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以優(yōu)盤為存儲介質(zhì)的mp3播放器設計

作者: 時間:2007-11-20 來源:網(wǎng)絡 收藏
引言

隨著作為消費類產(chǎn)品的普及,MP3的與生產(chǎn)也越來越多。在當前的MP3中,一般有以下幾種方案:

① MCU內(nèi)置硬解碼模塊。典型的芯片有Atmel公司的AT89C51SNDI等芯片。
② 外置獨立的MP3硬解碼芯片。此種方案的好處是可以使用眾多的MCU,可根據(jù)需要任意選擇。硬解碼芯片典型的有VS1011B、STA013等芯片。
③ 使用功能強大的MCU進行軟解碼,如使用DSP或是高性能的ARM。此種方案較為靈活,通過軟件升級即可實現(xiàn)產(chǎn)品的升級。

MP3一般采用Flash芯片。隨
著USB技術和閃存技術的發(fā)展,已經(jīng)成為一種大眾化的電子產(chǎn)品被廣泛使用,但一般只是作為PC的移動器。本文研究的一種方案是在上述MP3方案②的基礎上,外擴讀寫電路,使存儲使用普通的優(yōu)盤。這樣可以解決普遍使用的優(yōu)盤只能作為PC外設存儲數(shù)據(jù)用的問題,使U盤的使用范圍擴展到MP3上。更大的意義還在于,本文提出了一種在以嵌入式系統(tǒng)、MCU為核心的消費類電子產(chǎn)品或工業(yè)產(chǎn)品中,將優(yōu)盤作為數(shù)據(jù)存儲器使用的設計方案,為在微計算機測控系統(tǒng)、儀器儀表、無紙化數(shù)據(jù)記錄儀、數(shù)碼相機等產(chǎn)品中添加優(yōu)盤外設功能提供有益的參考。

1 硬件設計

S3C44B0X是Samsung公司開發(fā)生產(chǎn)的為嵌入式設備提供的一個低成本、高性能的ARM7TMDI核處理器,其最高運行頻率可達66 MHz。SL811HS是Cypress公司的一款遵從USB1.1協(xié)議的嵌入式Host/Slave USB芯片;可以支持低速和高速模式,能自動偵測低速模式1. 5 Mbps設備和高速模式12 Mbps全速設備。由于具有8位數(shù)據(jù)總線的支持,使該芯片可以較為簡單地與微控制器相連,SL811HS芯片與S3C44B0X的接口較為簡單。本系統(tǒng)中ARM讀/寫優(yōu)盤原理框圖如圖1所示。

優(yōu)盤讀/寫電路原理框圖

SL811HS的控制命令和數(shù)據(jù)均通過D0~D7傳輸,A0為數(shù)據(jù)或地址選擇線。當A0置為低電平時,D0~D7上傳輸?shù)氖荢L811HS片內(nèi)寄存器的地址;反之當A0置為高電平時傳輸?shù)膭t為數(shù)據(jù)。nWR、nRD、nCS、nRST0分別為寫控制線、讀控制線、片選線和復位線,S3C44B0X通過這幾根控制線完成對SL811HS片內(nèi)緩沖區(qū)的讀寫、片選和復位等操作。INT是SL811HS的中斷請求信號線。當SL811HS檢測到優(yōu)盤插入、拔出時,通過將INT線拉高通知S3C44B0X。S3C44B0X可以通過查詢SL811HS片內(nèi)狀態(tài)寄存器來得知是優(yōu)盤插入或是拔出。對狀態(tài)寄存器進行寫操作可以清除中斷,但需要注意的是ARM的結構特性。ARM內(nèi)部通常是Little Endian方式存儲和使用4字節(jié)對齊方式[1],并且當采用16位數(shù)據(jù)總線時,地址線ADDR0是無效的[2]。在本系統(tǒng)中,SL811HS芯片A0端是與ADDR1相連接的。

VS1011B是一款單芯片的MP3解碼芯片,在國際MP3業(yè)余愛好者中影響較大,集成解碼、A/D轉(zhuǎn)換、音頻放大等功能。VS1011B與S3C44B0X接口為SPI接口,其連接電路原理框圖如圖2所示。

