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简介：左+中+右+后左右环绕+低音的无线SoundBar系统，其中环绕和低音为无线，带KTV、音乐人声消除、混响功能。

发表于 分类于 ， ，

好的，作为一名高级嵌入式软件开发工程师，我将为您详细阐述这个无线SoundBar系统的代码设计架构，并提供具体的C代码实现框架。由于3000行代码的要求很高，我将重点展示核心模块的代码结构和关键功能实现，并详细解释设计思路和技术选型。
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项目概述：

本项目旨在开发一个高性能、高可靠性的无线SoundBar系统，该系统由以下几个主要部分组成：

  • 主SoundBar (Main SoundBar): 包含左声道 (L)、中声道 (C)、右声道 (R) 扬声器单元，是系统的核心控制和处理单元。
  • 无线环绕音箱 (Wireless Surround Speakers): 包含左环绕 (SL) 和右环绕 (SR) 扬声器单元，通过无线方式与主SoundBar连接。
  • 无线低音炮 (Wireless Subwoofer): 提供低频增强效果，通过无线方式与主SoundBar连接。

核心功能：

  • 多声道音频播放: 支持左+中+右+后左右环绕+低音的多声道音频解码和播放。
  • 无线连接: 环绕音箱和低音炮通过可靠的无线协议与主SoundBar连接，实现音频数据的无线传输。
  • KTV功能:
    • 音乐人声消除: 消除或降低音乐中的人声部分，突出伴奏。
    • 混响效果: 为麦克风输入添加混响效果，提升演唱体验。
  • 音频处理: 包括均衡器 (EQ)、音量控制、动态范围控制 (DRC) 等，提升音质。
  • 系统管理: 包括设备配对、无线连接管理、固件升级、故障诊断等。

代码设计架构：

我将采用分层架构来设计这个嵌入式系统，以提高代码的可维护性、可扩展性和可重用性。架构主要分为以下几层：

  1. 硬件抽象层 (HAL, Hardware Abstraction Layer): HAL层直接与硬件交互，向上层提供统一的硬件接口。这层包括对音频编解码器 (Audio Codec)、无线模块 (Wireless Module)、音频放大器 (Audio Amplifier)、GPIO、I2C、SPI等硬件的驱动和控制。

  2. 驱动层 (Driver Layer): 驱动层构建在HAL层之上，为上层提供更高级、更方便的设备驱动接口。例如，音频驱动负责音频数据的输入输出、编解码控制；无线驱动负责无线连接的建立、数据传输、协议栈管理。

  3. 中间件层 (Middleware Layer): 中间件层是系统的核心层，实现各种核心功能模块，例如：

    • 音频处理模块 (Audio Processing Module): 负责音频解码、混音、EQ、DRC、环绕声处理、KTV效果处理等。
    • 无线通信模块 (Wireless Communication Module): 负责无线协议的实现、无线连接管理、音频数据无线传输、同步控制等。
    • KTV引擎模块 (KTV Engine Module): 实现人声消除和混响效果的算法和控制逻辑。
    • 系统管理模块 (System Management Module): 负责系统初始化、配置管理、设备配对、固件升级、错误处理、状态监控等。

  4. 应用层 (Application Layer): 应用层是用户交互和系统控制的顶层，负责接收用户指令、协调各个模块工作、提供用户界面 (如果需要，例如通过串口或网络接口)。

架构图:

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|     应用层 (Application Layer)      |
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|    系统管理模块      |   用户界面模块 (可选)  |
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|       中间件层 (Middleware Layer)       |
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| 音频处理模块 | 无线通信模块 | KTV引擎模块 | 配置管理模块 | ... |
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|         驱动层 (Driver Layer)         |
+-----------------------+
| 音频驱动 | 无线驱动 | 功放驱动 | GPIO驱动 | I2C/SPI驱动 | ... |
+-----------------------+
|       硬件抽象层 (HAL, Hardware Abstraction Layer)      |
+-----------------------+
| 音频编解码器 | 无线模块 | 音频放大器 | GPIO | I2C/SPI | ... |
+-----------------------+
|            硬件 (Hardware)            |
+-----------------------+

详细模块设计与C代码实现框架 (核心模块):

为了满足3000行代码的要求，我将详细展开核心模块的代码框架，并提供关键函数的实现思路。由于篇幅限制，不可能完全实现所有细节，但会力求清晰完整地展现整个系统的软件架构和关键技术。

1. 硬件抽象层 (HAL) - hal_layer.h 和 hal_layer.c

HAL层负责直接操作硬件，并提供统一的接口给驱动层。

hal_layer.h:

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#ifndef HAL_LAYER_H
#define HAL_LAYER_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

// 音频编解码器相关
typedef enum {
    HAL_CODEC_SAMPLE_RATE_44100,
    HAL_CODEC_SAMPLE_RATE_48000,
    // ... 其他采样率
} hal_codec_sample_rate_t;

typedef enum {
    HAL_CODEC_BIT_DEPTH_16BIT,
    HAL_CODEC_BIT_DEPTH_24BIT,
    // ... 其他位深
} hal_codec_bit_depth_t;

typedef enum {
    HAL_CODEC_INPUT_LINEIN,
    HAL_CODEC_INPUT_MIC,
    // ... 其他输入源
} hal_codec_input_source_t;

typedef enum {
    HAL_CODEC_OUTPUT_SPEAKER,
    HAL_CODEC_OUTPUT_HEADPHONE,
    // ... 其他输出目标
} hal_codec_output_target_t;

typedef struct {
    hal_codec_sample_rate_t sample_rate;
    hal_codec_bit_depth_t bit_depth;
    uint8_t channels; // 声道数
} hal_codec_config_t;

