基于DSP的觸摸式MP3播放器的設(shè)計

TMS320LF2407A是美國TI公司推出的高性能16 bit定點數(shù)字信號處理器，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時控制能力。它專門為數(shù)字控制設(shè)計，集DSP的高速信號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國際標(biāo)準音頻第三層編/解碼[1]，本文采用硬件解碼方式(軟件解碼代價高，速度慢)，利用TMS320LF2407A實現(xiàn)MP3播放器的設(shè)計。

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個通信引腳：主出從入SPIMOSI、主入從出SPIMISO、同步時鐘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也擴展到SPI總線上，采用了IO口模擬SPI的方案，原因是在對SD卡操作的同時（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，不會導(dǎo)致爭用、沖突，但是對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個通用IO口，一個UART口；同時片內(nèi)帶有一個可變采樣率的ADC、一個立體聲DAC以及音頻耳機放大器。

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，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VS1003進行有效的操作與控制；操作時，只有當(dāng)DREQ為高(準備好)時才能讀寫VS1003B，它具有2個讀寫端口，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總線對接。圖2的左側(cè)與右側(cè)原理圖分別為MIC音頻模擬信號輸入電路與音頻輸出電路，由于內(nèi)部具有耳機驅(qū)動器，VS1003B輸出信號不需經(jīng)過任何功放電路，簡化了硬件電路。

1.3 SD卡電路

SD卡有9個引腳，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)計采用SPI模式。圖3中，DI、DO、SCLK分別對應(yīng)微控器SPI模塊的3個引腳；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(因為需要擴展多個SPI芯片，需要多個片選腳)，對SD卡操作時，CS腳才拉低有效，避免了與VS1003B沖突。SENS與WP分別為SD卡的插入檢測與寫保護腳。

1.4 彩屏與觸摸屏驅(qū)動電路

ILI9320是手機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個背光LED燈(控制端為LED1~LED4)，采用三極管9012連接共陽極LEDA，使背光受控于DSP的PE3腳，若一段時間內(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，程序中判斷此腳為低電平時(或采用中斷方式)，則有觸摸屏幕事件發(fā)生，再進一步做區(qū)域識別處理。

2 軟件設(shè)計

軟件主要分為3個任務(wù)：顯示任務(wù)、觸摸識別任務(wù)、MP3播放任務(wù)，由?滋C/OS操作系統(tǒng)負責(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)機制，并無其他內(nèi)嵌實用模塊，所以基于SD卡的FAT32文件系統(tǒng)的實現(xiàn)必須設(shè)計完成。

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)包括一個引導(dǎo)程序和BPB參數(shù)塊[3]。啟動區(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、FAT表號等重要信息，依據(jù)它可以找到每個文件的簇號，依據(jù)文件的鏈式存儲結(jié)構(gòu)，可以依次找到文件的所有存儲簇號。

軟件中設(shè)計了對應(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，并不會進行刪除、保存等操作，所以為了提高效率、精簡代碼，本FAT32系統(tǒng)只實現(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選歌曲以及拖動播放進度等，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。