一種基于EFSL的嵌入式MP3播放器設計

摘要：設計一種單片機MP3播放器，采用開(kāi)源軟件項目EFSL，利用其內存需求小、移植簡(jiǎn)單、完全免費等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)設計底層驅動(dòng)，實(shí)現了基于SD卡的FAT文件系統在LPC2148上移植，并應用CrossWorks for ARM 1．6軟件對EFSL文件系統進(jìn)行配置和功能模塊編譯。通過(guò)軟件調試，驗證了設計的正確性。該設計為單片機應用的功能擴展提供了一種新的途徑。
關(guān)鍵詞：EFSL；嵌入式系統；單片機；MP3播放器

0 引言
近幾年來(lái)，隨著(zhù)數字技術(shù)的發(fā)展，人們對MP3播放器的要求越來(lái)越多元化，制造商在MP3播放器的選型、設計、開(kāi)發(fā)、附加功能和適用領(lǐng)域等方面做了很多努力，設計了多種方案。在處理器速度越來(lái)越快、存儲容量越來(lái)越大的趨勢下，產(chǎn)品中數據的存儲組織形式和存儲器設置需要進(jìn)行高效合理管理，這正是文件系統的功能。而開(kāi)源軟件項目嵌入式文件庫(Embedded FlieSystemLibrary，EFSL)，依靠其內存需求小、移植簡(jiǎn)單、完全免費等優(yōu)點(diǎn)，作為嵌入式文件系統，很適于解決小型單片機存儲空間管理與功能擴展的問(wèn)題。本文基于EFSL文件系統以及ARM平臺設計一款新型的嵌入式MP3播放器，具有一定的實(shí)用價(jià)值。同時(shí)為單片機擺脫操作系統束縛，實(shí)現單片機多媒體應用提供一種可行性參考。

1 硬件設計
系統硬件結構框圖如圖1所示，整個(gè)硬件系統以PHILIPS公司ARM7-TMDI內核的LPC2148為核心處理器，分別控制VS1003解碼模塊、SD卡接口模塊、USB接口模塊和人機交互功能模塊。

1．1 主控芯片
LPC2148是支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的16／32位ARM7TDMI-S微控制器，內嵌512 KB高速FLASH存儲器，因其功能強大，便于系統以后的升級。本系統中暫時(shí)只用到USB，SPI，SSP接口功能和ADC功能，其他功能的使用待擴展而定。解碼模塊VS1003內部集成有VS_DSP處理器、立體聲音頻DAC和立體聲耳機放大驅動(dòng)器等。由于解碼與控制芯片分離，所以音質(zhì)好，控制也比較簡(jiǎn)單。LPC2148通過(guò)其SPI接口對VS1003進(jìn)行控制。
1．2 顯示模塊
顯示模塊采用VGS12864E，VGS12864E是128×64行點(diǎn)陣的OLED單色、字符、圖形顯示模塊。模塊內置64×64的顯示數據RAM，其中的每位數據對應于OLED屏上一個(gè)點(diǎn)的亮、暗狀態(tài)；其指令系統與液晶顯示驅動(dòng)控制器HD61202兼容。本系統通過(guò)模擬時(shí)序的方式用8位I／O口與OLED模塊8位數據總線(xiàn)D0～D7相連，再通過(guò)3位I／O口與液晶的指令控制或數據操作位RS、讀寫(xiě)控制位R／W和使能控制位E相連的方式來(lái)控制OLED模塊。
1．3 存儲模塊
采用SD卡作為存儲介質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)是容量大、體積小且防振。歌曲全部存儲在SD卡中，SD卡工作于SPI模式。通過(guò)將LPC2148的SSP設置成SPI功能與SD卡相連接。同時(shí)，芯片的其他兩個(gè)I／O口分別設置成卡完全插入到卡座中檢測引腳和卡是否寫(xiě)保護的檢測引腳。

