0 引言
近幾年來,，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，人們對MP3播放器的要求越來越多元化,，制造商在MP3播放器的選型,、設(shè)計、開發(fā),、附加功能和適用領(lǐng)域等方面做了很多努力,，設(shè)計了多種方案。在處理器速度越來越快,、存儲容量越來越大的趨勢下,，產(chǎn)品中數(shù)據(jù)的存儲組織形式和存儲器設(shè)置需要進行高效合理管理，這正是文件系統(tǒng)的功能,。
而開源軟件項目嵌入式文件庫（Embedded FlieSystemLibrary,EFSL）,，依靠其內(nèi)存需求小、移植簡單、完全免費等優(yōu)點,，作為嵌入式文件系統(tǒng),，很適于解決小型單片機存儲空間管理與功能擴展的問題。本文基于EFSL文件系統(tǒng)以及ARM 平臺設(shè)計一款新型的嵌入式MP3播放器,，具有一定的實用價值,。同時為單片機擺脫操作系統(tǒng)束縛，實現(xiàn)單片機多媒體應用提供一種可行性參考方案,。
1 硬件設(shè)計
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,，整個硬件系統(tǒng)以PHILIPS公司ARM7-TMDI內(nèi)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,。
圖1 MP3播放器的硬件結(jié)構(gòu)框圖
1.1 主控芯片
LPC2148是支持實時仿真和嵌入式跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S 微控制器,，內(nèi)嵌512 KB 高速FLASH存儲器，因其功能強大,，便于系統(tǒng)以后的升級,。
本系統(tǒng)中暫時只用到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(nèi)部集成有VS_DSP處理器,、立體聲音頻DAC和立體聲耳機放大驅(qū)動器等。由于解碼與控制芯片分離,，所以音質(zhì)好,，控制也比較簡單。LPC2148通過其SPI接口對VS1003進行控制,。
1.2 顯示模塊
顯示模塊采用VGS12864E,VGS12864E是128×64行點陣的OLED單色,、字符、圖形顯示模塊,。模塊內(nèi)置64×64的顯示數(shù)據(jù)RAM,其中的每位數(shù)據(jù)對應于OLED屏上一個點的亮,、暗狀態(tài)；其指令系統(tǒng)與液晶顯示驅(qū)動控制器HD61202兼容,。本系統(tǒng)通過模擬時序的方式用8位I/O口與OLED模塊8位數(shù)據(jù)總線D0~D7相連,，再通過3位I/O口與液晶的指令控制或數(shù)據(jù)操作位RS、讀寫控制位R/W 和使能控制位E相連的方式來控制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。通過將LPC2148的SSP設(shè)置成SPI功能與SD卡相連接,。同時,，芯片的其他兩個I/O 口分別設(shè)置成卡完全插入到卡座中檢測引腳和卡是否寫保護的檢測引腳,。
2 軟件設(shè)計
播放器采用四層結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)其功能。軟件層次結(jié)構(gòu)如圖2所示,。采用模塊化的主要目的是方便實現(xiàn)模塊移植性,。
圖2 播放軟件層次結(jié)構(gòu)
2.1 開發(fā)環(huán)境搭建
開發(fā)環(huán)境主要是建立在The Rowley Cross StudioIDE基礎(chǔ)上進行EFSL 編譯。CrossWorks for ARM1.6 使用GCC 4.1 編譯器,。安裝CrossWorks forARM 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(shè)備配置文件。
Rowley Cross Studio IDE自動加載所有文件后,，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(jù)需求對其進行配置和修改）,、EFSL文件夾（保存了EFSL嵌入式文件系統(tǒng),，通過此文件系統(tǒng)可以用播放器軟件對MMC存儲卡中的MP3文件進行讀寫操作）、EFSL Driver文件夾（保存存儲設(shè)備基本讀寫操作驅(qū)動程序）,、Libmad文件夾（主要編碼文件,，可根據(jù)需求改變相關(guān)代碼以滿足Libmad配置要求）。
2.2 文件系統(tǒng)配置與編譯功能模塊
文件系統(tǒng)配置與編譯功能模塊進行軟件配置和文件系統(tǒng)編譯,。
