基于LPC2214和uC/OS-II的音頻處理方案

1 基于 lpc2214和uc/os-ii的嵌入式平臺

目前流行的arm芯片內(nèi)核有arm7tdmi、arm720t、arm9tdmi、arm992t、arm940t、arm946t、arm966t和arm10tdmi等，philips lpc2214是基于arm7tdmi-s的高性能32位risc微控制器，它集成了thumb擴(kuò)展指令集，256kb可在系統(tǒng)中編程的片內(nèi)flash和可在應(yīng)用中編程的16位kb ram，向量中斷控制器，外部總線控制器，2個(gè)uart，i2c串行接口，2個(gè)spi串行接口，2個(gè)定時(shí)器（7個(gè)捕獲/比較通道），可提供多達(dá)6個(gè)pwm輸出的pwm單元，8通道10位adc，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，看門狗定時(shí)器以及112個(gè)通用i/o引腳，通過可編程的片內(nèi)鎖相環(huán)（pll）可實(shí)現(xiàn)lpc2214最高為60mhz的cpu時(shí)鐘頻率，相對眾多arm系列產(chǎn)品來說，philips公司生產(chǎn)的lpc2214是一款性價(jià)比較高的arm7芯片。

嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有助于提高系統(tǒng)可靠性和開發(fā)效率，且能夠充分發(fā)揮32位cpu的多任務(wù)處理能力，常見的嵌入式操作系統(tǒng)有l(wèi)inux、windows ce、vxworks、nucleus、uc/os-ii等，其中uc/os-ii是一個(gè)可移植、可固化、可裁剪的占先式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其周邊的配套產(chǎn)品也比較完善，如uc/fs，uc/gui等產(chǎn)品都為其應(yīng)用增強(qiáng)了適用性，相對其他操作系統(tǒng)而言，uc/os-ii正常運(yùn)行只需十幾或幾十kb的flash空間和sram空間，并且其所需的授權(quán)費(fèi)用也相對較低，結(jié)合以lpc2214為核心的硬件平臺，在這里采用了uc/os-ii作為該設(shè)備的嵌入式操作系統(tǒng)。

有上述分析可知，選擇lpc2214和uc/os-ii相結(jié)合的嵌入式平臺是一種較為經(jīng)濟(jì)而實(shí)用的方法。

2 音頻解碼芯片的選擇

lpc2214與uc/os-ii相結(jié)合的平臺有比較強(qiáng)大的處理能力，但在許多應(yīng)用場合中仍顯不足，在本文所介紹的應(yīng)用中，系統(tǒng)需要具有音頻編解碼功能，音頻的編解碼方式包括軟件編解碼和硬件編解碼，如果采用軟件編解碼的方式，最對處理器的處理速度要求一般在50mips以上，而lpc2214的處理速度僅有70mips左右，顯然倘若采用這種方式，lpc2214處理能力將受到很大限制，所以，采用專門的音頻處理芯片來處理音頻數(shù)據(jù)對該平臺的來說是個(gè)正確的選擇，這里選用一款性能優(yōu)越的音頻解碼芯片--vs1003。

vs1003音頻解碼芯片為vs10xx系列的第三代產(chǎn)品，是芬蘭vlsi solution oy公司生產(chǎn)的單片mp3/wma/midi解碼和adpcm編碼芯片，它內(nèi)部包含一個(gè)高性能、低功耗的dsp處理核（vsdsp），一個(gè)工作內(nèi)存，一片可供用戶程序使用的5.5kb ram，一個(gè)串行spi總線接口，一個(gè)高質(zhì)量的采樣頻率可調(diào)的過采樣dac以及一個(gè)16位的采樣adc，vs1003的內(nèi)部構(gòu)造如圖1所示。