// 初始化音频编解码器
bool hal_codec_init(hal_codec_config_t *config);

// 设置音频输入源
bool hal_codec_set_input_source(hal_codec_input_source_t source);

// 设置音频输出目标
bool hal_codec_set_output_target(hal_codec_output_target_t target);

// 获取音频数据 (输入)
int32_t hal_codec_read_data(int16_t *buffer, uint32_t samples);

// 输出音频数据 (输出)
bool hal_codec_write_data(const int16_t *buffer, uint32_t samples);

// 无线模块相关 (示例，具体协议和模块可能不同)
typedef enum {
    HAL_WIRELESS_STATE_IDLE,
    HAL_WIRELESS_STATE_CONNECTING,
    HAL_WIRELESS_STATE_CONNECTED,
    HAL_WIRELESS_STATE_DISCONNECTED,
    // ... 其他状态
} hal_wireless_state_t;

// 初始化无线模块
bool hal_wireless_init();

// 连接到指定AP (Access Point)
bool hal_wireless_connect(const char *ssid, const char *password);

// 断开无线连接
bool hal_wireless_disconnect();

// 获取无线连接状态
hal_wireless_state_t hal_wireless_get_state();

// 发送无线数据
bool hal_wireless_send_data(const uint8_t *data, uint32_t len);

// 接收无线数据 (异步回调或轮询)
typedef void (*hal_wireless_data_callback_t)(const uint8_t *data, uint32_t len);
void hal_wireless_register_data_callback(hal_wireless_data_callback_t callback);

// ... 其他硬件接口 (GPIO, I2C, SPI, 功放控制等)

#endif // HAL_LAYER_H

hal_layer.c:

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#include "hal_layer.h"
// 假设使用某个具体的音频编解码器芯片驱动库，例如 "wm8960.h"
// #include "wm8960.h"

// 假设使用某个具体的无线模块驱动库，例如 "esp32_wifi.h"
// #include "esp32_wifi.h"

// 音频编解码器相关实现 (示例，需要根据具体硬件芯片库实现)
bool hal_codec_init(hal_codec_config_t *config) {
    // 初始化音频编解码器硬件，例如配置寄存器，使能时钟等
    // 调用具体的芯片驱动库函数，例如 wm8960_init(config->sample_rate, config->bit_depth);
    // ...
    return true; // 假设初始化成功
}

bool hal_codec_set_input_source(hal_codec_input_source_t source) {
    // 设置音频输入源，例如选择 Line-In 或 Microphone
    // 调用具体的芯片驱动库函数，例如 wm8960_set_input(source);
    // ...
    return true;
}

bool hal_codec_set_output_target(hal_codec_output_target_t target) {
    // 设置音频输出目标，例如 Speaker 或 Headphone
    // 调用具体的芯片驱动库函数，例如 wm8960_set_output(target);
    // ...
    return true;
}

int32_t hal_codec_read_data(int16_t *buffer, uint32_t samples) {
    // 从音频编解码器读取音频数据
    // 调用具体的芯片驱动库函数，例如 wm8960_read_pcm(buffer, samples);
    // ...
    // 返回实际读取的样本数，或错误码
    return samples; // 假设读取成功
}

bool hal_codec_write_data(const int16_t *buffer, uint32_t samples) {
    // 将音频数据写入音频编解码器进行播放
    // 调用具体的芯片驱动库函数，例如 wm8960_write_pcm(buffer, samples);
    // ...
    return true;
}

// 无线模块相关实现 (示例，需要根据具体硬件芯片库实现)
bool hal_wireless_init() {
    // 初始化无线模块硬件，例如初始化 SPI/UART 接口，配置引脚等
    // 调用具体的芯片驱动库函数，例如 esp32_wifi_init();
    // ...
    return true;
}

bool hal_wireless_connect(const char *ssid, const char *password) {
    // 连接到指定的无线网络
    // 调用具体的芯片驱动库函数，例如 esp32_wifi_connect(ssid, password);
    // ...
    return true;
}

bool hal_wireless_disconnect() {
    // 断开无线连接
    // 调用具体的芯片驱动库函数，例如 esp32_wifi_disconnect();
    // ...
    return true;
}

hal_wireless_state_t hal_wireless_get_state() {
    // 获取无线连接状态
    // 调用具体的芯片驱动库函数，例如 esp32_wifi_get_state();
    // ...
    return HAL_WIRELESS_STATE_CONNECTED; // 假设已连接
}

bool hal_wireless_send_data(const uint8_t *data, uint32_t len) {
    // 通过无线模块发送数据
    // 调用具体的芯片驱动库函数，例如 esp32_wifi_send(data, len);
    // ...
    return true;
}

hal_wireless_data_callback_t g_wireless_data_callback = NULL;

void hal_wireless_register_data_callback(hal_wireless_data_callback_t callback) {
    g_wireless_data_callback = callback;
    // ... 如果需要，启动无线数据接收任务或中断处理
}

// 假设在无线模块的接收中断或任务中调用此函数，将接收到的数据传递给上层
void hal_wireless_data_received_handler(const uint8_t *data, uint32_t len) {
    if (g_wireless_data_callback != NULL) {
        g_wireless_data_callback(data, len);
    }
}

// ... 其他硬件接口的实现

2. 驱动层 (Driver Layer) - audio_driver.h 和 audio_driver.c, wireless_driver.h 和 wireless_driver.c

驱动层构建在HAL层之上，提供更高级的驱动接口。

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#ifndef AUDIO_DRIVER_H
#define AUDIO_DRIVER_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "hal_layer.h"

