基于LPC2214和uC/OS-II的音頻處理方案

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作者：華中科技大學(xué) 彭華成,許曉暉時(shí)間：2007-03-22 來(lái)源：?jiǎn)纹瑱C(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用

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1 基于 LPC2214和uC/OS-II的嵌入式平臺(tái)

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(duì)眾多ARM系列產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，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Linux、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(duì)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(duì)較低，結(jié)合以LPC2214為核心的硬件平臺(tái)，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(tái)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(tái)有比較強(qiáng)大的處理能力，但在許多應(yīng)用場(chǎng)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(duì)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(lái)處理音頻數(shù)據(jù)對(duì)該平臺(tái)的來(lái)說(shuō)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。

VS1003的內(nèi)部構(gòu)造

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(lái)傳送，控制數(shù)據(jù)總是為16位，通過讀/寫不同的寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)的傳送分別采用xCS和xDCS作為同步信號(hào)，而當(dāng)SMSDISHARED為1時(shí)，共用xCS作為同步信號(hào)，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(hào)。

作為從機(jī)工作模式，VS1003通過一個(gè)信號(hào)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(hào)，隨著時(shí)鐘信號(hào)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。

SDI工作時(shí)序