摘 要： 基于微控制器ET44M210芯片的控制,、計算能力及音頻處理模塊" title="處理模塊">處理模塊ET83X431和OLED影像顯示模塊ET52141的多媒體功能，利用設(shè)備端與PC端的USB接口完成通信與影音下載傳輸，實現(xiàn)了一種便攜的嵌入式" title="的嵌入式">的嵌入式多媒體導(dǎo)游系統(tǒng),。
關(guān)鍵詞： ET系列芯片 USB通信 多媒體播放 導(dǎo)游功能 嵌入式系統(tǒng)
隨著微電子技術(shù)、超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，嵌入式微控制器" title="嵌入式微控制器">嵌入式微控制器技術(shù)已日趨成熟。嵌入式技術(shù)不但在工控系統(tǒng),、智能儀表、檢測系統(tǒng),、測控單元等工業(yè)應(yīng)用中有杰出表現(xiàn),，而且越來越深入地應(yīng)用于各種消費類電子產(chǎn)品中。
本文介紹的嵌入式多媒體導(dǎo)游系統(tǒng),，基于微控制器ET44M210芯片的控制,、計算能力及音頻處理模塊ET83X431和OLED影像顯示模塊ET52141的多媒體功能，同時利用設(shè)備端與PC端的USB接口完成通信與影音下載傳輸,，結(jié)合鍵盤輸入的人機界面,，整合各硬件模塊接口，充分發(fā)揮各組件優(yōu)勢,，完成了輔助導(dǎo)游功能的設(shè)計目標(biāo),，且開拓了其在多媒體數(shù)碼領(lǐng)域的應(yīng)用。
1 系統(tǒng)整體硬件設(shè)計
1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理
基于ET系列芯片的嵌入式多媒體導(dǎo)游系統(tǒng)由普通PC機,、嵌入式微控制器(MCU),、音頻處理模塊、OLED顯示模塊,、Flash存儲單元,、鍵盤控制單元等組成。其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示,。PC機中的上位機" title="上位機">上位機程序負(fù)責(zé)USB接口的通信應(yīng)用,、原始影音資料的轉(zhuǎn)化處理。MCU響應(yīng)鍵盤控制單元即時輸入的命令,，完成與PC機中上位機程序的USB交互通信或PC機端影音文件的巨量下載傳輸,。設(shè)備端將載入的影音文件保存在Flash存儲單元中，由鍵盤命令控制MCU完成影音數(shù)據(jù)向音頻處理模塊和OLED顯示模塊的傳送,。音頻處理模塊和OLED顯示模塊實時處理并播放影音數(shù)據(jù),，從而完成對各旅游景點的綜合性描述。同時,，音頻處理模塊在MCU的驅(qū)動下也可即時錄放模擬音頻,。
1.2 ETUSBICE嵌入式微控制器開發(fā)組件
ETUSBICE是ET44M210的專用ICE組件及開發(fā)環(huán)境。ET44M210是一款高速的具有USB+BB微控制器及8位精簡指令集架構(gòu)的CMOS MCU,，除具備微控制器的功能外,，還提供了與2.4GHz無線傳輸(Wireless Transmission)的基帶(BB)、通用串行總線集線器(USB HUB),、串行外圍接口(SPI),、雙脈寬調(diào)變(PWM)及16個多信道的10位模擬對數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)。這些強大的功能，使ET44M210的應(yīng)用范圍擴大,，并且在設(shè)計上更有彈性,。
1.3 音頻處理子系統(tǒng)
該子系統(tǒng)利用ET83X431模塊實現(xiàn)音頻文件的錄制、播放等功能,。ET83X431為該系統(tǒng)模塊的主要芯片,，采用48引腳的封裝方式，包括2個16位的ADC和2個16位的DAC,、連續(xù)音頻接口,、數(shù)字過濾裝置、壓縮/解壓縮等模塊,，具有壓縮和解壓縮高質(zhì)量立體聲音頻的功能,。
ET83X431芯片配合其模塊整體的硬件架構(gòu)，能對特殊格式的音頻文件進(jìn)行直接的解碼播放,。因此需要設(shè)計PC端上位機程序,，將所需播放的音頻文件(如mp3、wma,、wav等)或影音文件(如avi,、wmv、mpeg等)中的音頻采樣轉(zhuǎn)換為本模塊通用的音頻格式,。將轉(zhuǎn)換后的音頻文件通過USB巨量下載到設(shè)備端并在下位機" title="下位機">下位機系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)下,，利用本子系統(tǒng)實現(xiàn)對音頻流文件的直接播放。