// 音频驱动配置结构体
typedef struct {
    hal_codec_sample_rate_t sample_rate;
    hal_codec_bit_depth_t bit_depth;
    uint8_t channels;
    hal_codec_input_source_t input_source;
    hal_codec_output_target_t output_target;
} audio_driver_config_t;

// 初始化音频驱动
bool audio_driver_init(audio_driver_config_t *config);

// 设置音频输入源
bool audio_driver_set_input(hal_codec_input_source_t source);

// 设置音频输出目标
bool audio_driver_set_output(hal_codec_output_target_t target);

// 开始音频输入 (录音)
bool audio_driver_start_input();

// 停止音频输入
bool audio_driver_stop_input();

// 开始音频输出 (播放)
bool audio_driver_start_output();

// 停止音频输出
bool audio_driver_stop_output();

// 获取音频输入数据 (非阻塞)
int32_t audio_driver_read_input_data(int16_t *buffer, uint32_t samples);

// 发送音频输出数据 (非阻塞)
bool audio_driver_write_output_data(const int16_t *buffer, uint32_t samples);

// ... 其他音频驱动控制函数，例如音量控制、静音等

#endif // AUDIO_DRIVER_H

audio_driver.c:

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#include "audio_driver.h"
#include "hal_layer.h"

static audio_driver_config_t g_audio_config;

bool audio_driver_init(audio_driver_config_t *config) {
    g_audio_config = *config;
    if (!hal_codec_init(&config->hal_codec_config)) {
        return false;
    }
    return true;
}

bool audio_driver_set_input(hal_codec_input_source_t source) {
    g_audio_config.input_source = source;
    return hal_codec_set_input_source(source);
}

bool audio_driver_set_output(hal_codec_output_target_t target) {
    g_audio_config.output_target = target;
    return hal_codec_set_output_target(target);
}

bool audio_driver_start_input() {
    // 启动音频输入 DMA 或中断，开始采集音频数据
    // ...
    return true;
}

bool audio_driver_stop_input() {
    // 停止音频输入 DMA 或中断
    // ...
    return true;
}

bool audio_driver_start_output() {
    // 启动音频输出 DMA 或中断，开始播放音频数据
    // ...
    return true;
}

bool audio_driver_stop_output() {
    // 停止音频输出 DMA 或中断
    // ...
    return true;
}

int32_t audio_driver_read_input_data(int16_t *buffer, uint32_t samples) {
    // 从HAL层读取音频数据
    return hal_codec_read_data(buffer, samples);
}

bool audio_driver_write_output_data(const int16_t *buffer, uint32_t samples) {
    // 将音频数据写入HAL层进行播放
    return hal_codec_write_data(buffer, samples);
}

// ... 其他音频驱动控制函数的实现

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#ifndef WIRELESS_DRIVER_H
#define WIRELESS_DRIVER_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "hal_layer.h"

// 无线驱动配置结构体 (可以根据具体协议扩展)
typedef struct {
    // ... 无线协议相关配置，例如信道、速率等
} wireless_driver_config_t;

// 初始化无线驱动
bool wireless_driver_init(wireless_driver_config_t *config);

// 连接到指定AP
bool wireless_driver_connect_ap(const char *ssid, const char *password);

// 断开连接
bool wireless_driver_disconnect();

// 获取连接状态
hal_wireless_state_t wireless_driver_get_state();

// 注册数据接收回调函数
typedef void (*wireless_data_callback_t)(const uint8_t *data, uint32_t len, void *user_data);
bool wireless_driver_register_data_callback(wireless_data_callback_t callback, void *user_data);

// 发送数据
bool wireless_driver_send_data(const uint8_t *data, uint32_t len);

// ... 其他无线驱动控制函数，例如扫描AP列表、设置MAC地址等

#endif // WIRELESS_DRIVER_H

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#include "wireless_driver.h"
#include "hal_layer.h"

static wireless_data_callback_t g_wireless_callback = NULL;
static void *g_wireless_callback_user_data = NULL;

bool wireless_driver_init(wireless_driver_config_t *config) {
    if (!hal_wireless_init()) {
        return false;
    }
    // ... 其他无线驱动初始化，例如配置协议栈
    return true;
}

bool wireless_driver_connect_ap(const char *ssid, const char *password) {
    return hal_wireless_connect(ssid, password);
}

bool wireless_driver_disconnect() {
    return hal_wireless_disconnect();
}

hal_wireless_state_t wireless_driver_get_state() {
    return hal_wireless_get_state();
}

bool wireless_driver_register_data_callback(wireless_data_callback_t callback, void *user_data) {
    g_wireless_callback = callback;
    g_wireless_callback_user_data = user_data;
    hal_wireless_register_data_callback(wireless_driver_hal_data_received_callback); // 注册HAL层回调
    return true;
}

// HAL层数据接收回调函数，转发给驱动层注册的回调
void wireless_driver_hal_data_received_callback(const uint8_t *data, uint32_t len) {
    if (g_wireless_callback != NULL) {
        g_wireless_callback(data, len, g_wireless_callback_user_data);
    }
}

bool wireless_driver_send_data(const uint8_t *data, uint32_t len) {
    return hal_wireless_send_data(data, len);
}

// ... 其他无线驱动控制函数的实现

3. 中间件层 (Middleware Layer) - audio_processing.h 和 audio_processing.c, wireless_comms.h 和 wireless_comms.c, ktv_engine.h 和 ktv_engine.c, system_manager.h 和 system_manager.c

中间件层实现核心功能模块。

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#ifndef AUDIO_PROCESSING_H
#define AUDIO_PROCESSING_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

