硬盘MP3多功能数码伴侣

硬盘MP3多功能数码伴侣 硬盘MP3多功能数码伴侣 深圳大学信息工程学院EDA技术中心李炎然李昆华 硬盘MP3多功能数码伴侣 {}{CompanionofHardDiskMP3Player 摘要:本文介绍一种基于32位MCU和UF32新数码产品.该系统以 Freescale的MCF5249为核心,UF32作为接口器件,用MCF5249 来控制MP3的软解码,键盘控制,DA音频输出,硬盘数据的 读写和LCD显示.UF32主要是负责与MCF5249之间通信,拷 贝插入卡的数据进硬盘.硬盘MP3播放器多功能数码伴侣为用 户提供了大容量便携式MP3播放功能,同时也方便了用户作为 读卡设备的存储空间. 关键词:数码产品;软解码;数码伴侣 本文于l0月25日收到.李炎然:硕士生,主要从事32位嵌入式系 统的研究与开发;李昆华:工程师,主要从事嵌入式系统的研究与开发. 引言 现在MP3播放器非常流行,如 果增加不多的成本,就可以将MP3 和读卡器结合起来,形成MP3播放 器多功能数码伴侣,这个市场将是 非常广阔的.本项目完成以 MCF5249为核心的MP3播放器,并 带有USB2.0的接口和读卡功能. 在利用FreescaleColdFire5249 应用到音频消费类便携式产品过程 中,需要有USB接口,扩展存储设 备的接口和对存储的物理读写都是 必要的.本设计项目在于实现以 MCF5249的MP3播放器的基础上, 通过HC9S12UF32芯片作为 USB2.0的接?,人大提高其USB读 写速度,同时增加其读卡器功能. 读卡器的功能主要是通过液晶显 示,选择是否将所要的文件存储到 播放器的硬盘上,文件可以是压缩 的JPEG或MP3. 读卡功能主要是能够读写SD, MMC,CF和SM等.当使用者出差, 旅游时,可以将数码相机上的照片 有选择的拷贝进播放器的硬盘中. 读卡功能也可以将卡上的MP3文 件通过试听,选择是否需要拷人到 播放器的硬盘上,或拷贝到读卡器 的存储设备上.在硬件的设计上, 为了将播放器的体积尽量缩小,读 卡的功能接口希望做到跟播放器是 可以分离的. 下WWWleeD?m.Cn EPSON EPSON新型移动图像控制器 随着照相手机的发展 用户对摄像功能提出进一步的要求 特别在照片的清晰度,多媒体功能等方面 百万相素照相手机的时代正在到来 针对市场的需求 EPSON公司新推出了一系列支持百万的移动图像控制器产品 ? 敬告*位用户本公i_J已变mfl子.亿;件产品代码今后连询【】订购?寸 诂采川浙的产66代码欲知详'hI.讥I~,IEPSON及其授权代I里商询 (中国)有公司 -}II11Ix,IL踏 大J.' ffJ({f(}(,()) I(}l1l1()}{11'J 【】)l】', 爱普生【中国1有公司上海分公司 上油市滑河技术发 .AIlJ900【{,I Il:()11,一{.,{{{ 10t'.【)'1)1,'?【;,, 邮%;'f)1),{ 爱普生电子技术开发(深圳1有限公司 深圳市^浙区科技南十二路 }l光大12J, 电话:05,26q93729 传n.【),55,26993838 邮;:5f,q057 爱普生香港有限公司 香港湾仔港湾通25号 海港中心20楼 电话:85254600 传:8527H27{{4b 系统结构 本设计的"MP3多功能数码伴 侣",其框图如图1所示,图中各个 模块的功能分别为: ?Flash保存代码,当系统上电 时将系统代码引导到SDRAM上. SDRAM是系统数据的缓冲区,同 时也在其上执行系统代码; ?黑白LCD是系统的显示界 面,通过MCF5249控制系统的显示 内容; ? 通过MCF5249的IIC接口控 制FM收音,D/A的设置; ? 通过MCF5249的IIS接口控制 音频码流的输出,提供给D/A; ? 通过MCF5249的IDE接口控 硬 A/ 行 的 审 操 制 使用权; ?uF32通过具有的SMC, MMS,SD,CF等接口读取各种卡 的数据,同时存储到硬盘中;通过 UF32的USB2,0接口形成移动硬 盘. 设计原理 硬盘读写控制 本设计的主要存储设备是硬 盘,所以在实现过程中首要的任务 是可以完成硬盘的读写操作.因为 硬盘与MCU之间的通信速度较快, 所以每一次读写必须要有一定时间 的预选通,数据才能够正确读写. 在读写硬盘之前,MCu一定要初始 IDE接口,以便保证通信的稳定.硬 盘读写的过程是判断硬盘的状态, 发送需要读写的连续扇区数目,发 送读写扇区的起始地址,发送读写 指令,判断硬盘的响应状态,最后 读写硬盘数据. 在读写硬盘的操作过程必须注 意:?每次硬盘的连续读写的扇区 数不得超过256扇区;?硬盘的起 始地址必须分成4次8位数据发送, 先发送低位地址数据,再发送高位 地址数据;?数据的读写是16位, 而一个扇区是512B,所以读写的数 据的次数等于发送连续读写扇区的 数目乘以256次. 