基于LPC2214和uC/OS-II的音頻處理方案

目前流行的ARM芯片內核有ARM7TDMI、ARM720T、ARM9TDMI、ARM992T、ARM940T、ARM946T、ARM966T和ARM10TDMI等，Philips LPC2214是基于A(yíng)RM7TDMI-S的高性能32位RISC微控制器，它集成了Thumb擴展指令集，256KB可在系統中編程的片內Flash和可在應用中編程的16位KB RAM，向量中斷控制器，外部總線(xiàn)控制器，2個(gè)UART，I2C串行接口，2個(gè)SPI串行接口，2個(gè)定時(shí)器（7個(gè)捕獲/比較通道），可提供多達6個(gè)PWM輸出的PWM單元，8通道10位ADC，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，看門(mén)狗定時(shí)器以及112個(gè)通用I/O引腳，通過(guò)可編程的片內鎖相環(huán)（PLL）可實(shí)現LPC2214最高為60MHz的CPU時(shí)鐘頻率，相對眾多ARM系列產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，Philips公司生產(chǎn)的LPC2214是一款性?xún)r(jià)比較高的ARM7芯片。

嵌入式實(shí)時(shí)操作系統有助于提高系統可靠性和開(kāi)發(fā)效率，且能夠充分發(fā)揮32位CPU的多任務(wù)處理能力，常見(jiàn)的嵌入式操作系統有Linux、Windows CE、VxWorks、Nucleus、uC/OS-II等，其中uC/OS-II是一個(gè)可移植、可固化、可裁剪的占先式實(shí)時(shí)操作系統，其周邊的配套產(chǎn)品也比較完善，如uC/FS，uC/GUI等產(chǎn)品都為其應用增強了適用性，相對其他操作系統而言，uC/OS-II正常運行只需十幾或幾十KB的Flash空間和SRAM空間，并且其所需的授權費用也相對較低，結合以L(fǎng)PC2214為核心的硬件平臺，在這里采用了uC/OS-II作為該設備的嵌入式操作系統。

有上述分析可知，選擇LPC2214和uC/OS-II相結合的嵌入式平臺是一種較為經(jīng)濟而實(shí)用的方法。

2 音頻解碼芯片的選擇

LPC2214與uC/OS-II相結合的平臺有比較強大的處理能力，但在許多應用場(chǎng)合中仍顯不足，在本文所介紹的應用中，系統需要具有音頻編解碼功能，音頻的編解碼方式包括軟件編解碼和硬件編解碼，如果采用軟件編解碼的方式，最對處理器的處理速度要求一般在50MIPS以上，而LPC2214的處理速度僅有70MIPS左右，顯然倘若采用這種方式，LPC2214處理能力將受到很大限制，所以，采用專(zhuān)門(mén)的音頻處理芯片來(lái)處理音頻數據對該平臺的來(lái)說(shuō)是個(gè)正確的選擇，這里選用一款性能優(yōu)越的音頻解碼芯片--VS1003。

VS1003音頻解碼芯片為VS10XX系列的第三代產(chǎn)品，是芬蘭VLSI Solution Oy公司生產(chǎn)的單片MP3/WMA/MIDI解碼和ADPCM編碼芯片，它內部包含一個(gè)高性能、低功耗的DSP處理核（VSDSP），一個(gè)工作內存，一片可供用戶(hù)程序使用的5.5KB RAM，一個(gè)串行SPI總線(xiàn)接口，一個(gè)高質(zhì)量的采樣頻率可調的過(guò)采樣DAC以及一個(gè)16位的采樣ADC，VS1003的內部構造如圖1所示。

3 VS1003控制協(xié)議的實(shí)現

VS1003通過(guò)一個(gè)工作于從模式的SPI串行總線(xiàn)與主機進(jìn)行數據和控制信息的交流，音頻數據通過(guò)串行數據接口（SDI）傳送，控制數據則通過(guò)串行控制接口（SCI）來(lái)傳送，控制數據總是為16位，通過(guò)讀/寫(xiě)不同的寄存器來(lái)實(shí)現對VS1003的控制。

VS1003的SPI接口具有兩種工作模式：VS1002新模式和VS1001兼容模式。設置SM_SDINEW為1，使VS1003處于VS1002新模式。當SMSDISHARED為0時(shí)，控制信號和數據信號的傳送分別采用xCS和xDCS作為同步信號，而當SMSDISHARED為1時(shí)，共用xCS作為同步信號，設置SM_SDINEW為0，使VS1003處于VS1001兼容模式，該模式僅以xCS作用同步信號。

作為從機工作模式，VS1003通過(guò)一個(gè)信號線(xiàn)DREQ指示是否允許主機傳送數據，當DREQ為高時(shí)，VS1003至少可以接受32KB的SDI數據或者SCI控制命令。

在這里，以VS1002新模式且SMSDISHARED設置為0為例介紹VS1003通信協(xié)議的實(shí)現。圖2描述了SDI工作時(shí)序，它以xDCS為同步信號，隨著(zhù)時(shí)鐘信號DCLK的變化，數據根據SCL_MODE的設置依次從高位或低位送出。

SCI協(xié)議包括1個(gè)控制指令字節、1個(gè)地址字節和1個(gè)16位數據字。每次讀寫(xiě)控制可以操作一個(gè)寄存器。讀命令和寫(xiě)命令分別為0x03和0x02，這兩種控制命令的工作時(shí)序分別如圖3和圖4所示。 

4 電路設計

本設計最終要實(shí)現的目標是一款具有人機界面及數據存儲功能的工控手持設備，通過(guò)人機對話(huà)界面發(fā)送.