2 軟件設計
播放器采用四層結構來(lái)實(shí)現其功能。軟件層次結構如圖2所示。采用模塊化的主要目的是方便實(shí)現模塊移植性。

2．1 開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建
開(kāi)發(fā)環(huán)境主要是建立在The Rowley Cross Studio IDE基礎上進(jìn)行EFSL編譯。CrossWorks for ARM1．6使用GCC 4．1編譯器。安裝Cross Works for ARM 1．6軟件并導入MP3Player．hzp項目文件。項目文件中已經(jīng)包含了主板中的文件和設備配置文件。Rowley Cross Studio IDE自動(dòng)加載所有文件后，將顯示所有主要文件夾：Audio Render Driver文件夾(包含了DAC音頻處理相關(guān)代碼)、Demo Player文件夾(主要模塊，可根據需求對其進(jìn)行配置和修改)、EFSL文件夾(保存了EFSL嵌入式文件系統，通過(guò)此文件系統可以用播放器軟件對MMC存儲卡中的MP3文件進(jìn)行讀寫(xiě)操作)、EFSL Driver文件夾(保存存儲設備基本讀寫(xiě)操作驅動(dòng)程序)、Libmad文件夾(主要編碼文件，可根據需求改變相關(guān)代碼以滿(mǎn)足Libmad配置要求)。
2．2 文件系統配置與編譯功能模塊
文件系統配置與編譯功能模塊進(jìn)行軟件配置和文件系統編譯。
2．2．1 設置項目文件路徑
通過(guò)命令行工具，找到項目文件和包含文件。其路徑為：
＄(ProjectDir)／render-driver
＄(ProjectDir)／libmad
＄(ProjectDir)／efsl／inc
＄(ProjectDir)／efsl／conf
＄(ProjectDir)／efsl／inc／interfaces．
在A(yíng)RM Flash Release和ARM Flash調試選項窗口的預處理選項卡配置文件中添加MP3 Player項目。
2．2．2 配置編譯器
由于定點(diǎn)數字計算量要求非常高，而且擴展的數字指令集只能在32位上運行，所以代碼編譯也需要32位環(huán)境下進(jìn)行編譯，同時(shí)需要使用到USB存儲器RAM及其堆棧分配。USB RAM一般情況下不運行在LPC214X環(huán)境下，但Rowley Cross Studio IDE已經(jīng)提供了此硬件設備的初始化。Philips_LPC2148-startup．s創(chuàng )建并放置在MP3播放器項目目錄，以支持USB RAM設備，還需要在代碼中加入堆棧分配代碼到USB DMARAM的內存部分。
2．2．3 Libmad文件配置
Libmad可以在不同的平臺上運行一個(gè)庫，并為ARM7提供更好的優(yōu)化。其編譯器同樣需要設置系統運行環(huán)境變量。
2．2．4 配置EFS文件
存放在．＼MP3Player＼efsl＼inc目錄下的debug．h文件支持半主機調試功能。通過(guò)相關(guān)代碼可以設置所有調試消息并通過(guò)JTAG調試器的I／O終端窗口進(jìn)行顯示。通過(guò)．＼MP3Player＼efsl＼conf下的config．h配置文件，可以設置RAM內存使用水平和緩沖區大小。
2．2．5 配置系統文件
由于文件初始化需要良好的LPC2148運行環(huán)境，需要把LPC2148提高到最大性能(60 Hz)，同時(shí)需要開(kāi)啟PLL功能，設置IRQ中斷管理定時(shí)器為0和VPB分頻器為1。同時(shí)Philips_LPC214_Startup．s必須包括相關(guān)預處理編譯指令。要在IDE中設置編譯器指令，只需要在項目瀏覽器窗口選擇Philips_LPC2148_Startup．s的文件，然后選擇預處理選項卡，并填寫(xiě)預處理器定義此屬性。
2．2．6 編譯批處理文件
要進(jìn)行編譯批處理文件，需要具備兩個(gè)文件，一個(gè)是項目文件MP3Player，一個(gè)是針對ARM的RowleyCross Studio文件Rowley Associat es Limited。CrossWorks for ARM 1．6文件中有可以自行批處理文件：build_all_debug．bat，build_all_release．bat。

3 系統流程
系統啟動(dòng)后，先初始化硬件模塊。由LPC2148讀取SD卡的一些基本信息，如容量、扇區大小、FAT表及根目錄所在的啟始扇區等。通過(guò)獲得這些信息后，就呵以找出SD卡是否有可以播放的音樂(lè )文件。若有音樂(lè )文件，微處理器將通過(guò)SPI總線(xiàn)方式讀出該文件的音頻信息，并將歌曲的碼流信息送入到VS1003芯片中，通過(guò)VS1003芯片解碼以及其內含的高質(zhì)量的立體DAC和耳機驅動(dòng)電路，實(shí)現MP3歌曲的播放功能，軟件系統流程圖如圖3所示。

4 調試
Main．c文件(源代碼略)顯示MP3播放器的工作過(guò)程。init_IOO函數LPC2148定時(shí)器0進(jìn)行初始化，使之產(chǎn)生周期性的中斷，并啟動(dòng)了一些數據結構。周期性中斷速率要與解碼器數據流一樣，然后由efs_init(＆efs，“＼”)進(jìn)行MP3文件調用，若找不到文件則會(huì )通過(guò)JTAG inter face接口向CrossStudio IDE傳入“Could not open filesystem”參數，否則正常顯示文件信息。其文件處理結果顯示如圖4所示。通過(guò)調試顯示信息可知能正常顯示文件信息。另經(jīng)過(guò)實(shí)物制作并測試，此MP3播放器能流暢播放SD卡中的MP3文件，驗證了本設計是正確可行的。

5 結語(yǔ)
本文基于開(kāi)源軟件項目EFSL設計了一款MP3播放器，介紹了播放器系統的硬件架構和軟件架構以及EFSL相關(guān)碼源移植和修改。通過(guò)Cross Works for ARM 1．6軟件調試，驗證了設計的可行性。整個(gè)設計體現了EFSL碼源移植簡(jiǎn)單、配置方便的優(yōu)點(diǎn)。