同時,，本子系統(tǒng)支持直接的模擬采樣,。子系統(tǒng)的ADC與DAC部分可將模擬音頻信號與數(shù)字音頻文件相互轉(zhuǎn)換，ET83X431可以直接對模擬音頻信號采樣和壓縮編碼,。
1.4 OLED顯示子系統(tǒng)
有機發(fā)光二極管顯示器OLED(OrganicLight-Emitting Diode)是指有機半導(dǎo)體材料和發(fā)光材料在電流驅(qū)動下發(fā)光并實現(xiàn)顯示的技術(shù),。ET52141彩色OLED控制器與驅(qū)動器模塊支持96×96點的65k色的顯示，具有方便的位操作能力,、16位高速總線接口能力,、高效的數(shù)據(jù)傳輸能力、對圖形RAM的高速寫入能力,，適合數(shù)字移動電話或小型PDA設(shè)備等終端設(shè)計,。
OLED顯示子系統(tǒng)主要依賴PC上位機端,、設(shè)備端微處理器,、Flash單元、RAM單元與ET52141模塊的精確配合實現(xiàn)設(shè)計功能,。在對位圖文件與影音文件格式充分認(rèn)識的基礎(chǔ)上,，整個設(shè)計流程需要合理配置各種硬件資源，協(xié)調(diào)時序,，從而實現(xiàn)靜態(tài)圖像的顯示和系統(tǒng)菜單的制作,，并完成動畫影像的連續(xù)播放,。
1.5 PC機與嵌入式微控制器的USB通信
本USB通信子系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是通過USB接口、利用USB協(xié)議實現(xiàn)與PC機及USB設(shè)備的數(shù)據(jù)交互和數(shù)據(jù)傳輸,。例如,，利用此接口下載圖片或音頻信息、影音資料,，讀取Flash單元中的信息并上傳,。USB設(shè)備端的固件配合上位機程序，協(xié)調(diào)USB的數(shù)據(jù)傳輸,。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
基于ET系列芯片的嵌入式多媒體導(dǎo)游系統(tǒng)軟件由上位機程序和下位機程序組成,。上位機程序主要采用Borland C++ Builder 6編寫，下位機(嵌入式微控制器MCU)控制程序采用匯編語言編寫,。上位機與下位機軟件的整體架構(gòu)如圖2所示,。
2.1 上位機程序
PC端的上位機程序包括三部分： USB通信應(yīng)用部分、影音資料處理部分,、USB驅(qū)動部分,。前兩項采用Borland C++ Builder 6編寫。
USB通信應(yīng)用部分位于PC端USB驅(qū)動部分的上層,，嚴(yán)格按照USB通信的四種模式(Control,、Interrupt、Bulk,、Insochronous)配合下位機完成USB的通信與雙向數(shù)據(jù)傳輸,。其中，用戶界面的按鍵多用于驅(qū)動中斷(Interrupt)模式的USB設(shè)備響應(yīng),，配合下位機的多個中斷地址和向量,，改變USB設(shè)備狀態(tài)，完成控制指令的發(fā)送,。而巨量(Bulk)模式專用于大量資料的連續(xù)傳送,，以64B為一幀，傳輸時間間隔小于1ms,。在本部分程序中,，需要定義USB設(shè)備的GUID，借此通過USB驅(qū)動程序與USB設(shè)備連通,，且需要利用Windows的API函數(shù)取得USB設(shè)備的Handle,。本部分軟件實現(xiàn)巨量傳輸?shù)亩鄠€循環(huán)，上位機配合下位機輸入輸出FIFO與RAM中的緩沖區(qū)響應(yīng)完成上傳或下傳運作,，達(dá)到PC機存儲資源與下位機Flash存儲資源共享的目的,。
影音資料處理部分針對PC中存儲的影音資源按照設(shè)備端用戶使用目的進(jìn)行裁減轉(zhuǎn)換，成為下位機ET83X431模塊與ET52141模塊可直接讀取并播放的影音文件，從而達(dá)到以影視資料或景點介紹輔助導(dǎo)游的最終目的,。例如,，針對avi格式的影音資料，本部分軟件將其解碼并采樣為位圖信息與聲音資料,，并按照下位機固件的具體需要進(jìn)行編碼并完成文件整合與轉(zhuǎn)化,。生成的影音文件可被USB通信部分巨量傳輸給下位機Flash單元保存并由各模塊配合播放。