2.2.1 設(shè)置項目文件路徑
通過命令行工具,，找到項目文件和包含文件。其路徑為：
在ARM Flash Release和ARM Flash調(diào)試選項窗口的預處理選項卡配置文件中添加MP3Player項目,。
2.2.2 配置編譯器
由于定點數(shù)字計算量要求非常高,，而且擴展的數(shù)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)境下進行編譯,，同時需要使用到USB存儲器RAM 及其堆棧分配[5].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(shè)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(shè)備,，還需要在代碼中加入堆棧分配代碼到USB DMARAM 的內(nèi)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庫,，并為ARM7提供更好的優(yōu)化,。其編譯器同樣需要設(shè)置系統(tǒng)運行環(huán)境變量。
2.2.4 配置EFS文件
存放在,。MP3Playerefslinc目錄下的debug.h文件支持半主機調(diào)試功能,。通過相關(guān)代碼可以設(shè)置所有調(diào)試消息并通過JTAG調(diào)試器的I/O終端窗口進行顯示。通過,。MP3Playerefslconf下的config.h配置文件,，可以設(shè)置RAM 內(nèi)存使用水平和緩沖區(qū)大小。
2.2.5 配置系統(tǒng)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（60Hz）,，同時需要開啟PLL功能,，設(shè)置IRQ 中斷管理定時器為0和VPB分頻器為1.同時Philips_LPC2148_Startup.s必須包括相關(guān)預處理編譯指令。要在IDE中設(shè)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，并填寫預處理器定義此屬性,。
2.2.6 編譯批處理文件
要進行編譯批處理文件,，需要具備兩個文件，一個是項目文件MP3Player,一個是針對ARM 的RowleyCross Studio文件Rowley Associates Limited.Cross-Works 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(tǒng)流程
系統(tǒng)啟動后,，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(qū)大小,、FAT表及根目錄所在的啟始扇區(qū)等。通過獲得這些信息后,，就可以找出SD卡是否有可以播放的音樂文件。若有音樂文件,，微處理器將通過SPI總線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VS1003芯片解碼以及其內(nèi)含的高質(zhì)量的立體DAC和耳機驅(qū)動電路,，實現(xiàn)MP3歌曲的播放功能,，軟件系統(tǒng)流程圖如圖3所示。
圖3 軟件系統(tǒng)流程圖
4 調(diào) 試
Main.c文件（源代碼略）顯示MP3播放器的工作過程,。init_IO（）函數(shù)LPC2148定時器0進行初始化,，使之產(chǎn)生周期性的中斷，并啟動了一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),。周期性中斷速率要與解碼器數(shù)據(jù)流一樣,，然后由efs_init（&efs,″″）進行MP3文件調(diào)用，若找不到文件則會通過JTAG interface 接口向CrossStudio IDE 傳入"Could not open filesystem"參數(shù),，否則正常顯示文件信息,。其文件處理結(jié)果顯示如圖4所示。通過調(diào)試顯示信息可知能正常顯示文件信息,。另經(jīng)過實物制作并測試,，此MP3播放器能流暢播放SD 卡中的MP3文件，驗證了本設(shè)計是正確可行的,。
圖4 調(diào)試終端顯示信息
5 結(jié)語
本文基于開源軟件項目EFSL設(shè)計了一款MP3播放器,，介紹了播放器系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和軟件架構(gòu)以及EFSL相關(guān)碼源移植和修改。通過CrossWorks for ARM 1.6軟件調(diào)試，驗證了設(shè)計的可行性,。整個設(shè)計體現(xiàn)了EFSL碼源移植簡單,、配置方便的優(yōu)點。