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一种以优盘为存储介质的MP3播放器设计
分类:家用电子电器行业案例  发布日期:2011/8/4   浏览次数:5436 次

随着mp3播放器作为消费类产品的普及,MP3的设计与生产也越来越多。在当前的MP3播放器中,一般有以下几种设计方案:

  ① MCU内置硬解码模块。典型的芯片有Atmel公司的AT89C51SNDI等芯片。
  ② 外置独立的MP3硬解码芯片。此种方案的好处是可以使用众多的MCU,可根据需要任意选择。硬解码芯片典型的有VS1011B、STA013等芯片。
  ③ 使用功能强大的MCU进行软解码,如使用DSP或是高性能的ARM。此种方案较为灵活,通过软件升级即可实现产品的升级。
  
  MP3播放器的存储介质一般采用Flash存储芯片。随着USB技术和闪存技术的发展,优盘已经成为一种大众化的电子产品被广泛使用,但优盘一般只是作为PC的移动存储器。本文研究的一种方案是在上述MP3设计方案②的基础上,外扩优盘读写电路,使存储介质使用普通的优盘。这样可以解决普遍使用的优盘只能作为PC外设存储数据用的问题,使U盘的使用范围扩展到MP3上。更大的意义还在于,本文提出了一种在以嵌入式系统、MCU为核心的消费类电子产品或工业产品中,将优盘作为数
  
  据存储器使用的设计方案,为在微计算机测控系统、仪器仪表、无纸化数据记录仪、数码相机等产品中添加优盘外设功能提供有益的参考。
  
1 硬件设计
  S3C44B0X是Samsung公司开发生产的为嵌入式设备提供的一个低成本、高性能的ARM7TMDI核处理器,其最高运行频率可达66 MHz。SL811HS是Cypress公司的一款遵从USB1.1协议的嵌入式Host/Slave USB芯片;可以支持低速和高速模式,能自动侦测低速模式1. 5 Mbps设备和高速模式12 Mbps全速设备。由于具有8位数据总线的支持,使该芯片可以较为简单地与微控制器相连,SL811HS芯片与S3C44B0X的接口较为简单。本系统中ARM读/写优盘原理框图如图1所示。
  SL811HS的控制命令和数据均通过D0~D7传输,A0为数据或地址选择线。当A0置为低电平时,D0~D7上传输的是SL811HS片内寄存器的地址;反之当A0置为高电平时传输的则为数据。nWR、nRD、nCS、nRST0分别为写控制线、读控制线、片选线和复位线,S3C44B0X通过这几根控制线完成对SL811HS片内缓冲区的读写、片选和复位等操作。INT是SL811HS的中断请求信号线。当SL811HS检测到优盘插入、拔出时,通过将INT线拉高通知S3C44B0X。S3C44B0X可以通过查询SL811HS片内状态寄存器来得知是优盘插入或是拔出。对状态寄存器进行写操作可以清除中断,但需要注意的是ARM的结构特性。ARM内部通常是Little Endian方式存储和使用4字节对齐方式[1],并且当采用16位数据总线时,地址线ADDR0是无效的[2]。在本系统中,SL811HS芯片A0端是与ADDR1相连接的。
  VS1011B是一款单芯片的MP3解码芯片,在国际MP3业余爱好者中影响较大,集成解码、A/D转换、音频放大等功能。VS1011B与S3C44B0X接口为SPI接口。
VS1011B的控制与数据传输是通过SPI接口完成的,DREQ、xDCS、xCS、nRST1分别为数据请求端口、数字片选信号线、片选线、复位线。在VS1001B的新模式下,SDI(Serial Data InteRFace)数据和SCI(Serial Command Interface)数据传输可以共享ARM的一个SPI接口;而在兼容模式下,SDI数据传输要用DCLK、SDATA串行接口,SCI数据传输用SPI接口。为了简化电路,此处选用了新模式。
 
 2 软件设计
  2.1 优盘读写软件的实现
  USB组织定义了海量存储设备类(mass storage class)的规范。这个类规范包括4个独立的子类规范: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。其中优盘属于海量存储设备,遵循bulkonly传输协议,子类采用UFI命令集。本设计软件的总体结构如图3所示。其中两条点画线之间的部分为读/写优盘的软件结构。
  2.1.1 USB物理层协议的实现
  该部分实现S3C44B0X对SL811HS芯片的直接底层数据的读写,包括对SL811HS的初始化及读/写一个字节的函数。限于篇幅,此处只列出对SL811HS芯片的初始化程序:
    2.1.3 FAT16/FAT32文件格式的实现
  该部分程序是根据FAT16/FAT32文件系统的结构,实现对文件的读、写、创建、删除等操作。优盘上的数据按照其不同的特点和作用大致可分为5部分:MBR区(主引导记录区)、DBR区(系统引导记录区)、FAT区(文件分配表区)、FDT区(文件目录表区)和DATA区(数据区)。
  在实现对文件的读/写时,首先根据MBR区和DBR区的大小,找到FAT表的位置,然后根据FAT表找出相应文件的数据位置,即可对此文件进行相应的处理。其具体实现涉及FAT文件系统的结构,此处不再详述。
 
  2.2 VS1011B的控制与音乐文件数据输入
  本方案mp3播放器的实现原理就是控制器从优盘读取MP3文件数据,当VS1011B的数据缓冲区需要数据时,将数据送入VS1011B进行解码。VS1011B采用串行接口,有两种接口模式:
  Native Modes(新模式)和Compatibility;
  Mode(兼容模式)。当地址为0x0的MODE寄存器的SM_SDINEW位为1时为新模式;反之为兼容模式。上电时默认为新模式。
  在播放音乐之前,首先需要对VS1011B进行初始化,然后输入音乐文件即可播放歌曲。其控制步骤如下:[3]
  ① 拉低nRST1。
  ② 等待DREQ引脚信号变高。
  ③ 写寄存器MODE的参数,包括正确设置SM_SDINEW和SM_SDISHARED位。
  ④ 若时钟数率非24.576 MHz,应设置SCI_CLOCKF。
  ⑤ 若使用倍频时钟,试图通过改变SCI_CLOCKF直接操作,应将适当的采样速率写入SCI_AUDATA寄存器,等待至少11 000个时钟后才可以操作高速的SPI通信。
  ⑥ 设置音量寄存器SCI_VOL。
  ⑦ 若希望加强低音,可设置寄存器SCI_BASS。
  ⑧ 从优盘读取一首MP3歌曲文件,并开始传送音乐数据。应注意数据传送的规则,DREQ信号是用来表示VS1011B的MP3数据缓冲区是否需要数据。当VS1011B的数据缓冲区可再接收32字节数据时,DREQ引脚电平变高。当软件查询到此引脚电平变高时,就再送入32个字节的MP3音乐数据。
  ⑨ 本首歌曲完成播放,读取下一首MP3歌曲,并转到步骤⑧。
 
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