2.2 嵌入式微控制器MCU程序
ETUSBICE是8位處理器ET44M210的專用ICE集成開發(fā)環(huán)境(IDE),，擁有編輯器,、工程窗體、匯編編譯器,、調(diào)試器等,。嵌入式微控制器的固件程序就是通過此IDE編輯完成寫入的。此嵌入式微控制器MCU程序大體分為三部分：系統(tǒng)運行部分,、多媒體模塊功能函數(shù),、USB通信服務(wù)部分。三部分程序的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖3所示,。
系統(tǒng)運行部分是整個系統(tǒng)獨立運行的主程序,。從系統(tǒng)上電到系統(tǒng)關(guān)機，程序都在此部分的軟件流程中運行,。此部分軟件整合了系統(tǒng)各個模塊的資源，協(xié)調(diào)各個硬件模塊,，監(jiān)控其他軟件模塊,，對各寄存器、RAM資源,、Flash資源合理分配,，分時合理分配I/O資源，即時接收鍵盤輸入指令與USB輸入命令,，按當(dāng)前任務(wù)要求實時訪問各子系統(tǒng)模塊,，精確各流程環(huán)節(jié)并保持顯示菜單，協(xié)調(diào)各資源以維持巨量傳輸通信,。在系統(tǒng)運行中,，如果得到鍵盤指令需要運作音頻子系統(tǒng)或OLED顯示子系統(tǒng)，可調(diào)用多媒體模塊功能函數(shù)中的各個單元函數(shù),，完成鍵盤響應(yīng),，產(chǎn)生多媒體效果，且最終使流程返回主程序,。系統(tǒng)運行部分的程序如圖4所示,。
USB通信服務(wù)部分程序通過協(xié)議直接響應(yīng)上位機的USB通信應(yīng)用部分的程序，作為后者的控制命令在設(shè)備端功能的體現(xiàn),。這部分程序的運行通常存在于軟件流程的后臺,，是系統(tǒng)運行部分的有力補充。本部分程序包括USB程序庫與宏集合,，作為設(shè)備端USB控制的主體響應(yīng)上位機的控制(Control)信息,，并被固件中的上層函數(shù)調(diào)用，完成諸如設(shè)備端USB初始化,、SOF計數(shù)器等底層設(shè)置和操作,。在響應(yīng)上位機指令時，如需要運行音頻子系統(tǒng)或OLED顯示子系統(tǒng),，宏集合中的函數(shù)即可調(diào)用多媒體模塊功能函數(shù)中的各個單元函數(shù),，完成對上位機命令的響應(yīng)，產(chǎn)生多媒體效果,。
多媒體模塊功能函數(shù)是以特定多媒體功能的實現(xiàn)為目的,，基于音頻處理子系統(tǒng)、OLED顯示子系統(tǒng),、RAM單元,、Flash單元等硬件資源的特點編寫的應(yīng)用函數(shù)模塊集合。此集合的編寫源于對各個硬件模塊特性的深入了解,，對硬件資源的充分利用和挖掘,，對時序的嚴(yán)格控制，精確軟件流程,，合理分配存儲資源,，協(xié)調(diào)MCU處理能力，從而完成音頻播放,、靜態(tài)圖片顯示,、影像播放、音頻錄制等多媒體要求各自對應(yīng)的函數(shù)集合,。各函數(shù)集合包括方便的應(yīng)用程序接口,，為調(diào)用此函數(shù)的主程序提供便利。
基于ET系列芯片的嵌入式多媒體導(dǎo)游系統(tǒng),，采用性能完善,、價位合理的硬件模塊，人機界面良好,，運行效果優(yōu)秀,，性能價格比高。作為一種新型消費類電子的解決方案,，立意獨特,，應(yīng)用前景看好,。
參考文獻(xiàn)
1 徐瑞文，彭立忠,，陳姿伶.ET44系列微控制器理論與實務(wù)入門.臺北：全華科技圖書股份有限公司，2005
2 劉 華.Borland C++ Builder程序設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社,，2001
3 李群芳,，肖 看.單片機原理、接口及應(yīng)用——嵌入式系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社,，2005