基于ARM的MP3播放器设计与实现

引言

　　MPEG（ Moving Picture Experts Group） 是运动图像专家组的英文缩写。MP3 是MPEG Audio Layer??3的缩写， 即MPEG 第3 层音频编码标准， 使用MP3 标准对音频数据编码既可以获得较大的音乐数据压缩比，又可以得到较好的音乐回放质量。国内外现有的MP3 解码方案实现有2 种方案： 硬件和软件解码。利用专用解码芯片的硬件解码， 其灵活性不好， 并且硬件解码芯片的价格昂贵。基于DSP 或ARM 等处理器开发平台的软件解码， 扩展新能好， 性价比高。

　　ARM（ Advanced RISC Machines） 既可以认为是一个公司的名字， 也可以认为是对一类微处理器的通称， 还可以认为是一种技术。目前， 采用ARM 技术知识产权（IP）核的微处理器， 即通常所说的ARM 微处理器， 已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场基于ARM 技术的微处理器应用约占据了32 位的RISC 微处理器75% 以上的市场份额， ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。

　　本文采用了ARM 微处理器作为整个音频播放系统的控制和管理单元。出发点即为研究数字音频技术在ARM 嵌入式系统中的应用， 结合数字音频和ARM嵌入式系统这两个前沿技术， 设计一个基于ARM 嵌入式系统的数字音频播放系统。

　　1 系统的总体方案

　　本文介绍一种基于ARM LPC2131 的新式MP3 播放器设计， 这种设计思路是以LPC2131 控制器为核心，来协同音频解码模块和音乐文件存取模块。这样可以克服现在市场上MP3 价格高昂和音质之间的矛盾， 并且具有海量存储的优点。总体设计方案如图1 所示， 是以ARM LPC2131 作为控制器来控制音频解码模块和音乐文件存取模块。

 

图1 系统总体图

　　2 硬件设计

　　2. 1 音频解码模块设计

　　音频解码模块包含一个高性能， 自主产权的低功耗DSP 处理器核VS_DSP4, 工作数据存储器， 为用户应用提供5 KB 的指令RAM 和0. 5 KB 的数据RAM。串行的控制和数据接口 , 4 个常规用途的I/ O 口， 1 个UART, 也有1 个高品质可变采样率的ADC 和立体声DAC, 还有1 个耳机放大器和地线缓冲器。

　　2. 2 音乐文件存取模块设计

　　CH375 的USB 主机方式支持并行接口和串行接口。在USB 主机方式下， CH375 支持各种常用的USB全速设备， 外部A RM 需要编写固件程序按照相应的USB 协议与USB 设备通信。但是对于USB 存储设备， CH375 内置了相关协议， 通常情况下， 外部ARM不需要编写固件程序， 就可以直接通信， 其原理设计图如图2 所示。

 

图2 音乐文件存取模块

3 软件设计

　　系统软件采用模块化程序设计， 系统主程序主要完成的内容有： 系统参数初始化、打开中断、读取* . MP3文件等。系统主程序流程图如图3 所示。可以看出， 主程序是一个死循环， 在系统上电初始化完毕后， 系统一直在不断的执行这个循环程序。在循环过程中， 若产生中断， 则程序就转去执行相应的中断服务程序。

 

图3 工作原理图

　　4 实验结果及分析

　　依照上面的设计方案， 对设计的实物进行测试， 音质流畅， 各项技术指标均正常， 达到了设计要求。

　　本设计具有以下几个优点：

　　（1） 本设计主要采用SPI 总线区别于通常的UART 总线， 这样可以有效地提高数据的传输速率， 使播放更加流畅， 音乐清晰无杂音；

　　（2） 支持多种格式的音乐， 除了MP3, WMA 格式外， 还支持Midi 以及WAV 格式的音乐。这样对使用者来说相当方便， 再也不用在网上艰难地找那些只能适合自己MP3 格式的歌曲；

　　（3） 在制作的时候还利用了CH375 模块， 其效果是使得MP3 具有海量存储能力， 这样能给使用者带来很多方便， 便于出门携带等；

　　（4） 操作简单， 使用方便， 适合各个年龄段的人使用， 只要打开电源开关， 音乐就会按着自己先前设置好的顺序依次播放。

　　5 结语

　　本设计采用了需要移动部件来读取磁带或CD 上的编码数据的音乐播放器， MP3 播放器采用U 盘存储歌曲。MP3 播放器只不过是一个嵌置有软件应用程序的数据存储设备， 允许用户将MP3 文件传递到MP3 播放器。MP3 播放器还包含用来从CD 或网站复制音乐的实用程序， 并且能够按希望的播放顺序组织和创建歌曲列表。这个歌曲列表称为“播放列表”。还有其最主要的特点就是可以海量存储音乐， U 盘内存有多大， 也就相当于你的MP3 播放器有多大内存。这是一般市场上卖的MP3 所没有的功能， 也是将来MP3 的发展趋势。