VS1011B控制電路原理框圖

VS1011B的控制與數(shù)據(jù)傳輸是通過SPI接口完成的,DREQ、xDCS、xCS、nRST1分別為數(shù)據(jù)請求端口、數(shù)字片選信號線、片選線、復位線。在VS1001B的新模式下,SDI(Serial Data Interface)數(shù)據(jù)和SCI(Serial Command Interface)數(shù)據(jù)傳輸可以共享ARM的一個SPI接口;而在兼容模式下,SDI數(shù)據(jù)傳輸要用DCLK、SDATA串行接口,SCI數(shù)據(jù)傳輸用SPI接口。為了簡化電路,此處選用了新模式。

2 軟件設計

2.1 優(yōu)盤讀寫軟件的實現(xiàn)

USB組織定義了海量存儲設備類(mass storage class)的規(guī)范。這個類規(guī)范包括4個獨立的子類規(guī)范:USB Mass Storage Class Control/Bulk/Interrupt (CBI) Transport 、USB Mass Storage Class BulkOnly Transport、USB Mass Storage Class ATA Command Block、USB Mass Storage Class UFI Command Specification。其中優(yōu)盤屬于海量存儲設備,遵循bulkonly傳輸協(xié)議,子類采用UFI命令集。本設計軟件的總體結構如圖3所示。其中兩條點畫線之間的部分為讀/寫優(yōu)盤的軟件結構。

軟件總體結構圖

2.1.1 USB物理層協(xié)議的實現(xiàn)

該部分實現(xiàn)S3C44B0X對SL811HS芯片的直接底層數(shù)據(jù)的讀寫,包括對SL811HS的初始化及讀/寫一個字節(jié)的函數(shù)。限于篇幅,此處只列出對SL811HS芯片的初始化程序:

/*********************************
  函數(shù)名稱:SL811_Init
  函數(shù)功能:初始化SL811HS芯片
  輸入?yún)?shù):無
  返回值:無
*********************************/
void SL811_Init(void){
  //初始化U盤為未插入狀態(tài)
  bFlags.bits.SLAVE_ONLINE = FALSE;
  bFlags.bits.SLAVE_FOUND = FALSE;
  bFlags.bits.SLAVE_REMOVED = FALSE;
  bFlags.bits.SLAVE_ENUMERATED = FALSE;
  bFlags.bits.SLAVE_IS_ATTACHED = FALSE;
  //允許硬件產(chǎn)生SOF(Start of Frame)
  SL811Write(CtrlReg,0x04);
  DelayMs(100);
  SL811Write(CtrlReg,0x01);
  //設置SOF,1 ms中斷
  SL811Write(cDATASet,0xe0);
  //設置為主機工作模式
  SL811Write(cSOFcnt,0xae);
  SL811Write(EP0Status,0x50);
  //地址設為0
  SL811Write(EP0Counter,0);
  //允許數(shù)據(jù)發(fā)送

SL811Write(EP0Control,0x01);
  SL811Write(IntEna,0x20);
  //清中斷
  SL811Write(IntStatus,INT_CLEAR);
}

2.1.2 USB設備協(xié)議層的實現(xiàn)

該部分實現(xiàn)對優(yōu)盤扇區(qū)的直接讀寫,其中兩個很重要的函數(shù)為Bulkin和Bulkout。此處只列出Bulkin函數(shù)的實現(xiàn):

/**********************************
  函數(shù)名稱:epB
ulkRcv
  函數(shù)功能:實現(xiàn)bulkonly協(xié)議中的Bulkin函數(shù)
  輸入?yún)?shù):pBuffer為數(shù)據(jù)的地址,len為數(shù)據(jù)的長度
  返回值:TRUE為成功,F(xiàn)ALSE為失敗
**********************************/
unsigned char epBulkRcv(unsigned char *pBuffer,unsigned int len){
    usbstack.usbaddr=0x1;
    usbstack.endpoint=usbstack.epbulkin;
    usbstack.pid=PID_IN;
    //設置包長度為64
    usbstack.wPayload=64;
    usbstack.wLen=len;
    usbstack.buffer=pBuffer;
    if(usbstack.wLen){
      if(!usbXfer())
      return FALSE;
    }
  return TRUE;
}

2.1.3 FAT16/FAT32文件格式的實現(xiàn)

該部分程序是根據(jù)FAT16/FAT32文件系統(tǒng)的結構,實現(xiàn)對文件的讀、寫、創(chuàng)建、刪除等操作。優(yōu)盤上的數(shù)據(jù)按照其不同的特點和作用大致可分為5部分:MBR區(qū)(主引導記錄區(qū))、DBR區(qū)(系統(tǒng)引導記錄區(qū))、FAT區(qū)(文件分配表區(qū))、FDT區(qū)(文件目錄表區(qū))和DATA區(qū)(數(shù)據(jù)區(qū))。