文管系统 硬盘MP3多功能数码伴侣作为 一 种通用的存储设备,必须要有通 用的存储格式来管理硬盘的文件和 数据.并且作为移动硬盘来用,必 须能够与家庭一般使用的PC通信. 所以完成硬盘的读写函数后,必须 要有管理文件和数据的文管系统. 本设计选择FAT32格式作为本系统 的硬盘文件管理格式. 78l雷哥煮品叶景2004.120? vccc~,eegw,ol:ln,f213 优化系统 鼢 rywhereyouimagine. 顷科技无处不在 【1J 窜语 文管系统的基本功能就是能够能够仓1琏jl',L1柳始 D^处理嚣 对文件进行虞写,删除,仓建和查名.但是于FAT32,其 1r 找操作,如图2所.同时为了使根目录一能够存储的数初始IIS接口 目右涌用菲昕右日沿右竹文样限翻+上,卜盯,/I一口1yLK一^nl.nIlJ.' FAT文件格式.既然为了能够兼容而是将第2簇空日.故其I解码一帧-P3数据 FAT12.FAT16和FAT32,就必须目录下的存储空间的起无有 效效 找出它']之间的不同之处,以便能始簇,当该簇用完之后帧帧==一均餐控制 够在执行代码的过程中根据司的可以在FAT中增加一个\\//? 媒介格式选择正确的代码.三种没有被其它文件占用的结柬符II琳出L一 , FAT不同的地方就是在于用多少位簇来存储,同时在FAT? 作为簇的地址.在FAT中,FAT12中形成簇链格式.从某图3MP3软解码的流程图 是用12位示一个簇的地址,用种意义上,FAT32根目/\\\ FFF代表分配给文件的簇链的结录下可以创建任意数目.'啊:::卜,>, \, / 束;FAT16用16位表示一个簇的地的文件名.但是在对根,Il? 址,用FFFF代表分配给文件的簇链目录(Root)的结构体进一:z,, 的结束;FAT32用32位表示一个簇行初始化时,必须根据,,n/ 的地址,用FFFFFFOF代表分配给不同FAT的格式,给定\r? 文件的簇链的结束.正确的初始值.f壕=抒 甘T,,LI工l—r^个^,土士—^巳^'斗 茁J—L^l刽'^,r^1I:1【头仕^义if-1采TFI1 .一一一一?,——,. 每一功能函数必须要有三种格式与程中,常常需要用到卡一;一 3数j1 其对应.对于的读写操作,我上或者硬盘的一些数据,,,, ?.———一 们只需种功能函数就可满足作为文件仓1建的参数.一一,I盘敌墨'#J:'叶 的所右兽求第一种功厶匕斯帚侣汶叁券而凡工J.量 …,l『J划,l'/口LM1y.一M',,, L要能够从中搜索没有被文件所( I,'t} 用的簇链,我们称为一;扇区中获得,为图 4读卡的流程图第 二种功能函数就是能够把搜索到了方便以后函数作为参 的簇链,按要求的格式写入 中,我们称为一); 第三种功能函数就是给出所要搜索 的簇链头,能够将中的簇链搜 索出来,我们称为一); 第四种功能函数就是删除中的 簇链,我们称为一. 除了格式不同外,三种 在根目录下最多能够创建的文 件名数目是不同的.在或者 的根目录下,都是固定分配 32扇区作为根目录存储空间,最多 数调用,必须用一个结构体将这些 参数封装起来.这些参数包括:该 是什么格式);每一 簇有多少扇区( ):表的起始扇区 );根目录能够创建的文 件名数);根目录 的起始扇区( );表的大小(FAT); 储存数据的起始扇区( ).在进行文件操作前,用 一 函数读取扇区,将 所要参数进行初始化. 软解码过程 本设计解码部分用的是 提供的解码库,同时利用 其提供的均衡库进行软解码控制. 解码是以一帧为单位来进行解 码,每一帧数据都有起始帧头,大 小是32位.本文用以下32位字符来 进行解释:AAAAAAAA AAABBCCDEEEEFFGH .代表每一帧的同步起 始,都是;代表版本ID Il量子煮品t暴.? WWW.eeDV?m.? AVR微控制器 高性能与低功耗的完美组合 Atmel公司最新出品的低功率AVR微控制器件备有六种低 功率操作模式,专为满足新型采用电池供电的便携式设备应用 而设计.这种部件可在低至1,8V的电压下工作,极大限度地延 长了电池的使用寿命. AVR是一款单日寸钟周期执行指令的RISCCPU,内有一套 丰富的CISC类指令集和32个工作寄存器.该微控制器的代码 密度极高且执行速度极快(高达24MIPS).其 存速编程的内存和片载EEPROM可帮助您大 幅缩短数月的开发时间. 让您的项目有个好的开头吧.想了解AVR器件的有关 详情,请登录网址:www.atme1.com/ad/Iowooweravr. 在线注册,您将有机会赢得一款 butterfly评估套件.