嵌入式音频播放系统

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,一种嵌入式MP3音频点播系统的设计与实现,引 言,嵌入式系统的优点,系统设计,发展前景,引言,随着信息化、智能化、网络化的发展，嵌入式系统技术也随之提高。目前，嵌入式系统已广泛用于信息家电、移动通信、工业控制、军事电子等领域。嵌入式MP3 音频点播系统是一种基于局域网、具有交互功能的点播系统。它能通过局域网与控制中心进行双向传输，不仅可从局域网下载播放MP3的歌曲，也可扩展USB接口，利用现有的移动存储设备实现音频数据的存储和备份。,嵌入式系统的优点,1）对实时任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。,2）具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。,3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开发出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。,4）嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至W级。,系统设计,1 系统功能及实现方案,嵌入式系统由底层硬件、设备驱动、操作系统、应用中间软件及应用系统5部分组成。基于嵌入式系统的MP3音频点播系统可广泛用于卡拉OK厅、语音教室和公共广播等许多场所，它由一个网络服务器和多个客户端播放器组成，是基于局域网的CS结构的点播系统。首先在服务器中存储丰富的歌曲，用户可通过播放器自带的网络功能登陆服务器，以获取歌曲进行播放同时该点播系统也可通过USB存储设备播放本地歌曲，也可将服务器上的音乐下载到本地USB存储设备上。,服务器端采用Windows操作系统的PC机作为服务器：客户端采用Linux作为操作系统；采用S3C2410作为处理器；选MiniGUI编写控制界面，并通过socket编程与服务器连接。MP3播放终端服务器与客户端之间采用FTP(File Transfer Protoco1)网络通信协议传递数据，常用的FTP服务器为ServerU。,2,系统硬件设计,S3C2410内部集成有ARM920T内核和常用外围组件。由于它是一款专为手持设备设计的低功耗处理器因此可以降低手持设备成本，具有较高的性价比。该系统采用模块化设计思想，依据功能可划分为网络、存储、解码、触摸屏、按键、电源、USB接口、UART接口等模块。其硬件结构如图1所示。,2.1 处理器模块S3C2410,它的功能和特性如下：具有较高的处理速度，通过内部锁相环，最高可在203 MHz的系统时钟下运行；具有极低的功耗其核心供电电压为18 V，外围IO口使用33 V电压；具有3种低功耗控制方式，甚至可关闭CPU中除唤醒逻辑外的所有功能，极大地降低了功耗；与其他ARM器件相比，S3C2410片上集成了更多的外设接口，如外部存储控制器、LCD，DMA，USBl1，SD，M。MC卡控制器、UART，SPI接口、I2C总线控制器和I2S总线控制器、 I2S音频接口、PWM定时器、看门狗、117个外部IO口、24个外部中断源、AD转换器和触摸屏接口、实时时钟及片上PLL的时钟产生等。使用集成接口，有利于功能的扩展。,2.2 存储模块,存储模块由一片64 MB的SDRAM和两片16 MB的Flash组成，可为系统提供足够的存储空间。Flash存储器是一种可在系统电擦写，掉电后信息不丢失的存储器。与Flash存储器相比，SDRAM不具有掉电保持数据的特性，但存取速度大大高于Flash存储器，且具有读写特性。因此系统中SDRAM主要用作程序的运行空间、数据及堆栈区。,2.3,解码模块,决定MP3音质的关键是主控解码器件中的数模转换器(DAC)单元和耳机功率放大器单元。DAC负责把解码的数字音频流转换成可驱动耳机发音的模拟音频信号；耳机放大器则可把模拟音频信号放大到可驱动耳机的功率。该系统选用的解码器是UDAl380。S3C2410则通过I2S 总线与解码器UDAl380通信。,2.4,网络模块,S3C2410自身并没有网络控制器，接入以太网时需增加独立的以太网控制器，在此选用DM9000作为以太网控制器。