在實現(xiàn)對文件的讀/寫時,首先根據(jù)MBR區(qū)和DBR區(qū)的大小,找到FAT表的位置,然后根據(jù)FAT表找出相應文件的數(shù)據(jù)位置,即可對此文件進行相應的處理。其具體實現(xiàn)涉及FAT文件系統(tǒng)的結構,此處不再詳述。

2.2 VS1011B的控制與音樂文件數(shù)據(jù)輸入

本方案播放器的實現(xiàn)原理就是控制器 從優(yōu)盤讀取MP3文件數(shù)據(jù),當VS1011B的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)需要數(shù)據(jù)時,將數(shù)據(jù)送入VS1011B進行解碼。VS1011B采用串行接口,有兩種接口模式:

Native Modes(新模式)和Compatibility;
Mode(兼容模式)。當?shù)刂窞?x0的MODE寄存器的SM_SDINEW位為1時為新模式;反之為兼容模式。上電時默認為新模式。

在播放音樂之前,首先需要對VS1011B進行初始化,然后輸入音樂文件即可播放歌曲。其控制步驟如下:[3]

① 拉低nRST1。
② 等待DREQ引腳信號變高。
③ 寫寄存器MODE的參數(shù),包
括正確設置SM_SDINEW和SM_SDISHARED位。
④ 若時鐘數(shù)率非24.576 MHz,應設置SCI_CLOCKF。
⑤ 若使用倍頻時鐘,試圖通過改變SCI_CLOCKF直接操作,應將適當?shù)牟蓸铀俾蕦懭隨CI_AUDATA寄存器,等待至少11000個時鐘后才可以操作高速的SPI通信。
⑥ 設置音量寄存器SCI_VOL。
⑦ 若希望加強低音,可設置寄存器SCI_BASS。
⑧從優(yōu)盤讀取一首MP3歌曲文件,并開始傳送音樂數(shù)據(jù)。應注意數(shù)據(jù)傳送的規(guī)則,DREQ信號是用來表示VS1011B的MP3數(shù)據(jù)緩沖區(qū)是否需要數(shù)據(jù)。當VS1011B的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)可再接收32字節(jié)數(shù)據(jù)時,DREQ引腳電平變高。當軟件查詢到此引腳電平變高時,就再送入32個字節(jié)的MP3音樂數(shù)據(jù)。
⑨ 本首歌曲完成播放,讀取下一首MP3歌曲,并轉(zhuǎn)到步驟⑧。

結語

本文介紹了使用優(yōu)盤存儲MP3歌曲文件的一種MP3播放器的設計,其中軟件設計的難度較大。此外VS1011B除支持MP3格式音樂文件外,還支持WAV格式等,改變一下軟件即可播放WAV文件格式的音樂。如果MP3播放器設計帶有液晶屏,則可以通過把相應的歌曲歌詞存儲在優(yōu)盤上,實現(xiàn)實時歌詞顯示等功能。

雖然這里給出的只是優(yōu)盤在嵌入式系統(tǒng)中的一個應用示例,但在此基礎上很容易演變出別的功能。例如對本系統(tǒng)稍加改變,即可把優(yōu)盤換成USB移動硬盤,這樣可以有更大的存儲容量。在這種大存儲容量的基礎上,才能設計對存儲容量要求較大的MP4播放器、硬盤攝像機等。另外,本文的設計思路還可以應用在以嵌入式為核心的許多其他工業(yè)或消費類電子產(chǎn)品中,如數(shù)據(jù)采集保存器、數(shù)碼相機等,方便地實現(xiàn)與PC的數(shù)據(jù)交換。


參考文獻:
[1] 楊捷,徐志化.基于ARM7的無紙記錄儀的U盤讀寫方法[J].自動化儀表, 2006,27(1): 22-24.
[2] 劉曄波,朱欣華. SL811H/S在基于ARM7的嵌入式硬件平臺中的應用[J] .測控技術,2006, 25(10):74:77.
[3] www.ouravr.com.
[4] Samsung Electronics.S3C44B0X UserManual.[EB/OL].http://www.samsung.com,2000.4.13/2005.10.20.
[5] Cypress Semiconductor Corporation. SL811 Embedded USB Host/Slave Controller Data Sheet, 2002.
[6] VLSI Solution Corporation. VS1011B User Manual. Version 1.01, 2004.
[7] 廖日坤,李寧宇,等.基于DSP技術的MP3播放器的研究與設計[J] .測控技術,2004,32(增刊): 193194.

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