UAC Feedback端点

下面转一段对USB feedback的理解：

这段时间一直在做USB Audio Device(UAC)设备的开发工作。由于UAC采用的是isochronous endpoint来传输数据，对时钟的要求较高。但无奈我们的嵌入式平台的时钟并不准，数据同步就成了问题。经过研究，发现只能使用异步模式来解决这个问题。
所谓异步模式，就是建立一个feedback endpoint在一个固定的时间间隔反馈本地时钟给host, 从而使得host端能够实时的了解client端的时钟变化，调节数据包的长度，从而避免接收或者发送缓冲溢出。
USB 2.0 spec在5.12.4.2中明确的定义了如何提供feedback给host, 个人觉得写得有点复杂，特总结如下：

1. Feedback endpoint数据长度为3字节，发送间隔由bRefresh决定。
2. Fm = Fs * 2^P, Fm是本地的时钟频率，Fs是采样频率。
3. Tmeas=2^K/2^P=2^(K-P), Tmeas是测量时间, 对于full speed, K= 10, 对于high speed, K=13
4. 在每Tmeasframe/subframe时间间隔，把本地的clock数写入feedback endpoint。

上面的一大段看起来很复杂，其实基本的思想很简单。不就是时钟不同步嘛，要想让大家同步，怎么办呢？比如说采样率是48000，如果时钟同步，那么1s的时间内，就应该有48000个sample。如果不同步，那么就测量1s, 把1s内的实际sample数返回给host端就可以了。上面的公式实际要表达的就是这个意思。至于要注意的是返回的格式，spec上面说是对于full speed, 数据格式是10.14，对于high speed, 数据格式是16.16。如果你的UAC设备是1.0 version，那么就算是你把它定义成一个high speed的设备，返回数据格式还是10.14的。
例如：

48000 采样率 –> feedback (48 * 2^14) = 0xc0000 = 1024*16*48
47000 采样率 –> feedback (47 * 2^14) = 0xbc000

计算10.14格式采样率代码（audio 1.0）- 全速

这里反馈端点反馈的数据是3个字节的。

/*该设备为：44.1K采样率，10.14格式*/
uint8_t audioFeedBackBuffer[4] = {0x40,0x06,0x0b};   
void SetFeedBackSampleRate(uint32_t Rata)
{
    Rata = ((Rata / 1000) << 14) | ((Rata % 1000) << 4);
    audioFeedBackBuffer[0] = Rata;
    audioFeedBackBuffer[1] = Rata>>8;
    audioFeedBackBuffer[2] = Rata>>16;
}

计算16.16格式采样率代码（audio 2.0）- 高速/超高速

这部分代码是 通过USB声卡反推出来的，实测可以用。感觉跟USB2.0规范描述不一样。

这里反馈端点反馈的数据是4个字节的。

uint8_t audioFeedBackBuffer[4];
void SetFeedBackSampleRate(uint32_t Rata)
{
    Rata = ((Rata / 1000) << 13) | ((Rata % 1000) << 3);
    audioFeedBackBuffer[0] = Rata;
    audioFeedBackBuffer[1] = Rata>>8;
    audioFeedBackBuffer[2] = Rata>>16;
    audioFeedBackBuffer[4] = Rata>>24;
}

相关链接：
https://blog.csdn.net/huangkangying/article/details/53152956
https://zhuanlan.zhihu.com/p/166661061

反馈端点描述符

反馈端点描述符一般位于AS接口描述符的Audio Data Endpoint Descriptor描述符之后，也就是说该AS接口描述符的最后面。
4字节的反馈端点描述符示例如下：

全速为3字节，高速，超高速为4字节，超高速也需要伴随描述符。

• UAC1：使用中断端点反馈
• UAC2：使用同步端点反馈

#define USB_ENDPOINT_SYNCTYPE        0x0c
#define USB_ENDPOINT_SYNC_NONE        (0 << 2)
#define USB_ENDPOINT_SYNC_ASYNC        (1 << 2)
#define USB_ENDPOINT_SYNC_ADAPTIVE    (2 << 2)
#define USB_ENDPOINT_SYNC_SYNC        (3 << 2)

#define USB_ENDPOINT_USAGE_MASK        0x30
#define USB_ENDPOINT_USAGE_DATA        0x00
#define USB_ENDPOINT_USAGE_FEEDBACK    0x10
#define USB_ENDPOINT_USAGE_IMPLICIT_FB    0x20

0x07,        // bLength
0x05,        // bDescriptorType (Endpoint)
0x81,        // bEndpointAddress (IN/D2H)
0x15,        // bmAttributes (Isochronous, Async, Feedback EP)
0x04, 0x00,  // wMaxPacketSize 4
0x03,        // bInterval 3 (unit depends on device speed)

什么时候FeedBack

由于主机与设备之间的频率不一致，而使用异步传输模式，设备和主机有各自的时钟，时钟频率差异会导致缓冲区上溢或下溢（爆音/断音）。所以设备通过 USB 反馈端点告诉主机实际时钟频率，主机据此调整发送/接收速率。

Linux USB Gadget UAC系统中：

• 允许的最大频率负偏差（设备时钟比主机慢）250‰（百万分之250）= 0.25% 2500ppm（百万分之2500）
• 允许的最大频率正偏差（设备时钟比主机快）5‰（百万分之5）= 0.005% = 50ppm

但注意：在音频时钟精度中，通常指 2500ppm（百万分之2500）

更直观的例子：

• 48kHz 采样率下，250‰ 偏差 = 48kHz × 0.0025 = 120Hz
• 设备时钟在 47,880Hz 到 48,120Hz 范围内（对于慢速偏差）

/* sound/usb/endpoint.c 中的定义 */
#define MAX_FB_SLOW_DEVIATION 250  /* 250‰ */
#define MAX_FB_FAST_DEVIATION 5    /* 5‰ */

// 设备检测到时钟偏差时的处理
if (deviation > FBACK_FAST_MAX) {
    // 时钟太快，需要报告给主机
    send_feedback(actual_freq);
} else if (deviation < -FBACK_SLOW_MAX) {
    // 时钟太慢，需要报告
    send_feedback(actual_freq);
} else {
    // 在允许范围内，正常工作
}