// 音频处理配置结构体
typedef struct {
    // ... 音频处理参数，例如 EQ 参数、DRC 参数、混响参数等
    float eq_gains[10]; // 10段均衡器增益
    float reverb_level;
    float drc_ratio;
} audio_processing_config_t;

// 初始化音频处理模块
bool audio_processing_init(audio_processing_config_t *config);

// 设置音频处理配置
bool audio_processing_set_config(const audio_processing_config_t *config);

// 音频解码 (假设输入是某种压缩格式，例如 MP3, AAC，这里简化为PCM)
int32_t audio_processing_decode(const uint8_t *input_data, uint32_t input_len, int16_t *output_buffer, uint32_t output_buffer_size);

// 音频混音 (将多声道音频混合)
bool audio_processing_mix_channels(int16_t *input_buffers[], uint8_t num_channels, int16_t *output_buffer, uint32_t samples);

// 均衡器处理
bool audio_processing_eq(int16_t *input_buffer, int16_t *output_buffer, uint32_t samples);

// 动态范围控制 (DRC)
bool audio_processing_drc(int16_t *input_buffer, int16_t *output_buffer, uint32_t samples);

// 环绕声处理 (简单示例，可以更复杂)
bool audio_processing_surround(int16_t *input_buffer, int16_t *output_buffers[], uint8_t num_outputs, uint32_t samples);

// 音量控制
bool audio_processing_volume_control(int16_t *buffer, uint32_t samples, float volume_level);

// ... 其他音频处理功能函数，例如低音增强、人声消除、混响等

#endif // AUDIO_PROCESSING_H

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#include "audio_processing.h"
#include <math.h> // 需要数学库支持，例如 sin, cos, sqrt, log 等
#include <string.h> // memset, memcpy

static audio_processing_config_t g_audio_proc_config;

bool audio_processing_init(audio_processing_config_t *config) {
    g_audio_proc_config = *config;
    // ... 初始化音频处理模块，例如初始化滤波器系数等
    return true;
}

bool audio_processing_set_config(const audio_processing_config_t *config) {
    g_audio_proc_config = *config;
    // ... 更新音频处理配置参数
    return true;
}

int32_t audio_processing_decode(const uint8_t *input_data, uint32_t input_len, int16_t *output_buffer, uint32_t output_buffer_size) {
    // 简化示例：假设输入已经是PCM数据，直接复制
    memcpy(output_buffer, input_data, input_len > output_buffer_size ? output_buffer_size : input_len);
    return input_len / 2; // 假设输入是16-bit PCM，返回样本数
}

bool audio_processing_mix_channels(int16_t *input_buffers[], uint8_t num_channels, int16_t *output_buffer, uint32_t samples) {
    // 简单混音示例：平均值混合
    for (uint32_t i = 0; i < samples; ++i) {
        int32_t mixed_sample = 0;
        for (uint8_t ch = 0; ch < num_channels; ++ch) {
            mixed_sample += input_buffers[ch][i];
        }
        output_buffer[i] = (int16_t)(mixed_sample / num_channels); // 防止溢出
    }
    return true;
}

bool audio_processing_eq(int16_t *input_buffer, int16_t *output_buffer, uint32_t samples) {
    // 简化示例：简单的增益调整，实际EQ需要更复杂的滤波器实现 (例如IIR滤波器)
    for (uint32_t i = 0; i < samples; ++i) {
        float sample_f = (float)input_buffer[i];
        // 这里只是一个示例，实际EQ需要分频段处理，并应用滤波器
        for (int j = 0; j < 10; ++j) { // 假设10段EQ
            sample_f *= powf(10.0f, g_audio_proc_config.eq_gains[j] / 20.0f); // 分贝转增益
        }
        output_buffer[i] = (int16_t)sample_f; // 需要clip到int16_t范围
    }
    return true;
}

bool audio_processing_drc(int16_t *input_buffer, int16_t *output_buffer, uint32_t samples) {
    // 简化DRC示例：简单的压缩，实际DRC需要更复杂的算法 (例如多段压缩、自动增益控制)
    float ratio = g_audio_proc_config.drc_ratio;
    for (uint32_t i = 0; i < samples; ++i) {
        float sample_f = (float)input_buffer[i];
        if (fabsf(sample_f) > 0.5f * 32767.0f) { // 假设阈值为0.5倍最大值
            sample_f *= ratio; // 压缩高音量部分
        }
        output_buffer[i] = (int16_t)sample_f; // 需要clip到int16_t范围
    }
    return true;
}

bool audio_processing_surround(int16_t *input_buffer, int16_t *output_buffers[], uint8_t num_outputs, uint32_t samples) {
    // 简化环绕声示例：简单的声道分配，实际环绕声需要更复杂的空间声场处理 (例如HRTF, 虚拟环绕)
    // 假设 output_buffers[0] 是左声道，output_buffers[1] 是右声道，output_buffers[2] 是环绕左，output_buffers[3] 是环绕右
    for (uint32_t i = 0; i < samples; ++i) {
        int16_t mono_sample = input_buffer[i];
        if (num_outputs >= 2) { // 假设至少有左右声道
            output_buffers[0][i] = mono_sample; // 左声道
            output_buffers[1][i] = mono_sample; // 右声道
        }
        if (num_outputs >= 4) { // 假设有环绕声道
            output_buffers[2][i] = mono_sample / 2; // 环绕左，音量减半
            output_buffers[3][i] = mono_sample / 2; // 环绕右，音量减半
        }
    }
    return true;
}

bool audio_processing_volume_control(int16_t *buffer, uint32_t samples, float volume_level) {
    // 简单的音量控制：线性增益
    for (uint32_t i = 0; i < samples; ++i) {
        float sample_f = (float)buffer[i] * volume_level;
        buffer[i] = (int16_t)sample_f; // 需要clip到int16_t范围
    }
    return true;
}

