基于arm9的mp3播放器設計,單片機linux開發!(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 兩個版本鍵盤驅動和手寫筆驅動。Qtopia PDA版:Qtopia PDA 版Qtopia PDA 是一個強大的平臺專用于基于Linux操作系統的PDA個人數字助理設備許多PDA 都已采用了Qtopia , Qtopia PDA 版已經成了事實上的Linux 標準它代表了可行的第三種PDA 設計方案Qtopia PDA 版具有可定制的用戶界面支持多種不同的屏幕尺寸以及橫向和縱向布局。Qtopia 消費電子產品平臺：While Qtopia 手機版和 Qtopia PDA 版是針對移動電話和PDA 制造商的統包解決方案，而Qtopia 消費電子產品平臺(Qtopia CEP) 則是一套高層次開發平臺適用于那些希望自行設計和開發應用套件的制造商。Qtopia CEP使得制造商能夠在形形色色的手寫筆和鍵盤驅動的設備上創建自定義的環境，這些設備包括電視機Web Pad 無線聯網板機頂盒以及許多其它基于Linux 的設備等等。 Qtopia 產品系列旨在為基于Linux 的消費電子設備提供和創建圖形用戶界面它為制造商提供了前所未有的靈活性和眾多選擇。 系統的軟件分析與設計此MP3播放器的軟件體系結構采用分層模式，它包括硬件層、驅動層、操作系統層及MP3播放器應用層。下圖是簡化的MP3播放器的軟件體系結構圖。MP3player應用程序Linux OS文件系統,QtopiaDriver音頻驅動，USBHardware物理層此MP3播放器軟件的核心是Linux操作系統，一切功能都是基于Linux上完成的。首先需要設備驅動程序，包括USB、磁盤控制、音頻控制、LCD等。然后是文件系統。該設計采用的是通用的FAT32文件系統，采用此文件系統的目的是為了與Windows平臺有很好的兼容性。最上層是應用層，例如MP3編碼／解碼、JPEG解碼以及MPEG4解碼等。由于S3C2410和Linux操作系統的功能都非常強大，因此，除了實現上述功能，該設計方案還可以擴充其它功能，例如添加WLAN、GPS、GPRS以及照相模塊等，以適應不同的應用需求，為以后的升級或改進提供了接口。 交叉編譯環境的建立交叉編譯，簡單地說，就是在一個平臺上生成另一個平臺上的可執行代碼。這里說的平臺分別指的是主機平臺Host和目標平臺Target。在本論文中，Host是一臺裝有FC4Linux操作系統的PC機，它通過串口或網絡接口與Target通信。Target是armlinux平臺(這里說的arm指的是平臺所使用的CPU是S3C24lO處理器，linux指的是運行的操作系統是Linux)。本文在Host上開發程序，并在這個平臺上運行交叉編譯器 CrossCompiler，編譯程序，而由 CrossCompiler生成的程序將在Target上運行。建立交叉編譯環境是進行Qtopia桌面系統和MP3播放器移植的第一步。目前常用的交叉開發環境主要有開放和商業兩種類型。開放的交叉開發環境的典型代表是GNU工具鏈，目前已能夠支持x86，ARM，PowerPC等多種處理器。商業的交叉開發環境主要有Metrowerks code warriror, ARM Software DevelopmentToolkit等。對于交叉編譯工具，可以自己生成，也可以從網上下載。交叉編譯工具一般由專門得機構負責維護，可以從他們得網站免費獲得，下面描述交叉編譯環境得建立過程。首先，在Linux宿主機上新建一個用于嵌入式Linux開發的工作目錄:/home/arm9，以后所有的開發工作都在這個目錄下進行。然后，取得基于ARM微處理器架構的交叉編譯工具。這個網站專門維護基ARM架構的Linux內核。在這里有專門針對不用ARM處理器的Linux內核移植補丁，有大量的驅動以及工具集。下載的交叉編譯工具以壓縮包的方式存在，需要將其安裝到Linux宿主機上，安裝過程如下:[root@fc4 /]cd/usr/local[root@fc4 local]mkdir arm[root@fc4 local]cd arm[root@fc4 arm]cp /home/arm9/work/[root@fc4 arm]tar jxvf 當以上命令執行完畢以后，會生成/usr/local/arm/，表明交叉編譯器經成功安裝到了 /usr/local/arm下。最后用vi編輯器打開home/.bash_profile，在文本的最后一行加入以下命令:exportPATH=/usr/local/arm/:$PATH這樣就可以在終端使用armlinux編譯器了。3. 硬件開發平臺的構建這款多功能MP3播放器的核心是三星公司的S3C2410芯片。該芯片是基于ARM920T而開發的一款面向消費類電子產品的多功能SOC。除具備一般嵌入式芯片所具有的總線，SDRAM控制器，3個串口等外設之外，S3C2410還具有TFT LCD控制器、USB Slave、USB Host、I2C總線控制器、SPI控制器、IIS音頻接口、SD amp。 MMC存儲卡接口等豐富的擴展功能。 硬件開發板本文使用的是華天正科技公司生產的S3C2410開發板。S3C 2410 硬件平臺綜述: RealARM 2410 平臺由核心板（CoreBoard）和底板BottomBoard ) (帶觸摸)組成。RealARM2410 的主要特點：CoreBoard(核心板) CPU:Samsung的S3C2410x處理器，工作頻率達203MHz；FLASH ROM:64MB Nand Flash,可選配為各種容量8位的NANDFLASH； NOR FLASH（SST39VF1601）提供2MBNor Flash；SDRAM:64M（Samsung K4S561632HTc75）2片4Banks4Mbits16bits SDRAM，PC100/PC133兼容；RTC 實時時鐘:，帶有備份電池，可保持時鐘。