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一種以優(yōu)盤為存儲介質的MP3播放器設計

宋紅星郭興旺

摘要： 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,，實現實時歌詞顯示等功能,。

關鍵詞： 音頻設備 MP3播放器 VS1011B

Abstract：

Key words :

引言

隨著mp3播放器作為消費類產品的普及,，MP3的設計與生產也越來越多,。在當前的MP3播放器中,，一般有以下幾種設計方案：

① MCU內置硬解碼模塊。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產品的升級,。

MP3播放器的存儲介質一般采用Flash存儲芯片,。隨著USB技術和閃存技術的發(fā)展，優(yōu)盤已經成為一種大眾化的電子產品被廣泛使用,，但優(yōu)盤一般只是作為PC的移動存儲器,。本文研究的一種方案是在上述MP3設計方案②的基礎上，外擴優(yōu)盤讀寫電路,，使存儲介質使用普通的優(yōu)盤,。這樣可以解決普遍使用的優(yōu)盤只能作為PC外設存儲數據用的問題，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、MCU為核心的消費類電子產品或工業(yè)產品中,，將優(yōu)盤作為數據存儲器使用的設計方案,，為在微計算機測控系統、儀器儀表,、無紙化數據記錄儀,、數碼相機等產品中添加優(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位數據總線的支持,，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。本系統中ARM讀/寫優(yōu)盤原理框圖如圖1所示。

SL811HS的控制命令和數據均通過D0～D7傳輸,，A0為數據或地址選擇線,。當A0置為低電平時，D0～D7上傳輸的是SL811HS片內寄存器的地址,；反之當A0置為高電平時傳輸的則為數據,。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位數據總線時,，地址線ADDR0是無效的[2]。在本系統中,，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的控制與數據傳輸是通過SPI接口完成的,，DREQ,、xDCS、xCS,、nRST1分別為數據請求端口,、數字片選信號線、片選線、復位線,。在VS1001B的新模式下,，SDI（Serial Data InteRFace）數據和SCI（Serial Command Interface）數據傳輸可以共享ARM的一個SPI接口；而在兼容模式下,，SDI數據傳輸要用DCLK,、SDATA串行接口，SCI數據傳輸用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

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,。

2.1.1 USB物理層協議的實現

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

/*********************************
函數名稱：SL811_Init
函數功能：初始化SL811HS芯片
輸入參數：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);
      //允許數據發(fā)送

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

2.1.2 USB設備協議層的實現

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

/**********************************
函數名稱：epB
ulkRcv
函數功能：實現bulkonly協議中的Bulkin函數
輸入參數：pBuffer為數據的地址,，len為數據的長度
返回值：TRUE為成功，FALSE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

該部分程序是根據FAT16/FAT32文件系統的結構,，實現對文件的讀,、寫、創(chuàng)建,、刪除等操作,。優(yōu)盤上的數據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)（數據區(qū)）。

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

2.2 VS1011B的控制與音樂文件數據輸入

本方案mp3播放器的實現原理就是控制器從優(yōu)盤讀取MP3文件數據,，當VS1011B的數據緩沖區(qū)需要數據時,，將數據送入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）。當地址為0x0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,，包括正確設置SM_SDINEW和SM_SDISHARED位,。

④ 若時鐘數率非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，應將適當的采樣速率寫入SCI_AUDATA寄存器,，等待至少11 000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，并開始傳送音樂數據,。應注意數據傳送的規(guī)則,，DREQ信號是用來表示VS1011B的MP3數據緩沖區(qū)是否需要數據。當VS1011B的數據緩沖區(qū)可再接收32字節(jié)數據時,，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音樂數據,。

⑨ 本首歌曲完成播放,，讀取下一首MP3歌曲,，并轉到步驟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)或消費類電子產品中，如數據采集保存器,、數碼相機等,，方便地實現與PC的數據交換。

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