// ... 其他音频处理功能函数的实现，例如人声消除、混响等 (将在KTV引擎模块中详细介绍)

wireless_comms.h:

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#ifndef WIRELESS_COMMS_H
#define WIRELESS_COMMS_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

// 无线通信配置结构体
typedef struct {
    char ap_ssid[32];
    char ap_password[64];
    // ... 其他无线通信参数，例如端口号、协议类型等
} wireless_comms_config_t;

// 无线设备类型
typedef enum {
    WIRELESS_DEVICE_TYPE_MAIN_SOUNDBAR,
    WIRELESS_DEVICE_TYPE_SURROUND_SPEAKER_LEFT,
    WIRELESS_DEVICE_TYPE_SURROUND_SPEAKER_RIGHT,
    WIRELESS_DEVICE_TYPE_SUBWOOFER,
    WIRELESS_DEVICE_TYPE_UNKNOWN,
} wireless_device_type_t;

// 无线数据包类型
typedef enum {
    WIRELESS_PACKET_TYPE_AUDIO_DATA,
    WIRELESS_PACKET_TYPE_CONTROL_COMMAND,
    WIRELESS_PACKET_TYPE_DEVICE_INFO,
    // ... 其他数据包类型
} wireless_packet_type_t;

// 无线数据包头结构体 (示例)
typedef struct {
    wireless_packet_type_t packet_type;
    uint32_t payload_len;
    uint32_t timestamp;
    // ... 其他包头信息，例如设备ID、序列号等
} wireless_packet_header_t;

// 初始化无线通信模块
bool wireless_comms_init(wireless_comms_config_t *config);

// 连接到AP
bool wireless_comms_connect();

// 断开连接
bool wireless_comms_disconnect();

// 获取连接状态
hal_wireless_state_t wireless_comms_get_state();

// 注册数据接收回调函数
typedef void (*wireless_comms_data_callback_t)(wireless_packet_type_t packet_type, const uint8_t *payload, uint32_t payload_len);
bool wireless_comms_register_data_callback(wireless_comms_data_callback_t callback);

// 发送数据包
bool wireless_comms_send_packet(wireless_packet_type_t packet_type, const uint8_t *payload, uint32_t payload_len);

// 发送音频数据
bool wireless_comms_send_audio_data(const int16_t *audio_data, uint32_t num_samples, uint8_t channels);

// ... 其他无线通信控制函数，例如设备发现、配对、固件升级等

#endif // WIRELESS_COMMS_H

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#include "wireless_comms.h"
#include "wireless_driver.h"
#include <string.h> // memcpy

static wireless_comms_config_t g_wireless_comms_config;
static wireless_comms_data_callback_t g_comms_data_callback = NULL;

bool wireless_comms_init(wireless_comms_config_t *config) {
    g_wireless_comms_config = *config;
    wireless_driver_config_t driver_config; // 可以根据 g_wireless_comms_config 配置 driver_config
    if (!wireless_driver_init(&driver_config)) {
        return false;
    }
    if (!wireless_driver_register_data_callback(wireless_comms_driver_data_callback, NULL)) { // 注册驱动层回调
        return false;
    }
    return true;
}

bool wireless_comms_connect() {
    return wireless_driver_connect_ap(g_wireless_comms_config.ap_ssid, g_wireless_comms_config.ap_password);
}

bool wireless_comms_disconnect() {
    return wireless_driver_disconnect();
}

hal_wireless_state_t wireless_comms_get_state() {
    return wireless_driver_get_state();
}

bool wireless_comms_register_data_callback(wireless_comms_data_callback_t callback) {
    g_comms_data_callback = callback;
    return true;
}

// 驱动层数据接收回调函数，解析数据包并调用上层回调
void wireless_comms_driver_data_callback(const uint8_t *data, uint32_t len, void *user_data) {
    if (g_comms_data_callback != NULL) {
        wireless_packet_header_t *header = (wireless_packet_header_t *)data;
        if (len >= sizeof(wireless_packet_header_t)) {
            g_comms_data_callback(header->packet_type, data + sizeof(wireless_packet_header_t), header->payload_len);
        } else {
            // 数据包长度错误处理
        }
    }
}

bool wireless_comms_send_packet(wireless_packet_type_t packet_type, const uint8_t *payload, uint32_t payload_len) {
    uint8_t packet_buffer[1024]; // 假设最大包长度
    wireless_packet_header_t *header = (wireless_packet_header_t *)packet_buffer;
    header->packet_type = packet_type;
    header->payload_len = payload_len;
    header->timestamp = 0; // 可以添加时间戳
    memcpy(packet_buffer + sizeof(wireless_packet_header_t), payload, payload_len);
    return wireless_driver_send_data(packet_buffer, sizeof(wireless_packet_header_t) + payload_len);
}

bool wireless_comms_send_audio_data(const int16_t *audio_data, uint32_t num_samples, uint8_t channels) {
    uint32_t payload_len = num_samples * channels * sizeof(int16_t);
    return wireless_comms_send_packet(WIRELESS_PACKET_TYPE_AUDIO_DATA, (const uint8_t *)audio_data, payload_len);
}

// ... 其他无线通信控制函数的实现

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#ifndef KTV_ENGINE_H
#define KTV_ENGINE_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

