一種嵌入式MP3音頻點(diǎn)播系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
隨著信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)也隨之提高。目前，嵌入式系統(tǒng)已廣泛用于信息家電、移動通信、工業(yè)控制、軍事電子等領(lǐng)域。嵌入式MP3音頻點(diǎn)播系統(tǒng)是一種基于局域網(wǎng)、具有交互功能的點(diǎn)播系統(tǒng)。它能通過局域網(wǎng)與控制中心進(jìn)行雙向傳輸，不僅可從局域網(wǎng)下載播放MP3的歌曲，也可擴(kuò)展USB接口，利用現(xiàn)有的移動存儲設(shè)備實現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)的存儲和備份。
2 系統(tǒng)功能及實現(xiàn)方案
嵌入式系統(tǒng)由底層硬件、設(shè)備驅(qū)動、操作系統(tǒng)、應(yīng)用中間軟件及應(yīng)用系統(tǒng)5部分組成。基于嵌入式系統(tǒng)的MP3音頻點(diǎn)播系統(tǒng)可廣泛用于卡拉OK廳、語音教室和公共廣播等許多場所，它由一個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和多個客戶端播放器組成，是基于局域網(wǎng)的C／S結(jié)構(gòu)的點(diǎn)播系統(tǒng)。首先在服務(wù)器中存儲豐富的歌曲，用戶可通過播放器自帶的網(wǎng)絡(luò)功能登陸服務(wù)器，以獲取歌曲進(jìn)行播放．同時該點(diǎn)播系統(tǒng)也可通過USB存儲設(shè)備播放本地歌曲，也可將服務(wù)器上的音樂下載到本地USB存儲設(shè)備上。
服務(wù)器端采用Windows操作系統(tǒng)的PC機(jī)作為服務(wù)器：客戶端采用Linux作為操作系統(tǒng)；采用S3C2410作為處理器；選MiniGUI編寫控制界面，并通過socket編程與服務(wù)器連接。MP3播放終端服務(wù)器與客戶端之間采用FTP(File Transfer Protoco1)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議傳遞數(shù)據(jù)，常用的FTP服務(wù)器為ServerU。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
S3C2410內(nèi)部集成有ARM920T內(nèi)核和常用外圍組件。由于它是一款專為手持設(shè)備設(shè)計的低功耗處理器．因此可以降低手持設(shè)備成本，具有較高的性價比。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計思想，依據(jù)功能可劃分為網(wǎng)絡(luò)、存儲、解碼、觸摸屏、按鍵、電源、USB接口、UART接口等模塊。其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3．1 處理器模塊S3C2410
它的功能和特性如下：①具有較高的處理速度，通過內(nèi)部鎖相環(huán)，最高可在203 MHz的系統(tǒng)時鐘下運(yùn)行；②具有極低的功耗．其核心供電電壓為1．8 V，外圍I／O口使用3．3 V電壓；③具有3種低功耗控制方式，甚至可關(guān)閉CPU中除喚醒邏輯外的所有功能，極大地降低了功耗；④與其他ARM器件相比，S3C2410片上集成了更多的外設(shè)接口，如外部存儲控制器、LCD，DMA，USBl．1，SD，M。MC卡控制器、UART，SPI接口、I2C總線控制器和I2S總線控制器、I2S音頻接口、PWM定時器、看門狗、117個外部I／O口、24個外部中斷源、A／D轉(zhuǎn)換器和觸摸屏接口、實時時鐘及片上PLL的時鐘產(chǎn)生等。使用集成接口，有利于功能的擴(kuò)展。
3．2 存儲模塊
存儲模塊由一片64 MB的SDRAM和兩片16 MB的Flash組成，可為系統(tǒng)提供足夠的存儲空間。Flash存儲器是一種可在系統(tǒng)電擦寫，掉電后信息不丟失的存儲器。與Flash存儲器相比，SDRAM不具有掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性，但存取速度大大高于Flash存儲器，且具有讀／寫特性。因此系統(tǒng)中SDRAM主要用作程序的運(yùn)行空間、數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)。
3．3 解碼模塊
決定MP3音質(zhì)的關(guān)鍵是主控解碼器件中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)單元和耳機(jī)功率放大器單元。DAC負(fù)責(zé)把解碼的數(shù)字音頻流轉(zhuǎn)換成可驅(qū)動耳機(jī)發(fā)音的模擬音頻信號；耳機(jī)放大器則可把模擬音頻信號放大到可驅(qū)動耳機(jī)的功率。該系統(tǒng)選用的解碼器是UDAl380。S3C2410則通過I2S總線與解碼器UDAl380通信。
3．4 網(wǎng)絡(luò)模塊
S3C2410自身并沒有網(wǎng)絡(luò)控制器，接入以太網(wǎng)時需增加獨(dú)立的以太網(wǎng)控制器，在此選用DM9000作為以太網(wǎng)控制器。該器件具有通用的處理器接口、10M／IOOM自適應(yīng)、4 K雙字節(jié)靜態(tài)存取存儲器、低功耗、高處理性能，可支持3．3~5V的容差。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
