基于DSP的觸摸式MP3的設計 - 全文

TMS320LF2407A是美國TI 公司推出的高性能16 bit定點數字信號處理器，它采用了高性能靜態CMOS技術，使得供電電壓降為3.3 V，減小了控制器的功耗；40 MIPS的執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。它專門為數字控制設計，集DSP的高速信號處理能力及適用于控制的優化外圍電路于一體，在數字控制系統中得以廣泛應用；MP3是指MPEG國際標準音頻第三層編/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MP3播放器的設計。

　　1 系統硬件組成

　　1.1 微控制器TMS320LF2407A

　　系統硬件結構如圖1所示，TMS320LF2407A作為主控芯片，內部資源十分豐富，具有40個可編程/復用的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。本系統中，SD卡、VS1003B以及TM7843都是SPI總線接口設備，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（數據還未讀入RAM），是不可能向VS1003B傳送數據的，SPI處在間歇的切換狀態中，不會導致爭用、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的數據RAM，串行的控制和數據輸入接口，4個通用IO口，一個UART口；同時片內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，即命令端口和數據端口，分別由XCS(命令片選)與XDCS（數據片選）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的左側與右側原理圖分別為MIC音頻模擬信號輸入電路與音頻輸出電路，由于內部具有耳機驅動器，VS1003B輸出信號不需經過任何功放電路，簡化了硬件電路。

　　1.3 SD卡電路

　　SD卡有9個引腳，支持2種可選的通信協議：SD模式和SPI模式。如前所述，本設計采用SPI模式。圖3中，DI、DO、SCLK分別對應微控器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，若一段時間內未觸摸屏幕，控制PE3腳為高，使背光熄滅，降低系統功耗。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生，再進一步做區域識別處理。

　　2 軟件設計

　　軟件主要分為3個任務：顯示任務、觸摸識別任務、MP3播放任務，由?滋C/OS操作系統負責調度。MP3播放任務完成了最主要的功能，即從SD卡FAT32文件系統中讀取數據再送入VS1003B解碼。然而μC/OS系統只是完成了基本的任務調度及相關機制，并無其他內嵌實用模塊，所以基于SD卡的FAT32文件系統的實現必須設計完成。

　　FAT32文件系統如圖5所示，物理扇區0可以引導程序定位到正確的文件系統邏輯扇區0的位置。引導區DBR的第一扇區包括一個引導程序和BPB參數塊[3]。啟動區BPB是文件系統最重要的部分，它記錄了每扇區字節數、根目錄簇號、FAT表號等重要信息，依據它可以找到每個文件的簇號，依據文件的鏈式存儲結構，可以依次找到文件的所有存儲簇號。

　　軟件中設計了對應的結構體，描述了BPB塊結構、目錄結構、文件記錄體結構等。其中，BPB結構如下：

　　struct FAT32_BPB

　　{

　　unsigned char BS_jmpBoot[3]；??????? //跳轉指令???? offset：0

　　unsigned char BS_OEMName[8]；??? //系統字符串? offset：3

　　unsigned char BPB_BytesPerSec[2]；??? //每扇區字節數offset：11

　　unsigned char BPB_SecPerClus[1]；??? //每簇扇區數??? 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FAT32_ReadSector將BPB所在扇區讀入RAM緩沖區，利用指針指向內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據。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系統只實現了文件定位及讀取功能。圖6為主流程圖與播放任務流程圖。