基于DSP的觸摸式MP3播放器的設(shè)計(jì)

TMS320LF2407A是美國(guó)TI公司推出的高性能16 bit定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，它采用了高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3.3 V，減小了控制器的功耗；40 MIPS的執(zhí)行速度使指令周期縮短到25 ns(40 MHz)，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力。它專門為數(shù)字控制設(shè)計(jì)，集DSP的高速信號(hào)處理能力及適用于控制的優(yōu)化外圍電路于一體，在數(shù)字控制系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用；MP3是指MPEG國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音頻第三層編/解碼[1]，本文采用硬件解碼方式(軟件解碼代價(jià)高，速度慢)，利用TMS320LF2407A實(shí)現(xiàn)MP3播放器的設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)硬件組成

1.1 微控制器TMS320LF2407A

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，TMS320LF2407A作為主控芯片，內(nèi)部資源十分豐富，具有40個(gè)可編程/復(fù)用的GPIO腳，具有事件管理器EV模塊、CAN總線模塊、SCI模塊以SPI模塊等。其中，同步串行SPI模塊具有4個(gè)通信引腳：主出從入SPIMOSI、主入從出SPIMISO、同步時(shí)鐘SPICLK、總線片選SPISTE。本系統(tǒng)中，SD卡、VS1003B以及TM7843都是SPI總線接口設(shè)備，DSP采用SPI總線擴(kuò)展了SD卡與VS1003B音頻解碼芯片，而并未將觸摸屏控制器TM7843也擴(kuò)展到SPI總線上，采用了IO口模擬SPI的方案，原因是在對(duì)SD卡操作的同時(shí)（數(shù)據(jù)還未讀入RAM），是不可能向VS1003B傳送數(shù)據(jù)的，SPI處在間歇的切換狀態(tài)中，不會(huì)導(dǎo)致爭(zhēng)用、沖突，但是對(duì)屏幕的觸碰是難免的，所以共用總線不可靠。

1.2 VS1003B解碼芯片

VS1003B是由荷蘭VLSI公司出品的一款單芯片的MP3/WMA/MIDI音頻解碼和ADPCM編碼芯片，其擁有一個(gè)高性能低功耗的DSP處理器核VS_DSP，5 KB的指令RAM，0.5 KB的數(shù)據(jù)RAM，串行的控制和數(shù)據(jù)輸入接口，4個(gè)通用IO口，一個(gè)UART口；同時(shí)片內(nèi)帶有一個(gè)可變采樣率的ADC、一個(gè)立體聲DAC以及音頻耳機(jī)放大器。

如圖2所示，VS1003B各部分的供電電壓不同，AVDD（模擬電路電壓）與IOVDD（IO電壓）須用3.3 V供電，CVDD（數(shù)字電路電壓）必須用2.5 V供電；VS1003與DSP連接的引腳主要有7個(gè)，分別為DREQ、SO、SI、SCLK、XRESET、XCS、XDCS。只有保證它們與DSP正確可靠的連接，才能對(duì)VS1003進(jìn)行有效的操作與控制；操作時(shí)，只有當(dāng)DREQ為高(準(zhǔn)備好)時(shí)才能讀寫VS1003B，它具有2個(gè)讀寫端口，即命令端口和數(shù)據(jù)端口，分別由XCS(命令片選)與XDCS（數(shù)據(jù)片選）決定，由DSP的IO口控制。SO、SI、SCLK是SPI接口，與DSP的SPI總線對(duì)接。圖2的左側(cè)與右側(cè)原理圖分別為MIC音頻模擬信號(hào)輸入電路與音頻輸出電路，由于內(nèi)部具有耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器，VS1003B輸出信號(hào)不需經(jīng)過任何功放電路，簡(jiǎn)化了硬件電路。

1.3 SD卡電路

SD卡有9個(gè)引腳，支持2種可選的通信協(xié)議：SD模式和SPI模式[2]。如前所述，本設(shè)計(jì)采用SPI模式。圖3中，DI、DO、SCLK分別對(duì)應(yīng)微控器SPI模塊的3個(gè)引腳；CS腳是SD卡SPI模式的片選引腳，與DSP的IO口連接，DSP的SPISTE腳并未使用(因?yàn)樾枰獢U(kuò)展多個(gè)SPI芯片，需要多個(gè)片選腳)，對(duì)SD卡操作時(shí)，CS腳才拉低有效，避免了與VS1003B沖突。SENS與WP分別為SD卡的插入檢測(cè)與寫保護(hù)腳。