3 vs1003控制協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

vs1003通過一個(gè)工作于從模式的spi串行總線與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制信息的交流，音頻數(shù)據(jù)通過串行數(shù)據(jù)接口（sdi）傳送，控制數(shù)據(jù)則通過串行控制接口（sci）來傳送，控制數(shù)據(jù)總是為16位，通過讀/寫不同的寄存器來實(shí)現(xiàn)對vs1003的控制。

vs1003的spi接口具有兩種工作模式：vs1002新模式和vs1001兼容模式。設(shè)置sm_sdinew為1，使vs1003處于vs1002新模式。當(dāng)smsdishared為0時(shí)，控制信號和數(shù)據(jù)信號的傳送分別采用xcs和xdcs作為同步信號，而當(dāng)smsdishared為1時(shí)，共用xcs作為同步信號，設(shè)置sm_sdinew為0，使vs1003處于vs1001兼容模式，該模式僅以xcs作用同步信號。

作為從機(jī)工作模式，vs1003通過一個(gè)信號線dreq指示是否允許主機(jī)傳送數(shù)據(jù)，當(dāng)dreq為高時(shí)，vs1003至少可以接受32kb的sdi數(shù)據(jù)或者sci控制命令。

在這里，以vs1002新模式且smsdishared設(shè)置為0為例介紹vs1003通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。圖2描述了sdi工作時(shí)序，它以xdcs為同步信號，隨著時(shí)鐘信號dclk的變化，數(shù)據(jù)根據(jù)scl_mode的設(shè)置依次從高位或低位送出。

sci協(xié)議包括1個(gè)控制指令字節(jié)、1個(gè)地址字節(jié)和1個(gè)16位數(shù)據(jù)字。每次讀寫控制可以操作一個(gè)寄存器。讀命令和寫命令分別為0x03和0x02，這兩種控制命令的工作時(shí)序分別如圖3和圖4所示。

4 電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)最終要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是一款具有人機(jī)界面及數(shù)據(jù)存儲功能的工控手持設(shè)備，通過人機(jī)對話界面發(fā)送控制命令來操縱vs1003，以實(shí)現(xiàn)錄放音功能。

4.1 硬件電路設(shè)計(jì)

vs1003的所有數(shù)據(jù)和控制命令均通過spi總線接口實(shí)現(xiàn)，因此與lpc2214的接口實(shí)現(xiàn)比較簡單，包括3條spi數(shù)據(jù)線和4條控制線，如圖5所示。

4.2 軟件設(shè)計(jì)

vs1003的控制軟件設(shè)計(jì)，是在系統(tǒng)成功地移植了uc/os-ii操作系統(tǒng)以及zlgfs文件系統(tǒng)的條件下進(jìn)行的，具體軟件設(shè)計(jì)中，首先對lpc2214與vs1003控制接口的幾個(gè)功能引腳進(jìn)行相應(yīng)的配置，然后使能spi并設(shè)置其工作模式，此后，利用uc/os-ii多任務(wù)的特點(diǎn)，建立一個(gè)專門的任務(wù)用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的錄放音功能，在該任務(wù)創(chuàng)建完畢后，首先完成對vs1003的初始化工作，然后任務(wù)進(jìn)入等待循環(huán)中，等待系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的控制指令，當(dāng)該任務(wù)接收到錄音指令時(shí)，調(diào)用相應(yīng)的錄音功能函數(shù)啟動錄音功能，并將錄音數(shù)據(jù)寫入指定的文件時(shí)，當(dāng)接收到播放功能指令時(shí)，調(diào)用播放功能函數(shù)，播放指定的音頻文件，當(dāng)接收到中斷指令時(shí)，將退出錄放音功能，任務(wù)回到循環(huán)等待中，該任務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)函數(shù)如下：


5 總結(jié)

采用vs1003實(shí)現(xiàn)基于lpc2214和uc/os- ii的嵌入式平臺的音頻編解碼的功能，接口電路簡單，控制程序易于編寫，且最終音頻播放清晰、自然，當(dāng)然在具體設(shè)計(jì)中也曾遇到一些需要注意的問題，例如要成功對vs1003進(jìn)行初始化，必須詳細(xì)了解vs1003得配置時(shí)序要求，特別要注意的是，對不同寄存器配置完成，其等待處理周期有所不同，若等待周期不夠，則將使得配置無法正常完成。