基于CoolRunner CPLD的MP3應用開發(fā)板的設計

　　MAS3507D可實現(xiàn)2階或3階的MPEG音頻解碼功能，內嵌的功率管理器可降低低采樣頻率時的功率，并可以在芯片閑置時將其暫時斷電(power off)。該芯片還可以對音效進行調整，以滿足用戶不同需求;為輸出音頻數(shù)據(jù)而提供的I2S總線端口使MAS3507D和DAC3550A的連線更加簡潔方便。MAS3507D是通過給主控模塊的反饋實現(xiàn)對DAC3550A輸入控制的，MAS3507D DC/DC轉換接口電路如圖4所示。

　　圖4　MAS3507D DC/DC轉換接口電路

　　開發(fā)板工作流程

　　MP3應用開發(fā)板的工作流程為：

　　上電→提取用戶命令→讀存儲器→將MP3音頻文件送至MAS3507D進行解碼→解碼后的數(shù)字信號經DAC3550A數(shù)模轉換→模擬信號輸入耳機。

　　性能設計

　　設計過程中，為滿足今后功能擴展及增強開發(fā)平臺系列化的需要，我們對開發(fā)板的功能布局做了很多調整。

　　我們將CoolRunner芯片與解碼芯片組連接的引腳設計成插針形式，可及時更新和選用新的解碼芯片組，而解碼芯片組決定著MP3播放器所能播放音頻文件的格式及音質。低功耗是MP3播放器追求的一項重要指標，開發(fā)板中選用的XRC256XL芯片及解碼芯片組(MAS3507D和DAC3550A)均滿足了低功耗的要求。

　　布線要點

　　MP3應用開發(fā)板的設計軟件我們選用ProtelDXP。在布線時，我們注意到一些問題，如I2C總線在高電平時對串擾和干擾的高度敏感性要求在總線或帶狀傳輸線超過10cm并且包含VDD和VSS時，布線必須按SDA、VDD、VSS和SCL從上到下的順序進行;對MAS3507D和DAC3550A之間負責數(shù)據(jù)傳輸?shù)腎2S總線應盡量減少布線長度，并且避免周圍信號線的干擾。

　　MP3應用開發(fā)板的調試

　　我們設計了一個描述MP3主控模塊的IP Core，特別注意到了USB端口的下載功能及歌詞與音頻的同步顯示功能。

　　調試環(huán)境

　　仿真和綜合過程中，我們使用的EDA工具有：Xilinx公司開發(fā)的ISE 6.2，Synplicity公司的Synplify Pro7.3以及Mentor Graphics公司的Modelsim SE5.7e。

　　調試流程

　　關鍵的測試流程如下：

　　(1)在ISE6.2下將修改后的IP Core編譯通過，編寫測試文件。用Modelsim SE5.7e進行功能仿真。該測試文件比較全面地考慮了實際情況，例如對I2C總線的數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL增加了上拉模塊PULLUP，以模擬實際中上拉電阻對I2C總線的上拉作用。該測試文件很好地模擬了主控模塊對各外圍器件的控制，全面反映了開發(fā)板的工作情況，并且是在硬件制作完成之前就對主控模塊進行功能和時序上的仿真驗證，除了證明了源代碼功能上的正確性和時序上的精確性，同時還大大縮短了設計周期。

　　(2)調用Synplify Pro7.3對MP3主控模塊的源代碼進行綜合，生成網表文件及布局布線約束文件等。

　　(3)利用ISE 6.2將網表中的邏輯符號門組裝到物理元件(CLB和IOB)中，并將元件放置到器件中進行連接，同時提取出時序數(shù)據(jù)并生成各種報告。

　　(4)利用在布局布線中獲得的精確參數(shù)再次驗證電路的時序，調用Modelsim SE5.7e進行后仿真。

　　(5)燒寫驗證。編寫UCF(User Constraints File)文件mp3.ucf，設置好全局約束、端口約束等，然后使用ISE集成的配置工具iMPACT，生成PROM格式的配置文件，再將其通過JTAG端口下載至自行設計成功的MP3應用開發(fā)板。在MP3音頻文件被下載至FLASH存儲器后，就可以對該IP Core進行調試。經調試，我們所預期的功能如播放、快進、后退、靜音等，均得到的實現(xiàn)，表明調試成功。

　　結語

　　本文介紹了基于CoolRunner CPLD的MP3應用開發(fā)板的設計流程，驗證了利用現(xiàn)有IP Core設計的可行性和高效性。在設計過程中，硬件(實驗評估板)的設計和基于IP Core的算法設計可同步進行，避免了兩者因異步帶來的設計周期的延長。實踐證明本文的設計思路和實現(xiàn)方法是一種靈活、快速、可靠地開發(fā)數(shù)字系統(tǒng)平臺的設計方案。