该器件具有通用的处理器接口、10MIOOM自适应、4 K双字节静态存取存储器、低功耗、高处理性能，可支持335V的容差。,3 系统软件设计,该音频点播系统选用Linux操作系统，其软件结构如图2所示。从软件角度看，嵌入式Linux操作系统分为引导加载程序、内核、文件系统及用户应用程序4部分。其一用于完成初始化RAM、初始化串口、设置Linux启动参数、调用Linux内核映像等功能；其二为特定于具体硬件的定制内核以及控制内核引导系统的参数；其三为含根文件系统和建立Flash存储器设备上的文件系统；其四为特定于用户的应用程序，即为播放程序。,3.1,文件系统,因为系统需要一种以结构化格式存储和检索信息的方法所以需要文件系统的参与。Linux下的常用文件系统由 RAMDISK，JFFS2CRAMFS等组成。所谓文件系统就是用户程序与文件的集合，在Linux PC机上存放到一个统一的目录下，然后通过工具打包成一个映象(image)文件，这通常为压缩过程，烧写到板子上后，待Linux内核完成启动后，逐个挂接这些文件系统映象文件并做解包工作。当然第一个挂接的就是根文件系统(rootf)，待rootf提供Shell后，即可通过Shell命令 mount来挂载其他文件系统(FS)了。,该系统设计选用RAMDISK文件系统。RAMDISK文件系统的特点是：当Linux内核运行时都会把文件系统数据块的信息拷贝到SDRAM中，即相当于在SDRAM中划出一块区域模拟PC机的硬盘，既然在SDRAM中，当然是可读可写的，断电后则无法保存相关信息。,RAMDISK中的重要目录：,(1)bin：保存大多数init，busybox，shell文件管理实用程序,等二进制文件。,(2)dev：包含用在设备中的所有设备节点。,(3)etc：包含系统的所有配置文件。,(4)lib：包含所有必须的库，如libc，libdl等。,3.2,用户应用程序,应用程序负责与服务器网络通信，向服务器发送请求、下载歌曲、播放歌曲，并对整个播放过程进行控制管理。通过240x320TFT触摸式彩屏LCD把信息呈现给用户，用户可通过触摸屏和按键向系统发送请求。系统播放终端程序简要流程见图3。,应用程序主要分为主程序mainplayc和Mp3play，Ftplib，Song_select，Song_list，Config_data这5 个模块。mainplayc主要用于生成主界面和下级界面、各菜单的管理、接收和传递用户的请求，并调用各模块完成相应的任务。设计中采用 MilaiGUI实现界面编程。MiniGUI是一个图形用户界面支持系统，键盘和鼠标动作，产生由应用程序不断轮询的事件，这些事件发送到具有焦点的窗口，而且应用程序把这些事件交由与该窗口联系的例程来处理。， 和是所有的MiniGUI应用程序都必须包括的头文件。MiniGUI程序的入口点为 MiniGUIMain，即：,int MiniGUIMain (int argc, const char* argv),main函数已经在MiniGUI中定义，该函数在MiniGUI初始化工作后调用MiniGUIMain函数。所以，每个MiniGUI应用程序中无论是server端程序MGINIT，还是客户端应用程序其入口点都为MiniGUIMain函数。其参数argc和argv与C程序main函数的参数 argc和argv的含义是一样的。,Config data为配置数据管理模块，用于实现配置参数的输入和管理同时实现配置界面的生成。FTP电控柜议库函数存放在Ftplib模块中，通过该模块可建立套接字，与服务器连接、通信，并下载文件。Song_list负责歌曲列表的管理，实现目录的切换，以完成循环播放歌曲、随机播放歌曲、单首循环播放歌曲的管理功能。,这5个模块中的核心为Mp3play模块。它包含了MP3的解码代码，通过该模块调用解码驱动程序，实现歌曲的解码播放、前进、后退、音量控制等，以完成MP3音乐文件的最终播放。,发展前景,嵌入式网络MP3播放终端集成了网络化和数字化的优点，是嵌入式系统在音频领域中的一个典型应用。从系统实现及效果看，该系统达到了设计要求，且操作简单，适合于各种层次的用户。若改用无线方式进行设计，可通过无线网络随时随地下载、收听信息，这种播放器必将更受用户的欢迎。,THANKS!,