該音頻點(diǎn)播系統(tǒng)選用Linux操作系統(tǒng)，其軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。從軟件角度看，嵌入式Linux操作系統(tǒng)分為引導(dǎo)加載程序、內(nèi)核、文件系統(tǒng)及用戶應(yīng)用程序4部分。其一用于完成初始化RAM、初始化串口、設(shè)置Linux啟動參數(shù)、調(diào)用Linux內(nèi)核映像等功能；其二為特定于具體硬件的定制內(nèi)核以及控制內(nèi)核引導(dǎo)系統(tǒng)的參數(shù)；其三為含根文件系統(tǒng)和建立Flash存儲器設(shè)備上的文件系統(tǒng)；其四為特定于用戶的應(yīng)用程序，即為播放程序。
4．1 文件系統(tǒng)
因為系統(tǒng)需要一種以結(jié)構(gòu)化格式存儲和檢索信息的方法．所以需要文件系統(tǒng)的參與。Linux下的常用文件系統(tǒng)由RAMDISK，JFFS2．CRAMFS等組成。所謂文件系統(tǒng)就是用戶程序與文件的集合，在Linux PC機(jī)上存放到一個統(tǒng)一的目錄下，然后通過工具打包成一個映象(image)文件，這通常為壓縮過程，燒寫到板子上后，待Linux內(nèi)核完成啟動后，逐個掛接這些文件系統(tǒng)映象文件并做解包工作。當(dāng)然第一個掛接的就是根文件系統(tǒng)(rootf)，待rootf提供Shell后，即可通過Shell命令mount來掛載其他文件系統(tǒng)(FS)了。
該系統(tǒng)設(shè)計選用RAMDISK文件系統(tǒng)。RAMDISK文件系統(tǒng)的特點(diǎn)是：當(dāng)Linux內(nèi)核運(yùn)行時都會把文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊的信息拷貝到SDRAM中，即相當(dāng)于在SDRAM中劃出一塊區(qū)域模擬PC機(jī)的硬盤，既然在SDRAM中，當(dāng)然是可讀可寫的，斷電后則無法保存相關(guān)信息。
RAMDISK中的重要目錄：
(1)／bin：保存大多數(shù)init，busybox，shell文件管理實用程序等二進(jìn)制文件。
(2)／dev：包含用在設(shè)備中的所有設(shè)備節(jié)點(diǎn)。
(3)／etc：包含系統(tǒng)的所有配置文件。
(4)／lib：包含所有必須的庫，如libc，libdl等。
[!--empirenews.page--]4．2 用戶應(yīng)用程序
應(yīng)用程序負(fù)責(zé)與服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)通信，向服務(wù)器發(fā)送請求、下載歌曲、播放歌曲，并對整個播放過程進(jìn)行控制管理。通過240x320TFT觸摸式彩屏LCD把信息呈現(xiàn)給用戶，用戶可通過觸摸屏和按鍵向系統(tǒng)發(fā)送請求。系統(tǒng)播放終端程序簡要流程見圖3。
應(yīng)用程序主要分為主程序mainplay．c和Mp3play，F(xiàn)tplib，Song_select，Song_list，Config_data這5個模塊。mainplay．c主要用于生成主界面和下級界面、各菜單的管理、接收和傳遞用戶的請求，并調(diào)用各模塊完成相應(yīng)的任務(wù)。設(shè)計中采用MilaiGUI實現(xiàn)界面編程。MiniGUI是一個圖形用戶界面支持系統(tǒng)，鍵盤和鼠標(biāo)動作，產(chǎn)生由應(yīng)用程序不斷輪詢的事件，這些事件發(fā)送到具有焦點(diǎn)的窗口，而且應(yīng)用程序把這些事件交由與該窗口聯(lián)系的例程來處理。<minigui／minigui．h>，<minigui／comm．．h>和<minigui／window．h>是所有的MiniGUI應(yīng)用程序都必須包括的頭文件。MiniGUI程序的入口點(diǎn)為MiniGUIMain，即：
int MiniGUIMain (int argc, const char* argv[])
main函數(shù)已經(jīng)在MiniGUI中定義，該函數(shù)在MiniGUI初始化工作后調(diào)用MiniGUIMain函數(shù)。所以，每個MiniGUI應(yīng)用程序中無論是server端程序MGINIT，還是客戶端應(yīng)用程序．其入口點(diǎn)都為MiniGUIMain函數(shù)。其參數(shù)argc和argv與C程序main函數(shù)的參數(shù)argc和argv的含義是一樣的。
Config data為配置數(shù)據(jù)管理模塊，用于實現(xiàn)配置參數(shù)的輸入和管理．同時實現(xiàn)配置界面的生成。FTP電控柜議庫函數(shù)存放在Ftplib模塊中，通過該模塊可建立套接字，與服務(wù)器連接、通信，并下載文件。Song_list負(fù)責(zé)歌曲列表的管理，實現(xiàn)目錄的切換，以完成循環(huán)播放歌曲、隨機(jī)播放歌曲、單首循環(huán)播放歌曲的管理功能。
這5個模塊中的核心為Mp3play模塊。它包含了MP3的解碼代碼，通過該模塊調(diào)用解碼驅(qū)動程序，實現(xiàn)歌曲的解碼播放、前進(jìn)、后退、音量控制等，以完成MP3音樂文件的最終播放。
5 結(jié)語
嵌入式網(wǎng)絡(luò)MP3播放終端集成了網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化的優(yōu)點(diǎn)，是嵌入式系統(tǒng)在音頻領(lǐng)域中的一個典型應(yīng)用。從系統(tǒng)實現(xiàn)及效果看，該系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計要求，且操作簡單，適合于各種層次的用戶。若改用無線方式進(jìn)行設(shè)計，可通過無線網(wǎng)絡(luò)隨時隨地下載、收聽信息，這種播放器必將更受用戶的歡迎。
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