// KTV引擎配置结构体
typedef struct {
    float voice_cancel_level; // 人声消除程度 (0.0-1.0)
    float reverb_decay_time;  // 混响衰减时间 (秒)
    float reverb_wet_level;   // 混响湿声比例 (0.0-1.0)
} ktv_engine_config_t;

// 初始化KTV引擎
bool ktv_engine_init(ktv_engine_config_t *config);

// 设置KTV引擎配置
bool ktv_engine_set_config(const ktv_engine_config_t *config);

// 人声消除处理
bool ktv_engine_voice_cancellation(int16_t *input_buffer, int16_t *output_buffer, uint32_t samples);

// 混响效果处理
bool ktv_engine_reverb(int16_t *input_buffer, int16_t *output_buffer, uint32_t samples);

// ... 其他KTV相关功能函数，例如麦克风增益控制、音调调整等

#endif // KTV_ENGINE_H

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#include "ktv_engine.h"
#include <stdlib.h> // malloc, free
#include <string.h> // memset

static ktv_engine_config_t g_ktv_config;
static int16_t *g_reverb_delay_buffer = NULL; // 混响延迟线缓冲区
static uint32_t g_reverb_delay_buffer_len = 0;
static uint32_t g_reverb_delay_index = 0;

bool ktv_engine_init(ktv_engine_config_t *config) {
    g_ktv_config = *config;
    // 初始化混响延迟线缓冲区
    g_reverb_delay_buffer_len = 48000 * config->reverb_decay_time; // 假设采样率48kHz，计算延迟线长度
    g_reverb_delay_buffer = (int16_t *)malloc(g_reverb_delay_buffer_len * sizeof(int16_t));
    if (g_reverb_delay_buffer == NULL) {
        return false; // 内存分配失败
    }
    memset(g_reverb_delay_buffer, 0, g_reverb_delay_buffer_len * sizeof(int16_t));
    g_reverb_delay_index = 0;
    return true;
}

bool ktv_engine_set_config(const ktv_engine_config_t *config) {
    g_ktv_config = *config;
    // 可以根据新的配置参数调整混响延迟线长度等
    return true;
}

bool ktv_engine_voice_cancellation(int16_t *input_buffer, int16_t *output_buffer, uint32_t samples) {
    // 简化人声消除示例：简单的中频衰减，实际人声消除需要更复杂的算法 (例如陷波滤波器、频谱分析)
    float cancel_level = g_ktv_config.voice_cancel_level;
    for (uint32_t i = 0; i < samples; ++i) {
        float sample_f = (float)input_buffer[i];
        // 假设人声频率范围在 300Hz-3kHz，可以简单衰减这个频段的信号 (这里简化为直接衰减)
        sample_f *= (1.0f - cancel_level); // 简单衰减
        output_buffer[i] = (int16_t)sample_f; // 需要clip到int16_t范围
    }
    return true;
}

bool ktv_engine_reverb(int16_t *input_buffer, int16_t *output_buffer, uint32_t samples) {
    // 简化混响示例：简单的延迟线混响，实际混响需要更复杂的算法 (例如梳状滤波器、全通滤波器、反馈延迟网络)
    float decay_factor = 0.5f; // 衰减因子，控制混响衰减速度
    float wet_level = g_ktv_config.reverb_wet_level;
    float dry_level = 1.0f - wet_level;

    for (uint32_t i = 0; i < samples; ++i) {
        int16_t current_sample = input_buffer[i];
        int16_t delayed_sample = g_reverb_delay_buffer[g_reverb_delay_index];
        output_buffer[i] = (int16_t)((dry_level * current_sample) + (wet_level * delayed_sample)); // 干湿声混合

        g_reverb_delay_buffer[g_reverb_delay_index] = (int16_t)(current_sample + (delayed_sample * decay_factor)); // 更新延迟线
        g_reverb_delay_index = (g_reverb_delay_index + 1) % g_reverb_delay_buffer_len; // 循环延迟线索引
    }
    return true;
}

// ... 其他KTV相关功能函数的实现

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#ifndef SYSTEM_MANAGER_H
#define SYSTEM_MANAGER_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "audio_driver.h"
#include "wireless_comms.h"
#include "audio_processing.h"
#include "ktv_engine.h"

// 系统状态枚举
typedef enum {
    SYSTEM_STATE_INIT,
    SYSTEM_STATE_IDLE,
    SYSTEM_STATE_PLAYING_MUSIC,
    SYSTEM_STATE_KTV_MODE,
    SYSTEM_STATE_WIRELESS_CONNECTING,
    SYSTEM_STATE_WIRELESS_CONNECTED,
    SYSTEM_STATE_ERROR,
    // ... 其他系统状态
} system_state_t;

// 系统配置结构体
typedef struct {
    audio_driver_config_t audio_config;
    wireless_comms_config_t wireless_config;
    audio_processing_config_t audio_proc_config;
    ktv_engine_config_t ktv_config;
    // ... 其他系统配置参数，例如默认音量、EQ 预设等
} system_config_t;

// 初始化系统管理器
bool system_manager_init(system_config_t *config);

// 获取当前系统状态
system_state_t system_manager_get_state();

// 设置系统状态
bool system_manager_set_state(system_state_t state);

// 处理无线数据包
bool system_manager_handle_wireless_packet(wireless_packet_type_t packet_type, const uint8_t *payload, uint32_t payload_len);

// 开始播放音乐 (示例：播放本地音频文件 或 通过无线接收音频)
bool system_manager_start_music_playback();

// 停止播放音乐
bool system_manager_stop_music_playback();

// 进入KTV模式
bool system_manager_enter_ktv_mode();

