基于DSP的触摸式MP3播放器的设计

    TMS320LF2407A是美国TI公司推出的高性能16 bit定点数字信号处理器，它采用了高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3 V，减小了控制器的功耗；40 MIPS的执行速度使指令周期缩短到25 ns(40 MHz)，从而提高了控制器的实时控制能力。它专门为数字控制设计，集DSP的高速信号处理能力及适用于控制的优化外围电路于一体，在数字控制系统中得以广泛应用；MP3是指MPEG国际标准音频第三层编/解码[1]，本文采用硬件解码方式(软件解码代价高，速度慢)，利用TMS320LF2407A实现MP3播放器的设计。

1 系统硬件组成

1.1 微控制器TMS320LF2407A

    系统硬件结构如图1所示，TMS320LF2407A作为主控芯片，内部资源十分丰富，具有40个可编程/复用的GPIO脚，具有事件管理器EV模块、CAN总线模块、SCI模块以SPI模块等。其中，同步串行SPI模块具有4个通信引脚：主出从入SPIMOSI、主入从出SPIMISO、同步时钟SPICLK、总线片选SPISTE。本系统中，SD卡、VS1003B以及TM7843都是SPI总线接口设备，DSP采用SPI总线扩展了SD卡与VS1003B音频解码芯片，而并未将触摸屏控制器TM7843也扩展到SPI总线上，采用了IO口模拟SPI的方案，原因是在对SD卡操作的同时（数据还未读入RAM），是不可能向VS1003B传送数据的，SPI处在间歇的切换状态中，不会导致争用、冲突，但是对屏幕的触碰是难免的，所以共用总线不可靠。

1.2 VS1003B解码芯片

    VS1003B是由荷兰VLSI公司出品的一款单芯片的MP3/WMA/MIDI音频解码和ADPCM编码芯片，其拥有一个高性能低功耗的DSP处理器核VS_DSP，5 KB的指令RAM，0.5 KB的数据RAM，串行的控制和数据输入接口，4个通用IO口，一个UART口；同时片内带有一个可变采样率的ADC、一个立体声DAC以及音频耳机放大器。

    如图2所示，VS1003B各部分的供电电压不同，AVDD（模拟电路电压）与IOVDD（IO电压）须用3.3 V供电，CVDD（数字电路电压）必须用2.5 V供电；VS1003与DSP连接的引脚主要有7个，分别为DREQ、SO、SI、SCLK、XRESET、XCS、XDCS。只有保证它们与DSP正确可靠的连接，才能对VS1003进行有效的操作与控制；操作时，只有当DREQ为高(准备好)时才能读写VS1003B，它具有2个读写端口，即命令端口和数据端口，分别由XCS(命令片选)与XDCS（数据片选）决定，由DSP的IO口控制。SO、SI、SCLK是SPI接口，与DSP的SPI总线对接。图2的左侧与右侧原理图分别为MIC音频模拟信号输入电路与音频输出电路，由于内部具有耳机驱动器，VS1003B输出信号不需经过任何功放电路，简化了硬件电路。

1.3 SD卡电路

    SD卡有9个引脚，支持2种可选的通信协议：SD模式和SPI模式[2]。如前所述，本设计采用SPI模式。图3中，DI、DO、SCLK分别对应微控器SPI模块的3个引脚；CS脚是SD卡SPI模式的片选引脚，与DSP的IO口连接，DSP的SPISTE脚并未使用(因为需要扩展多个SPI芯片，需要多个片选脚)，对SD卡操作时，CS脚才拉低有效，避免了与VS1003B冲突。SENS与WP分别为SD卡的插入检测与写保护脚。

1.4 彩屏与触摸屏驱动电路

    ILI9320是手机上常用的彩屏控制器，采用16 bit并行总线方式，端口被映射到DSP的IO空间，彩屏具有4个背光LED灯(控制端为LED1~LED4)，采用三极管9012连接共阳极LEDA，使背光受控于DSP的PE3脚，若一段时间内未触摸屏幕，控制PE3脚为高，使背光熄灭，降低系统功耗。彩屏与4线电阻式触摸屏紧贴一起，2块屏是一个整体，输出软排线中的XR、YD、XL、YU(参见图4中的U3)即为4线电阻采样端，与TM7843(芯片U4)对应脚连接，TM7843的DCLK、DIN、DOUT、/CS脚与TMS320LF2407A的IO脚连接，模拟SPI总线。PENIRQ是笔落下信号，程序中判断此脚为低电平时(或采用中断方式)，则有触摸屏幕事件发生，再进一步做区域识别处理。

2 软件设计

    软件主要分为3个任务：显示任务、触摸识别任务、MP3播放任务，由?滋C/OS操作系统负责调度。MP3播放任务完成了最主要的功能，即从SD卡FAT32文件系统中读取数据再送入VS1003B解码。然而μC/OS系统只是完成了基本的任务调度及相关机制，并无其他内嵌实用模块，所以基于SD卡的FAT32文件系统的实现必须设计完成。

    FAT32文件系统如图5所示，物理扇区0可以引导程序定位到正确的文件系统逻辑扇区0的位置。引导区DBR的第一扇区包括一个引导程序和BPB参数块[3]。启动区BPB是文件系统最重要的部分，它记录了每扇区字节数、根目录簇号、FAT表号等重要信息，依据它可以找到每个文件的簇号，依据文件的链式存储结构，可以依次找到文件的所有存储簇号。

    软件中设计了对应的结构体，描述了BPB块结构、目录结构、文件记录体结构等。其中，BPB结构如下：

struct FAT32_BPB
{
  unsigned char BS_jmpBoot[3]；        //跳转指令     offset：0
  unsigned char BS_OEMName[8]；    //系统字符串  offset：3
  unsigned char BPB_BytesPerSec[2]；    //每扇区字节数offset：11
  unsigned char BPB_SecPerClus[1]；    //每簇扇区数    offset：13
    ……
  unsigned char BS_FilSysType[11]；    //            offset：71
  unsigned char BS_FilSysType1[8]；    //串″FAT32″  offset：82
}；

    再利用SD卡硬件层API接口函数FAT32_ReadSector将BPB所在扇区读入RAM缓冲区，利用指针指向内部成员即可获得以上信息，从而可以定位到文件位置并读取数据。MP3通常只是读取文件，并不会进行删除、保存等操作，所以为了提高效率、精简代码，本FAT32系统只实现了文件定位及读取功能。图6为主流程图与播放任务流程图。

    TMS320LF2407A具有较高的性能，资源丰富，将其应用到MP3播放器中，提高了整体性能；采用触摸屏可以随意点选歌曲以及拖动播放进度等，使系统可控性提高；彩屏使系统展现能力提高，系统不仅可以播放音频，而且能够显示全彩BMP图片、文档文件等，类似于小型PDA。