手機和弦芯片C520原理及播放MIDI音樂文件的流程

　目前手機市場有多種和弦控制芯片，使用較多的有日本的Yamaha，我國臺灣的華邦和旺宏、大陸的中星微和智多微。各個公司的和弦芯片都有自己的特點，其中智多微的C520能夠支持民族樂器播放，所以選用C520作和弦音樂控制。

　　2 C520和弦芯片

　　C520是上海智多微電子有限公司的一款和弦芯片，專門用于為手機提供清脆逼真的音樂鈴聲和豐富游戲音效。該芯片集成了64和弦、16音色波表和21首中國民樂，具有3D立體聲環(huán)繞增效的MIDI合成器、MIDI GM預置ROM、16位高性能音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器和2/4位ADPCM解碼器等功能。

　　2.1 芯片特點

　　相對于市場上的其他手機和弦芯片，C520具有以下幾個特點：

　?、?能夠通過片上的音樂合成器對輸入MIDI信號合成，或者通過ADPCM解調(diào)器對輸入的ADPCM信號解調(diào)，然后通過內(nèi)置的DAC輸出波形。

　?、?集成了高質(zhì)量的MIDI GM音色庫，容量高達3 Mb;提供GM音色庫之外的民族樂器音色庫，支持二胡、古箏、琵琶等20多種民族樂器;支持多音色和復音——最多同時支持16個音色和64復音。

　　③ 具有多個功能端口，可支持手機振動驅(qū)動及LCD背光驅(qū)動，可用于播放音樂同步的PWM來控制七彩燈。

　　④ 與主控端的接口可以是并行接口或者串行接口;允許芯片工作于DAC輸入模式，接受兼容通用串行DAC數(shù)據(jù)格式的輸入數(shù)據(jù);片內(nèi)集成不同輸入數(shù)據(jù)的FIFO;待機模式下典型工作電流小于50 μA。

　　2.2 功能單元

　　整個芯片由IOU(I/O接口單元)、 SG(音樂合成器)、ADEC(ADPCM解調(diào)器)、TG(時鐘模塊)和ANALOG(邏輯)模塊組成。

　　IOU完成與外部CPU的接口，控制內(nèi)部的FIFO以及芯片其他功能接口;形成音樂的MIDI數(shù)據(jù)以及外部CPU對芯片的控制命令也是通過IOU中的寄存器送出。SG模塊從IOU的FIFO中取的MIDI數(shù)據(jù)，采用波表合成的方式合成音樂。ADEC接收經(jīng)過壓縮的PCM數(shù)據(jù)，根據(jù)相應的控制信號進行解碼，將解碼后的16位PCM碼輸出至SG的DSP單元。TG對輸入時鐘倍頻以及產(chǎn)生內(nèi)部時鐘。ANALOG包括一個DAC和對DAC的輸出信號進行低通濾波以及功率放大的AMP。C520芯片內(nèi)部結(jié)構如圖1所示。

　　3 應用

　　3.1 典型電路

　　控制CPU選用三星公司的32位RISC芯片S3C4510B。該芯片是專為嵌入式以太網(wǎng)應用開發(fā)的，內(nèi)核為ARM7TDMI，支持高代碼密度的THUMB指令集，適用于對價格及功耗敏感的應用場合。

　　圖1 C520內(nèi)部結(jié)構框圖

　　圖2典型應用電路

　　C520與S3C4510B可以是并行接口或者串行接口，但是并行接口比串行接口數(shù)據(jù)傳輸速度快，因此在本設計中采用并行接口。芯片應用電路如圖2所示。

　　在這個電路中，C520的CS_N用S3C4510B的I/O P0進行控制。其實如果在片選信號線夠用的情況下，可選擇S3C4510B中ROM/SRAM/Flash片選信號 Nrcs[5∶0]中的任何一根信號線，這樣可以節(jié)省1根GPIO;同理，如果不想再控制C520復位，可以將其復位信號與S3C4510B的復位線nRESET相連，這樣S3C4510B與C520將在上電時同時復位;C520 PD腳是低功耗狀態(tài)控制引腳，“1”為正常工作狀態(tài)，“0”為進入低功耗狀態(tài);C520 IRQ腳為中斷輸出腳，其可連接S3C4510B的外部中斷請求信號腳XINTREQ。