匿 AVR 低功率AVR器件的典型功耗 工作电压l省电I实时计数器I有源32kHzl有源1MHz 18VoltslLessthan100nAI4.5pAI15I24ouA 3VoltsILessthan250nAI7uAI26pAl42ouA 中国/香港 Room1219 ChinachemGoldenPlaza 77ModyRoad"Isimshatsu EastKowloonHongKong TeIf85212721-9778 Fax(852}2722—1369 日本 9FTonesuShinkawaBldg 1?24—8Shinkawa Chuo—kuTokyo1O4—0033 Japan TeI(81)3-3523—3551 Fax(8113-3523-7581 韩国 6FNoksanBldg106—8 Guro5-Dong Guro—KuSeoul152—055 Korea TeIf8212-839—6341 Fax(8212-839?6343 新加坡 41Kak1Buki{ Place4thfIoor Singapore416219 Telf65168443006 Fax(65)68443020/3021 02OO4A~neJcorp.『锄?A.andtheA州bgo神remte~~demarks.^r帆Ycu,~'eisas日 ?cerrark~A删corp.『锄? 中国/台湾 8-F3No266Sec1Wen Hwa2RdUnKouHsiang TaipeiHsien244 Taiwan (明6l2—260o-8666 Fax(886)2-2600-8186EverywhereYouAre'. 号;C代表是第几层协议;D是保护 位;E代表帧的比特流速度;F代表 数据压缩的采样频率;G是弥补位; H是私有位;I代表声道模式;J代 表模式扩展;K版权位;L媒体来源; M加重位.MP3解码通过帧头计算 每一帧的大小进行解码.解码后的 数据流再通过均衡处理,生成以32 位为单位的数据,左右声道各占l6 位,DIA的转换率为44.IKHz. MCU与DA处理器之间的通信 是通过IIS来进行处理,在利用 MCF5249的IIS接口时,必须先对 IIS进行初始.IIS初始的过程如下: ?选择哪一组IIS进行数据发送作 为中断源;?设置中断源的优先 级;?设置IIS寄存器,使其符合解 码需要;?开中断.MCU通过IIC 接口对DA处理器进行初始. DA处理器的初始过程如下:? 设置通信模式和速率;?设置DA 处理器的转换速率;?设置DA处 理器的功耗模式.如图3所示是 MP3软解码的流程图. LCD显示与键盘控制 本设计采用黑白LCD128x64点 阵作为显示界面.LCD显示需要有 显示字符的字模,所谓字模就是所 要显示的字符在点阵中选择哪个点 是亮还是暗来构成字符.所以必须 作好一张字模表,当需要时取出所 对应数据就行.在 显示过程中,我们 还需要把Unicode 码转换为国标码. 例如简体中文显 示,简体中文的字 体在文件的存储 中,有时是以Unicode码存在存储 设备上的,而我们建立的表格是以 国标码进行索引.当读取~lJUnicode 时必须将其转换成国标码才能够正 确显示其字符,所以必须建立一张 Unicode与国标码的对应表. 键盘控制是通过MCU的A/D口 和外部比较器来完成键盘的控制. 因为我们用的是AD键盘,所以必 须对抖动进行处理,才能获取正确 的键值,完成其功能.有了键盘控 制和LCD显示,系统就有了输入和 输出窗口,直观地完成MP3的播 放,读卡器的控制.MP3的播放器 功能也逐步成型. UF32的读卡功能与USB控制 UF32既可以作为USB2.0接口, 大大加速了PC机对硬盘的读写速 度,同时也可以自主地读写卡的数 据.当UF32作为USB2.0或读卡器 时,UF32会给MCU一 个信号,通知MCU放 弃对硬盘的控制权,同 时UF32获取对硬盘的 操作.这样本设计就可 以成为读卡器和移动 硬盘来使用.当作为读 卡器时,我们最先做的 工作是完成对各种卡 的物理读写函数,分别 命名为Read—Data()和 Write—Data().当有了各种卡的读写 函数,就可以建立一个基于需要读 取卡的文件管理系统.其功能就是 能够拷贝插入卡的文件和数据,同 时保存到硬盘中.在建立此文管系 统时,必须能够正确进行各种文件 格式的转换,例如FAT16转换成 FAT32.如图4所示读卡器的流程 图. 结语 本设计如图5所示,在MP3播 放器的基础上增加了读卡器的功 能,大大加强了MP3播放器的竞争 力,同时给用户提供了方便,具有 广阔的市场前景.团 参考文献: 1.SemiconductortechnicalDATA forMCFl5249FreescaleSemiconductor Ltd.2OO4 2SemiconductortechnicalDA for9Sl2UF32DFreescale SemiconductorLtd.2OO4 3.WiUiamF,Heybruck,'FATl6/ FAT32文件系统介绍[J】',电子工程 专辑,2004—1-31. 资料来源:IDC,2004年8月 便携式数码音响市场前瞻 82I.量子座品t券2004.120? WWW.eeD?m.Cn