// 退出KTV模式
bool system_manager_exit_ktv_mode();

// 执行固件升级 (OTA, Over-The-Air)
bool system_manager_firmware_upgrade();

// ... 其他系统管理功能函数，例如设备配对、错误处理、状态监控等

#endif // SYSTEM_MANAGER_H

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#include "system_manager.h"
#include "audio_driver.h"
#include "wireless_comms.h"
#include "audio_processing.h"
#include "ktv_engine.h"

static system_config_t g_system_config;
static system_state_t g_system_state = SYSTEM_STATE_INIT;

bool system_manager_init(system_config_t *config) {
    g_system_config = *config;

    if (!audio_driver_init(&config->audio_config)) {
        return false;
    }
    if (!wireless_comms_init(&config->wireless_config)) {
        return false;
    }
    if (!audio_processing_init(&config->audio_proc_config)) {
        return false;
    }
    if (!ktv_engine_init(&config->ktv_config)) {
        return false;
    }
    if (!wireless_comms_register_data_callback(system_manager_wireless_data_callback)) { // 注册无线数据回调
        return false;
    }

    g_system_state = SYSTEM_STATE_IDLE;
    return true;
}

system_state_t system_manager_get_state() {
    return g_system_state;
}

bool system_manager_set_state(system_state_t state) {
    g_system_state = state;
    return true;
}

// 无线数据接收回调函数，处理不同类型的数据包
void system_manager_wireless_data_callback(wireless_packet_type_t packet_type, const uint8_t *payload, uint32_t payload_len) {
    system_manager_handle_wireless_packet(packet_type, payload, payload_len);
}

bool system_manager_handle_wireless_packet(wireless_packet_type_t packet_type, const uint8_t *payload, uint32_t payload_len) {
    switch (packet_type) {
        case WIRELESS_PACKET_TYPE_AUDIO_DATA:
            // 处理音频数据包，例如解码、混音、播放
            // ...
            break;
        case WIRELESS_PACKET_TYPE_CONTROL_COMMAND:
            // 处理控制命令包，例如音量调节、模式切换等
            // ...
            break;
        case WIRELESS_PACKET_TYPE_DEVICE_INFO:
            // 处理设备信息包，例如设备发现、配对等
            // ...
            break;
        default:
            // 未知数据包类型处理
            break;
    }
    return true;
}

bool system_manager_start_music_playback() {
    system_manager_set_state(SYSTEM_STATE_PLAYING_MUSIC);
    audio_driver_start_output();
    // ... 从本地文件或无线接收音频数据并开始播放
    return true;
}

bool system_manager_stop_music_playback() {
    system_manager_set_state(SYSTEM_STATE_IDLE);
    audio_driver_stop_output();
    // ... 停止音频播放
    return true;
}

bool system_manager_enter_ktv_mode() {
    system_manager_set_state(SYSTEM_STATE_KTV_MODE);
    audio_driver_set_input(HAL_CODEC_INPUT_MIC); // 切换到麦克风输入
    audio_driver_start_input();
    audio_driver_start_output(); // 同时需要输出麦克风声音
    // ... 启用KTV相关音频处理 (人声消除、混响)
    return true;
}

bool system_manager_exit_ktv_mode() {
    system_manager_set_state(SYSTEM_STATE_IDLE);
    audio_driver_stop_input();
    audio_driver_stop_output();
    audio_driver_set_input(HAL_CODEC_INPUT_LINEIN); // 切换回线路输入或默认输入
    // ... 关闭KTV相关音频处理
    return true;
}

bool system_manager_firmware_upgrade() {
    system_manager_set_state(SYSTEM_STATE_ERROR); // 升级期间可以设置为错误状态或其他状态
    // ... 执行固件升级流程 (例如通过无线接收固件镜像并写入Flash)
    system_manager_set_state(SYSTEM_STATE_IDLE); // 升级完成后恢复到空闲状态
    return true;
}

// ... 其他系统管理功能函数的实现

4. 应用层 (Application Layer) - main.c

应用层是主程序入口，负责系统初始化、任务调度、用户交互等。

main.c:

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#include "system_manager.h"
#include "audio_driver.h"
#include "wireless_comms.h"
#include "audio_processing.h"
#include "ktv_engine.h"
#include <stdio.h> // printf

int main() {
    printf("Starting Wireless SoundBar System...\n");

    // 系统配置初始化
    system_config_t system_config;

    // 音频驱动配置
    system_config.audio_config.sample_rate = HAL_CODEC_SAMPLE_RATE_48000;
    system_config.audio_config.bit_depth = HAL_CODEC_BIT_DEPTH_16BIT;
    system_config.audio_config.channels = 2; // 立体声
    system_config.audio_config.input_source = HAL_CODEC_INPUT_LINEIN;
    system_config.audio_config.output_target = HAL_CODEC_OUTPUT_SPEAKER;

    // 无线通信配置
    strcpy(system_config.wireless_config.ap_ssid, "YOUR_WIFI_SSID"); // 替换为你的WiFi SSID
    strcpy(system_config.wireless_config.ap_password, "YOUR_WIFI_PASSWORD"); // 替换为你的WiFi密码

    // 音频处理配置 (示例)
    memset(system_config.audio_proc_config.eq_gains, 0, sizeof(system_config.audio_proc_config.eq_gains)); // EQ 增益初始化为 0dB
    system_config.audio_proc_config.reverb_level = 0.5f;
    system_config.audio_proc_config.drc_ratio = 0.8f;

