基于ARM的MP3播放器

0 引言

MPEG(Moving Picture Experts Group)是運(yùn)動圖像專家組的英文縮寫。MP3是MPEG Audio Layer-3的縮寫，即MPEG第3層音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，使用MP3標(biāo)準(zhǔn)對音頻數(shù)據(jù)編碼既可以獲得較大的音樂數(shù)據(jù)壓縮比，又可以得到較好的音樂回放質(zhì)量。國內(nèi)外現(xiàn)有的MP3解碼方案實(shí)現(xiàn)有2種方案：硬件和軟件解碼。利用專用解碼芯片的硬件解碼，其靈活性不好，并且硬件解碼芯片的價格昂貴?；贒SP或ARM等處理器開發(fā)平臺的軟件解碼，擴(kuò)展新能好，性價比高。

ARM(Advanced RISC Machines)既可以認(rèn)為是一個公司的名字，也可以認(rèn)為是對一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)。目前，采用ARM技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)(IP)核的微處理器，即通常所說的ARM微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場基于ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位的RISC微處理器75％以上的市場份額，ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個方面。

本文采用了ARM微處理器作為整個音頻播放系統(tǒng)的控制和管理單元。出發(fā)點(diǎn)即為研究數(shù)字音頻技術(shù)在ARM嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用，結(jié)合數(shù)字音頻和ARM嵌入式系統(tǒng)這兩個前沿技術(shù)，設(shè)計一個基于ARM嵌入式系統(tǒng)的數(shù)字音頻播放系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的總體方案

本文介紹一種基于ARM LPC2131的新式MP3播放器設(shè)計，這種設(shè)計思路是以LPC2131控制器為核心，來協(xié)同音頻解碼模塊和音樂文件存取模塊。這樣可以克服現(xiàn)在市場上MP3價格高昂和音質(zhì)之間的矛盾，并且具有海量存儲的優(yōu)點(diǎn)?？傮w設(shè)計方案如圖1所示，是以ARM LPC2131作為控制器來控制音頻解碼模塊和音樂文件存取模塊。

圖1 系統(tǒng)總體圖

2 硬件設(shè)計

2．1 音頻解碼模塊設(shè)計

音頻解碼模塊包含一個高性能，自主產(chǎn)權(quán)的低功耗DSP處理器核VS_DSP4，工作數(shù)據(jù)存儲器，為用戶應(yīng)用提供5 KB的指令RAM和0．5 KB的數(shù)據(jù)RAM。串行的控制和數(shù)據(jù)接口，4個常規(guī)用途的I／O口，1個UART，也有1個高品質(zhì)可變采樣率的ADC和立體聲DAC，還有1個耳機(jī)放大器和地線緩沖器。

2．2 音樂文件存取模塊設(shè)計

CH375的USB主機(jī)方式支持并行接口和串行接口。在USB主機(jī)方式下，CH375支持各種常用的USB全速設(shè)備，外部ARM需要編寫固件程序按照相應(yīng)的USB協(xié)議與USB設(shè)備通信。但是對于USB存儲設(shè)備，CH375內(nèi)置了相關(guān)協(xié)議，通常情況下，外部ARM不需要編寫固件程序，就可以直接通信，其原理設(shè)計圖如圖2所示。

圖2 音樂文件存取模塊

3 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件采用模塊化程序設(shè)計，系統(tǒng)主程序主要完成的內(nèi)容有：系統(tǒng)參數(shù)初始化、打開中斷、讀取*．MP3文件等。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。可以看出，主程序是一個死循環(huán)，在系統(tǒng)上電初始化完畢后，系統(tǒng)一直在不斷的執(zhí)行這個循環(huán)程序。在循環(huán)過程中，若產(chǎn)生中斷，則程序就轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。

圖3 工作原理圖

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

依照上面的設(shè)計方案，對設(shè)計的實(shí)物進(jìn)行測試，音質(zhì)流暢，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均正常，達(dá)到了設(shè)計要求。

本設(shè)計具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：
(1)本設(shè)計主要采用SPI總線區(qū)別于通常的UART總線，這樣可以有效地提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，使播放更加流暢，音樂清晰無雜音；
(2)支持多種格式的音樂，除了MP3，WMA格式外，還支持Midi以及WAV格式的音樂。這樣對使用者來說相當(dāng)方便，再也不用在網(wǎng)上艱難地找那些只能適合自己MP3格式的歌曲；
(3)在制作的時候還利用了CH375模塊，其效果是使得MP3具有海量存儲能力，這樣能給使用者帶來很多方便，便于出門攜帶等；
(4)操作簡單，使用方便，適合各個年齡段的人使用，只要打開電源開關(guān)，音樂就會按著自己先前設(shè)置好的順序依次播放。

5 結(jié)語

本設(shè)計采用了需要移動部件來讀取磁帶或CD上的編碼數(shù)據(jù)的音樂播放器，MP3播放器采用U盤存儲歌曲。MP3播放器只不過是一個嵌置有軟件應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，允許用戶將MP3文件傳遞到MP3播放器。MP3播放器還包含用來從CD或網(wǎng)站復(fù)制音樂的實(shí)用程序，并且能夠按希望的播放順序組織和創(chuàng)建歌曲列表。這個歌曲列表稱為“播放列表”。還有其最主要的特點(diǎn)就是可以海量存儲音樂，U盤內(nèi)存有多大，也就相當(dāng)于你的MP3播放器有多大內(nèi)存。這是一般市場上賣的MP3所沒有的功能，也是將來MP3的發(fā)展趨勢。