　　3.2 芯片初始化

　　C520的初始化工作非常簡單，包括：

　　① 根據(jù)外部時鐘設置PLL分頻比。PLL分頻比由寄存器CLOCK(read:10h/write:11h)和寄存器Master Clock(read:18h/write:19h)共同決定。內(nèi)部時鐘頻率fsys=fclock·(DN+1)/(DM+1)。其中DM為寄存器CLOCK[4∶0]，DN為寄存器Master clock tuning[5∶0]，fclock是外部輸入時鐘，內(nèi)部系統(tǒng)時鐘頻率fsys必須定在48 MHz"50 MHz之間。

　?、?打開模擬模塊,向寄存器Analog Power Down(read:66h/write:67h)的bit3寫0。

　?、?設置Analog Select,根據(jù)寄存器Analog Select(read:60h/ write:61h)選擇模擬功能。

　　3.3 播放MIDI音樂文件

　　C520可以播放MIDI FORMAT 0和MMD格式的MIDI文件。

　　MIDI FORMAT 0文件開頭4字節(jié)數(shù)據(jù)ASCII值為“MThd”，MMD文件開頭4字節(jié)數(shù)據(jù)ASCII值為“MMhd”。ARM發(fā)送這兩種格式的MIDI數(shù)據(jù)過程不同，在發(fā)送前根據(jù)文件開頭4字節(jié)數(shù)據(jù)進行區(qū)分。

　　發(fā)送MIDI FORMAT 0格式的MIDI文件，文件中的所有數(shù)據(jù)都要發(fā)送。

　　MMD格式的文件，可分為四塊，每塊的開頭都有8字節(jié)的頭數(shù)據(jù)部分。第1塊頭數(shù)據(jù)部分前4字節(jié)的ASCII碼值是“MMhd”，第2塊頭數(shù)據(jù)部分前4字節(jié)的 ASCII 碼值是 “MMly”， 第 3 塊頭數(shù)據(jù)部分前 4 字節(jié)的ASCII碼值是“MMdd”。第4塊頭數(shù)據(jù)部分前4字節(jié)的ASCII碼值是“MMex”。每一塊頭數(shù)據(jù)的第5、6、7、8字節(jié)是這塊數(shù)據(jù)的長度(不包括頭數(shù)據(jù))，第5字節(jié)是低字節(jié)位，第8字節(jié)是高字節(jié)位，這4個字節(jié)組成的十六進制數(shù)據(jù)加上頭數(shù)據(jù)長度8，就是這塊數(shù)據(jù)的長度。MMdd塊數(shù)據(jù)的頭數(shù)據(jù)后面就是經(jīng)過壓縮的MIDI數(shù)據(jù);MMly塊數(shù)據(jù)是用于卡拉OK的專用數(shù)據(jù)，播放MIDI時無須發(fā)送該塊;Mmex為擴展塊。

　　圖3播放MIDI文件流程

　　向C520發(fā)送MMD格式的MIDI數(shù)據(jù)時，先發(fā)送MMhd塊，接著發(fā)送MMdd塊的MIDI數(shù)據(jù)部分(即該塊中除塊名及塊長度的部分)，而MMly塊不用發(fā)送。

　　圖3為播放MIDI文件流程。

　　結(jié)語

　　本文介紹了智多微公司的手機和弦芯片C520，給出了其原理及內(nèi)部結(jié)構圖。采用三星的RISC芯片S3C4510B做控制器，實現(xiàn)了和弦音樂的播放。文中給出了詳細的電路原理圖和播放MIDI音樂文件的流程，可以作為和弦芯片在移動產(chǎn)品上的應用參考。