    // KTV 引擎配置 (示例)
    system_config.ktv_config.voice_cancel_level = 0.6f;
    system_config.ktv_config.reverb_decay_time = 0.8f;
    system_config.ktv_config.reverb_wet_level = 0.4f;


    // 初始化系统管理器
    if (!system_manager_init(&system_config)) {
        printf("System initialization failed!\n");
        return -1;
    }

    printf("System initialized successfully!\n");

    // 连接到无线网络
    printf("Connecting to WiFi...\n");
    if (wireless_comms_connect()) {
        printf("WiFi connected!\n");
        system_manager_set_state(SYSTEM_STATE_WIRELESS_CONNECTED);
    } else {
        printf("WiFi connection failed!\n");
        system_manager_set_state(SYSTEM_STATE_ERROR);
    }

    // 主循环 (示例：简单状态机)
    while (1) {
        system_state_t current_state = system_manager_get_state();
        switch (current_state) {
            case SYSTEM_STATE_IDLE:
                // 空闲状态，等待用户指令或无线数据
                // ... 可以添加用户输入处理逻辑 (例如通过串口接收指令)
                // 示例：模拟用户输入指令
                char command[32];
                printf("Enter command (music/ktv/exit): ");
                scanf("%s", command);
                if (strcmp(command, "music") == 0) {
                    system_manager_start_music_playback();
                } else if (strcmp(command, "ktv") == 0) {
                    system_manager_enter_ktv_mode();
                } else if (strcmp(command, "exit") == 0) {
                    printf("Exiting system.\n");
                    return 0;
                }
                break;
            case SYSTEM_STATE_PLAYING_MUSIC:
                // 音乐播放状态
                // ... 可以处理播放控制指令 (例如暂停、停止、音量调节)
                // 示例：模拟用户输入停止播放指令
                printf("Playing music. Enter 'stop' to stop: ");
                scanf("%s", command);
                if (strcmp(command, "stop") == 0) {
                    system_manager_stop_music_playback();
                }
                break;
            case SYSTEM_STATE_KTV_MODE:
                // KTV 模式
                // ... 可以处理 KTV 相关控制指令 (例如混响调节、人声消除开关)
                // 示例：模拟用户输入退出 KTV 模式指令
                printf("KTV mode. Enter 'exitktv' to exit KTV mode: ");
                scanf("%s", command);
                if (strcmp(command, "exitktv") == 0) {
                    system_manager_exit_ktv_mode();
                }
                break;
            case SYSTEM_STATE_ERROR:
                // 错误状态，可以进行错误处理或重启系统
                printf("System error! Please check logs or restart.\n");
                // ... 错误处理逻辑
                break;
            default:
                // 其他状态处理
                break;
        }
        // 可以添加延时，降低 CPU 占用率
        // delay_ms(10);
    }

    return 0;
}

测试验证和维护升级:

  • 测试验证:

    • 单元测试: 针对每个模块的函数进行单元测试，确保功能正确性。例如，测试音频处理模块的EQ、DRC、混响算法是否符合预期。
    • 集成测试: 测试模块之间的协同工作，例如音频数据在各个模块之间的正确传递和处理。
    • 系统测试: 对整个系统进行功能测试、性能测试、稳定性测试、兼容性测试。例如，测试多声道播放效果、无线连接稳定性、KTV功能效果、音频质量等。
    • 用户场景测试: 模拟用户实际使用场景进行测试，例如长时间播放、不同音频源切换、无线环境干扰等。

  • 维护升级:

    • 固件升级 (OTA): 支持OTA固件升级功能，方便后续功能更新和bug修复。需要在系统管理模块中实现固件下载、校验、写入Flash等流程。
    • 远程诊断: 预留远程诊断接口 (例如通过网络或串口)，方便远程分析和解决问题。
    • 日志记录: 完善的日志记录系统，记录系统运行状态、错误信息，方便问题定位和分析。
    • 模块化设计: 模块化设计使得系统更容易维护和升级，可以单独更新某个模块而不影响其他模块。

总结:

以上代码框架和详细描述提供了一个无线SoundBar嵌入式系统的完整软件架构设计方案。这个方案采用了分层架构，模块化设计，并详细阐述了核心模块的功能和C代码实现框架。 为了满足3000行代码的要求，我尽可能详细地展开了代码结构和功能描述，虽然提供的代码示例并非完整的3000行，但它已经展现了构建一个复杂嵌入式系统的必要模块和技术方法。

在实际项目中，还需要根据具体的硬件平台、无线协议、音频编解码器、以及详细的功能需求，进一步完善和实现各个模块的代码。同时，需要进行充分的测试验证，确保系统的可靠性、高效性和可扩展性。
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for chunk in client.models.generate_content_stream(
File “/home/tong/.local/lib/python3.10/site-packages/google/genai/models.py”, line 3722, in generate_content_stream
for response_dict in self.api_client.request_streamed(
File “/home/tong/.local/lib/python3.10/site-packages/google/genai/_api_client.py”, line 344, in request_streamed
for chunk in session_response.segments():
File “/home/tong/.local/lib/python3.10/site-packages/google/genai/_api_client.py”, line 133, in segments
yield json.loads(str(chunk, ‘utf-8’))
File “/usr/lib/python3.10/json/init.py”, line 346, in loads
return _default_decoder.decode(s)
File “/usr/lib/python3.10/json/decoder.py”, line 337, in decode
obj, end = self.raw_decode(s, idx=_w(s, 0).end())
File “/usr/lib/python3.10/json/decoder.py”, line 353, in raw_decode
obj, end = self.scan_once(s, idx)
json.decoder.JSONDecodeError: Expecting property name enclosed in double quotes: line 1 column 2 (char 1)

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