基于ARM的多通道專業(yè)MP3播放器設(shè)計

　　1  引 言

　　隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式產(chǎn)品以其自然的人機(jī)交互界面和豐富的多媒體處理能力迅速得以推廣，并取得了巨大成功[1]。目前，在多媒體音頻領(lǐng)域中，MP3播放器占據(jù)了絕對的主導(dǎo)地位。但現(xiàn)有的MP3播放器驅(qū)動能力非常有限，只適合個人使用，不能滿足大型公共場所在不同區(qū)域播放不同背景音樂的多通道播放需要?；谝陨戏治?，本文設(shè)計了一種基于S3C44B0X芯片的μClinux環(huán)境下的多通道專業(yè)MP3播放器。

　　2  系統(tǒng)功能分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　多通道專業(yè)MP3播放器是專為滿足公共語音廣播市場的需求而設(shè)計的，其主要功能包括：（1）音頻解碼和播放功能；（2）通過USB接口與大容量外部存儲設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；（3）操作界面統(tǒng)一管理功能；（4）多通道播放功能。

　　為了提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)多通道播放管理，本系統(tǒng)選用三星公司的S3C44B0X作為核心處理器，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，輸出通道的選擇，以及LCD的控制。同時，選用意法半導(dǎo)體的STA013作為解碼芯片，配合AK4393實(shí)現(xiàn)模擬音頻信號的輸出，此外，使用SL811HS和ISP1520提供兩個主USB接口，以實(shí)現(xiàn)移動硬盤或U盤的掛接。其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

　　3  系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　作為一種典型的嵌入式系統(tǒng)，其開發(fā)的優(yōu)點(diǎn)在于軟硬件的可裁剪性[2]，在確保有一個穩(wěn)定的最小系統(tǒng)以后，再對外圍的設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展。此多通道專業(yè)MP3播放器的核心芯片S3C44B0X是基于ARM7而開發(fā)的多功能SOC（Signal Operation Control）。S3C44B0X除具備一般嵌入式芯片所具有的總線、SDRAM控制器和3個串口等外設(shè)之外，還具有TFT LCD控制器、USB Slave、USB Host、I2C總線控制器、SPI控制器、IIS音頻接口、SD&MMC存儲卡接口等豐富的擴(kuò)展功能[3]。由于S3C44B0X對于SL811構(gòu)建的主USB接口技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，在這里就不再敘述。此外，S3C44B0X提供的標(biāo)準(zhǔn)接口可以支持市面上絕大多數(shù)型號的LCD顯示屏，制作也相對簡單，所以本文只對MP3播放器的解碼實(shí)現(xiàn)部分和多通道的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

　　3.1  MP3解碼電路設(shè)計

　　本系統(tǒng)解碼部分的硬件采用了ST公司的STA013解碼芯片以及AKM的AK4393芯片。STA013是一款優(yōu)秀的MP3解碼芯片，它通過IIC總線來傳輸控制信息，通過串行數(shù)據(jù)線接收語音數(shù)據(jù)。AK4393是一款高品質(zhì)的立體聲DAC芯片，支持24bit/96KHz取樣，采用 “復(fù)合比特”技術(shù)使芯片的解碼更為快速和準(zhǔn)確。

　　解碼部分與S3C44B0X的接口電路部分如圖2所示。通過S3C44B0X的I/O口對STA013發(fā)送音頻數(shù)據(jù)，解碼過程由STA013的DSP核來進(jìn)行。STA013解碼后的數(shù)字音頻信號由SDO（串行數(shù)據(jù)輸出）， SCKT（串行時鐘)， LRCKT(左右聲道時鐘)， OCLK(采樣時鐘)4個腳輸出到D/A轉(zhuǎn)換器AK4393。通過AK4393將得到的模擬音頻信號，再經(jīng)過功率放大電路放大后就可以直接驅(qū)動無源音箱。

圖2 解碼部分接口電路圖

　　此外，由于實(shí)現(xiàn)多通道的播放形式，所以需要在設(shè)計過程中提供多套相同的解碼芯片和DAC。

　　3.2  多通道功能的實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)多通道播放采用的基本方法是（以四通道為例）：當(dāng)系統(tǒng)上電以后，解碼控制信號為了實(shí)現(xiàn)對每一個解碼通道的具體工作狀態(tài)控制，通過采用外接一個四路轉(zhuǎn)換開關(guān)（CD4066），控制各路通道解碼芯片的工作狀態(tài)。轉(zhuǎn)換開關(guān)四路通道的輸入部分連接CPU的IIC總線的IICSDA，通過與CPU相連的多個控制引腳（CTRL1，2，3，4），確定控制數(shù)據(jù)的傳輸方向。四路通道的時鐘信號則直接連接在CPU上，只有控制數(shù)據(jù)傳輸時才發(fā)生作用。

　　在播放過程中，CPU實(shí)時響應(yīng)各通道傳輸數(shù)據(jù)的請求，選通該路的解碼芯片，被選通的解碼芯片對從總線上獲取的mp3文件數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，而未被選通的解碼通道則忽略總線上的音頻數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)請求的中斷請求信號由高變低，系統(tǒng)開始響應(yīng)下一次數(shù)據(jù)請求。通過這種各通道交替工作的方式，實(shí)現(xiàn)四通道同步播放的功能。工作原理圖如圖3所示：

圖3 多通道工作原理圖

　　4  系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、驅(qū)動程序及播放器應(yīng)用程序3部分。

　　4.1  操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　在嵌入式系統(tǒng)中，通常并沒有像BIOS那樣的固件程序，因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務(wù)就完全由BootLoader來完成。BootLoader的任務(wù)是初始化芯片和主板，系統(tǒng)選用的是U-Boot-1.1.2啟動程序，因?yàn)閁-Boot的優(yōu)點(diǎn)在于對多系統(tǒng)和多平臺的支持。由于S3C44B0X沒有存儲管理單元（MMU），所以無法移植標(biāo)準(zhǔn)的Linux內(nèi)核，而μClinux主要是針對沒有MMU的處理器設(shè)計的操作系統(tǒng)[4]，因此可以作為播放器的操作系統(tǒng)平臺進(jìn)行移植。通過修改相應(yīng)的配置文件和驅(qū)動程序就可以實(shí)現(xiàn)移植過程中需要創(chuàng)建的開發(fā)板文件。