主音量衰减如何，它都保持正确。
7. 矩阵混音器 (PASS 4)： 将两个 USB 输入通道（左/右）路由到所有输出通道。每个交叉点具有独立的启用、增益（-inf 至 +12 dB）和相位反转。输出可以单独启用/禁用以节省 CPU。RP2350 具有 2x9 矩阵（9 个输出），RP2040 具有 2x5 矩阵（5 个输出）。
8. 输出 EQ (PASS 5)： 两种平台上每个输出通道独立的 10 频段 EQ。非常适合分频滤波器和对每个驱动单元进行校正。在 RP2350 上，低于 Fs/7.5 的滤波器使用 SVF 拓扑以获得更高的低频精度；较高频率则使用传统的双二阶滤波器。
9. 每输出增益与静音： 每个输出通道的独立增益（-inf 至 +12 dB）和静音。
10. 时间对齐： 每输出延迟用于扬声器对齐，最高 85 ms（48 kHz 下为 4096 个采样点）。在 S/PDIF/I2S 和 PDM 输出路径之间自动进行延迟补偿。
11. 主音量： 设备端输出上限，-128 至 0 dB，-128 处为真正静音哨兵。合并到 PASS 5 的每输出乘数中，因此在 CPU 方面几乎免费。独立于 USB 主机音量——两者相乘。不影响响度补偿行为。
12. 输出： 每个编号插槽可配置为 24 位 S/PDIF 或 24 位 I2S（左对齐，MSB 优先）。I2S 插槽共用一对 BCK/LRCLK 时钟（由于 PIO 侧置约束，LRCLK 始终为 BCK + 1）。可选的主时钟 (MCK) 以 128× 或 256× Fs 路由到单独的 GPIO。PDM 低音炮始终在其专用输出和引脚上。

硬件设置

刷写固件

1. 下载适用于您电路板的最新 DSPi.uf2 发布版本。
2. 按住 Pico 上的 BOOTSEL 按钮，同时将其插入计算机。
3. 将会出现一个名为 RPI-RP2 的驱动器。
4. 将 .uf2 文件拖放到此驱动器上。
5. Pico 将重新启动并显示为 “Weeb Labs DSPi” 音频设备。
6. 下载并启动 DSPi Console 应用程序来控制 DSPi。

接线指南

RP2350 (Pico 2) — 最多 8 个输出引脚：

RP2040 (Pico) — 最多 6 个输出引脚：

注意： S/PDIF 输出需要使用 Toshiba TX179 光学发射器或简单的电阻分压器。I2S 输出是标准的 24 位（位于 32 位框架内）左对齐帧——可直接连接到大多数 I2S DAC。PDM 输出是 1 位逻辑信号，需要电阻和电容构成低通滤波器以转换为模拟音频。

自定义引脚分配

上述所有默认引脚分配均可直接使用，但每个输出引脚——包括 I2S BCK 和 MCK——都可以通过 DSPi Console 应用程序在运行时重新分配。无需重新刷写。这在设计自定义 PCB 或适配默认 GPIO 不方便的电路板时非常有用。引脚分配保存到闪存，并在启动时自动恢复。有几个 GPIO 被保留，不能用于输出：GPIO 12 (UART TX) 以及 GPIO 23-25 (电源控制和 LED)。由于 PIO 侧置约束，LRCLK 始终固定为 BCK + 1。

DSP 特性

矩阵混音器

矩阵混音器将 USB 立体声输入路由到所有输出通道。RP2350 具有 2x9 矩阵（9 个输出），RP2040 具有 2x5 矩阵（5 个输出）。每个交叉点（输入/输出对）具有：

• 启用/禁用： 路由激活或停用。
• 增益： 每交叉点 -inf 至 +12 dB。
• 相位反转： 极性翻转，用于驱动单元对齐。

每个输出通道还具有：

• 启用： 禁用的输出跳过所有处理（EQ、延迟、转换）以节省 CPU。
• 增益： 每输出增益（-inf 至 +12 dB）。
• 静音： 每输出软静音。
• 延迟： 每输出时间对齐。

输出可用性： 核心 1 在 PDM 低音炮调制器和处理较高编号 S/PDIF 输出的 EQ 工作线程之间共享。PDM 和 EQ 工作线程模式互斥：

RP2350：

RP2040：