基于嵌入式的MP3音頻點(diǎn)播系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已廣泛用于信息家電、移動(dòng)通信、工業(yè)控制、軍事電子等領(lǐng)域。這里介紹一種基于S3C2410處理器和嵌入式Linux系統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)音頻點(diǎn)播系統(tǒng)，將MP3音頻文件集中存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)FTP服務(wù)器上或本地U盤內(nèi)，利用自主開發(fā)的MP3播放終端進(jìn)行點(diǎn)播。該音頻點(diǎn)播系統(tǒng)可廣泛用于卡拉OK廳、語音教室和公共廣播等場所。

2 系統(tǒng)功能及實(shí)現(xiàn)方案

嵌入式系統(tǒng)由底層硬件、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、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(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和多個(gè)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(chǔ)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(shí)該點(diǎn)播系統(tǒng)也可通過USB存儲(chǔ)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(chǔ)設(shè)備上。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

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(jì)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(jià)比。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，依據(jù)功能可劃分為網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、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(shí)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(chǔ)控制器、LCD，DMA，USBl.1，SD，M。

3.2 存儲(chǔ)模塊

存儲(chǔ)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(chǔ)空間。Flash存儲(chǔ)器是一種可在系統(tǒng)電擦寫，掉電后信息不丟失的存儲(chǔ)器。與Flash存儲(chǔ)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(chǔ)器，且具有讀／寫特性。

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(dòng)耳機(jī)發(fā)音的模擬音頻信號(hào)；耳機(jī)放大器則可把模擬音頻信號(hào)放大到可驅(qū)動(dòng)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(shí)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(chǔ)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(jì)

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。

4.1 文件系統(tǒng)

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(gè)統(tǒng)一的目錄下，然后通過工具打包成一個(gè)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(dòng)后，逐個(gè)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(gè)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(jì)選用RAMDISK文件系統(tǒng)。

RAMDISK中的重要目錄：

（1）／bin：保存大多數(shù)init，busybox，shell文件管理實(shí)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。

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(gè)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(gè)模塊。mainplay.c主要用于生成主界面和下級(jí)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(jì)中采用MilaiGUI實(shí)現(xiàn)界面編程。MiniGUI是一個(gè)圖形用戶界面支持系統(tǒng)，鍵盤和鼠標(biāo)動(dòng)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／commh>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[]）

這5個(gè)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(dòng)程序，實(shí)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(gè)典型應(yīng)用。該系統(tǒng)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(jì)，可通過無線網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地下載、收聽信息，這種播放器必將更受用戶的歡迎。