RaspbianからI2Sを行う方法については記事が見つかりますが、Ubuntu MATEを使ったものは見当たらなかったのでまとめました。

目標

Raspberry Pi 3 model BにUbuntu MATEを入れ、デジタルマイクSPH0645LM4HとI2S通信する。

インストール手順

公式ページ(https://ubuntu-mate.org/download/ )からUbuntu MATEをダウンロードし、Raspberry Pi 3 model Bに書き込む。今回使用したのは、ubuntu-mate-18.04.2-beta1-desktop-armhf+raspi-ext4.img。
/boot/config.txtに以下を追加で書き込む。

dtparam=i2s=on

/etc/modulesに以下を追加で書き込む。

snd-bcm2835

リブートする。

sudo reboot

snd_bcm2835などのモジュールがロードされていることを確認。

lsmod | grep snd # snd_bcm2835 などが表示されるはず。

linux imageのアップデートおよびlinux headerのインストール。

sudo apt update
sudo apt install linux-image-raspi2 # 今回インストールしたバージョン：linux-image-raspi2/bionic-updates,bionic-security,now 4.15.0.1041.39 armhf
sudo apt install linux-headers-raspi2 # 今回インストールしたバージョン：linux-headers-raspi2/bionic-updates,bionic-security,now 4.15.0.1041.39 armhf

リブートする。

sudo reboot

i2sをコンパイルする準備ができていることを確認。

sudo mount -t debugfs debugs /sys/kernel/debug # mount: debugs already mounted or mount point busy. などと表示されるはず。

カーネルモジュールをmakeするためのパッケージをインストール。

git clone https://github.com/PaulCreaser/rpi-i2s-audio
cd rpi-i2s-audio

カーネルモジュールをmakeして作成し、カーネル本体にロードする。

sudo apt install make gcc git bc libncurses5-dev bison flex libssl-dev
make -C /lib/modules/$(uname -r )/build M=$(pwd) modules
sudo insmod my_loader.ko

audioグループに自分のユーザを追加する。

sudo adduser $USER audio

ユーザの追加を反映させるため、ログアウトしてログインする。
Raspberry Piをブートするたびに、今回作成したカーネルモジュールを自動でロードできるようにする。

cd rpi-i2s-audio
sudo cp my_loader.ko /lib/modules/$(uname -r)
echo 'my_loader' | sudo tee --append /etc/modules > /dev/null # 先ほど書いたsnd-bcm2835と改行されて書かれているか確認する。
sudo depmod -a
sudo modprobe my_loader

リブートして設定完了。

sudo reboot

SPH0645LM4HとRaspberry Piを配線でつなぐ。ピン接続は以下のようにする。

SPH0645LM4H	Raspberry Pi
3V	pin1 (3.3V)
GND	pin6 (GND)
BCLK	pin12 (PCM_CLK)
DOUT	pin38 (PCM_DIN)
LRCL	pin35 (PCM_FS)
SEL	Not connected

テスト

・マイクデバイスの一覧を表示し、「snd_rpi_simple_card」があることを確認。

arecord -l

・arecordというコマンドから音声を保存する。ノートPCなどで再生できればテスト成功！

arecord -D plughw:1 -c2 -r 48000 -f S32_LE -t wav -V stereo -v file_stereo.wav

・pyaudioからも読める。

import pyaudio
p = pyaudio.PyAudio()
for index in range(p.get_device_count()):
    print(p.get_device_info_by_index(index)['name'])
    print('')

参考

（これらのサイトの環境はRaspbianだが自分の環境はUbuntu MATEなので、細かい違いがある）