NAND FLASH NOR FLASH 啟動選擇開關兩個I/O 口連接兩個LED，方便用戶調試自己的程序。 硬件開發環境的建立在移植嵌入式應用程序之前，應該搭建好硬件平臺，本文所使用的硬件平臺包括一臺裝有FC4版的Linux操作系統，即宿主機Host、一塊S3C2410開發板(內含三星S3C2410微處理器). 嵌入式應用軟件的開發流程：在嵌入式硬件設備上進行應用程序的調試在宿主機上進行交叉編譯嵌入式應用程序在宿主機上進行應用程序的編碼、調試根據目標硬件平臺，搭建交叉編譯環境選定嵌入式硬件平臺和嵌入式操作系統調試有無問題把代碼寫入嵌入式設備的flash中4. MP3播放器的系統結構：顯示器 通訊接口DACARM9S3C2410存儲區耳機功放操作系統 存儲系統 現在MP3播放器的存儲系統主要有三大類：FLASH。 Nand Flash芯片、MMC卡、SD卡、Sony m2；磁性存儲器。如：；光學存儲器。如：AudioCD、CDROM、DVD、Dataplay。本系統所用的存儲介質主要是Nand Flash芯片。FLASH芯片具有可靠性高、體積小、無機械觸點和重量輕等顯著優點，是目前便攜式MP3播放器的主流存儲器。單片FLASH芯片的容量越來越大，三星半導體已推出32GB的單片Nand FLASH芯片，日立和東芝半導體已推出16GB的單片Nand FLASH芯片。而且，FLASH的降價幅度和空間都很大。可以相信Nand FLASH在未來幾年仍是便攜式MP3播放器的主流存儲器。Nand FLASH之所以在價格上優于Nor FLASH，很大程度上取決于它允許1%壞扇區的標準。而Nor FLASH必須是100%的合格，不允許任何一位的損壞。這點是便攜式MP3開發過程中必須注意的地方，固件(Firmware)必須有一個標注并避開壞扇區的方法。 通信接口現在常用的通訊接口有以下幾種：打印口；USB接口；IEEE1394接口；有的MP3播放器不需通過PC機而直接利用內置Modem通過Internet網絡下載音樂。在做這個MP3播放器的時候我使用的是用usb作為通訊接口，這樣在兼容性和速度方面找到了最合適的平衡點。5. 播放器的設計與實現 MP3播放器采用了C++和C語言混合編程的形式。其中，頂層函數采用的是符合Qt特點的C++程序，底層的MP3音頻解碼模塊采用的是C語言。 MP3音頻文件的處理過程是首先下載MP3到緩沖區，然后利用一個開源的高質量的MPEG解碼庫將MP3數據流解碼為PCM數據，然后利用底層的聲頻驅動程序0SS將PCM轉化為模擬信號驅動D/A播放MP3音樂。因此，軟件需要有MP3解碼功能以及PCM數據播放功能。創建Qtopia程序創建MP3播放器窗口都件類構建定時器構建play按鍵構建fileopen按鍵建立定時器與MP3音頻文件解碼函數的連接建立File Open按鍵與本地文件打開函數的連接建立Play按鍵與音樂播放/暫停函數的連接事件主循環 MP3音頻解碼模塊MP3解碼器的作用在于將MP3音頻文件轉換為PCM數據。目前有很多優秀的MP3解碼器都可以達到此目的。MAD是一款高質量的MPEG音樂解碼器。它在支持MPEGlayerlayer3都完全得到實現。MAD具有24bit PCM輸出，完全是定點計算，具有GPL(General Public License)發布的軟件的特點。MAD提供了完全的24bitPCM輸出，使用MAD的應用程序可以產出更高質量音頻輸出，即使輸出設備只支持16bit的PCM輸出，應用程序仍然可以通過其他的方法來增加可聽聲音的動態范圍。由于MAD使用整數計算而不是浮點數計算，所以它適合沒有浮點數單元的架構，其所有的計算都在32hit的定點表達式下處理。目前有很多多媒體播放器采用MAD來對MP3文件進行解碼操作，如XMMS、MPG321等。因此，本文選擇了MAD作為MP3的音頻解碼庫。在本文中使用到的MAD主要數據結構如下: struct mad_stream mad_stream: mad_stream結構體，主要用于分配MP3數據流的緩沖區，如果緩沖區的MP3數據幀不完整，那么不完整的MP3幀的數據必須拷貝到下一次解碼操作的緩沖區中，進行再次解碼操作。struct mad_frame mad_frame。madframe是記錄MP3幀解碼后的數據的數據結構，其中的 madheader尤其重要，其用來記錄MP3幀的一些基本信息，如MP3層數、聲道模式、流比特率、采樣比特率等等。聲道模式包括單聲道、雙聲道、聯合立體混音聲以及一般立體聲。struct mad_synth mad_synth。mad_synth結構體中的關鍵域 struct mad_pcm pcm保存解碼和合成后得到的PCM數據。Mad_pcm包含采樣率，聲道數、每聲道的采樣數目以及PCM采樣數據。這些參數都是用來初始化音頻設備。MAD主要接口函數如下:mad_stream_init(amp。mad_stream)。mad_synth_init(amp。mad_synth)。mad_frame_init(amp。mad_frame)。此三個函數是對各個解碼數據結構體進行初始化int fread(void*buf，int size，int count，FILE*fp)。此函數的作用是讀取MP3音頻文件的數據void mad_stream_buffer(struet mad_stream*，unsigned chare const*，unsigned long):此函數把原始的未解碼的MP3數據和mad_stream數據結構關聯。int made_frame_decode(struct mad_