1.4 彩屏與觸摸屏驅(qū)動(dòng)電路

ILI9320是手機(jī)上常用的彩屏控制器，采用16 bit并行總線方式，端口被映射到DSP的IO空間，彩屏具有4個(gè)背光LED燈(控制端為L(zhǎng)ED1~LED4)，采用三極管9012連接共陽(yáng)極LEDA，使背光受控于DSP的PE3腳，若一段時(shí)間內(nèi)未觸摸屏幕，控制PE3腳為高，使背光熄滅，降低系統(tǒng)功耗。彩屏與4線電阻式觸摸屏緊貼一起，2塊屏是一個(gè)整體，輸出軟排線中的XR、YD、XL、YU(參見圖4中的U3)即為4線電阻采樣端，與TM7843(芯片U4)對(duì)應(yīng)腳連接，TM7843的DCLK、DIN、DOUT、/CS腳與TMS320LF2407A的IO腳連接，模擬SPI總線。PENIRQ是筆落下信號(hào)，程序中判斷此腳為低電平時(shí)(或采用中斷方式)，則有觸摸屏幕事件發(fā)生，再進(jìn)一步做區(qū)域識(shí)別處理。

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件主要分為3個(gè)任務(wù)：顯示任務(wù)、觸摸識(shí)別任務(wù)、MP3播放任務(wù)，由?滋C/OS操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)度。MP3播放任務(wù)完成了最主要的功能，即從SD卡FAT32文件系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)再送入VS1003B解碼。然而μC/OS系統(tǒng)只是完成了基本的任務(wù)調(diào)度及相關(guān)機(jī)制，并無其他內(nèi)嵌實(shí)用模塊，所以基于SD卡的FAT32文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)必須設(shè)計(jì)完成。

FAT32文件系統(tǒng)如圖5所示，物理扇區(qū)0可以引導(dǎo)程序定位到正確的文件系統(tǒng)邏輯扇區(qū)0的位置。引導(dǎo)區(qū)DBR的第一扇區(qū)包括一個(gè)引導(dǎo)程序和BPB參數(shù)塊[3]。啟動(dòng)區(qū)BPB是文件系統(tǒng)最重要的部分，它記錄了每扇區(qū)字節(jié)數(shù)、根目錄簇號(hào)、FAT表號(hào)等重要信息，依據(jù)它可以找到每個(gè)文件的簇號(hào)，依據(jù)文件的鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，可以依次找到文件的所有存儲(chǔ)簇號(hào)。

軟件中設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體，描述了BPB塊結(jié)構(gòu)、目錄結(jié)構(gòu)、文件記錄體結(jié)構(gòu)等。其中，BPB結(jié)構(gòu)如下：

struct FAT32_BPB
{
unsigned char BS_jmpBoot[3]； //跳轉(zhuǎn)指令 offset：0
unsigned char BS_OEMName[8]； //系統(tǒng)字符串 offset：3
unsigned char BPB_BytesPerSec[2]； //每扇區(qū)字節(jié)數(shù)offset：11
unsigned char BPB_SecPerClus[1]； //每簇扇區(qū)數(shù) offset：13
……
unsigned char BS_FilSysType[11]； // offset：71
unsigned char BS_FilSysType1[8]； //串″FAT32″ offset：82
}；

再利用SD卡硬件層API接口函數(shù)FAT32_ReadSector將BPB所在扇區(qū)讀入RAM緩沖區(qū)，利用指針指向內(nèi)部成員即可獲得以上信息，從而可以定位到文件位置并讀取數(shù)據(jù)。MP3通常只是讀取文件，并不會(huì)進(jìn)行刪除、保存等操作，所以為了提高效率、精簡(jiǎn)代碼，本FAT32系統(tǒng)只實(shí)現(xiàn)了文件定位及讀取功能。圖6為主流程圖與播放任務(wù)流程圖。

TMS320LF2407A具有較高的性能，資源豐富，將其應(yīng)用到MP3播放器中，提高了整體性能；采用觸摸屏可以隨意點(diǎn)選歌曲以及拖動(dòng)播放進(jìn)度等，使系統(tǒng)可控性提高；彩屏使系統(tǒng)展現(xiàn)能力提高，系統(tǒng)不僅可以播放音頻，而且能夠顯示全彩BMP圖片、文檔文件等，類似于小型PDA。