嵌入式MP3播放系统研究

论文摘要

本课题采用NiosⅡ软核处理器作为控制单元,满足高品质MP3文件播放和控制的需要,并采用最新的嵌入式技术,搭建双CPU内核环境,实现了多任务的并发执行,使得在播放音乐的同时动态地显示歌词成为可能。本课题利用嵌入式技术的强大控制功能和配置灵活的特性,使设计出的播放器可听可见,更加智能化和小型化。目前基于软核的音视频处理系统还处于研究和发展阶段,本课题的实现,将为相关领域的系统设计提供参考,对于推动基于软核处理器应用系统的发展有着积极的意义。一个完整的MP3播放系统分为几个部分:中央处理器、解码器、存储设备、显示界面和控制键等。常用的MP3播放器的中央处理器更多采用的是ARM系列的硬核处理器。而基于软核处理器的MP3播放系统则以嵌入式软核MCU为控制中心,以高质量的硬件解码芯片或软件解码模块作为MP3数据处理中心,利用丰富的外围设备实现播放、显示、控制等功能。目前,基于FPGA软核处理器的MP3播放系统更多地实现于实验室中,并处于不断摸索和完善的阶段,而且在已经实现的MP3播放系统中都还没有实现歌词的同步实时显示功能。随着音乐爱好者欣赏水平的提高,歌词的显示已经日益成为播放器所必须具备的功能之一,多功能的、可听可见的MP3播放器是必然的发展趋势。本课题采用最新的SOPC(System On Programmable Chip)技术,利用NiosⅡ处理器设计MP3播放系统的外部设备如片外存储器、LED、七段数码管、按键、SD卡、LCD、音频解码芯片等的驱动电路,利用嵌入式编程技术实现外部设备的初始化、数据的读取和处理、音频文件的解码输出以及歌词文件的处理和同步显示。经过实验测试证明,采用SOPC技术实现的嵌入式MP3播放系统具有很高的稳定性、实用性和扩展性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 引言
• 1.1 课题研究的目的与意义
• 1.2 课题研究内容
• 2. 嵌入式系统
• 2.1 嵌入式系统简介
• 2.1.1 嵌入式系统的概念
• 2.1.2 嵌入式系统的特点
• 2.1.3 嵌入式微处理器的特点
• 2.2 FPGA简介
• 2.2.1 FPGA的概念
• 2.2.2 FPGA的特点
• 2.3 SOPC技术简介
• 2.4 Nios II简介
• 2.4.1 Nios II的概念
• 2.4.2 Nios II的特点
• 3. 嵌入式MP3播放系统硬件设计
• 3.1 系统功能描述
• 3.2 系统硬件组成
• 3.2.1 系统结构框图
• 3.2.2 硬件设备组成
• 3.3 双CPU结构的实现
• 3.3.1 Nios II双核系统的概念
• 3.3.2 双CPU结构在本系统中的应用
• 3.4 硬件系统的实现
• 3.4.1 Mutex模块的硬件实现
• 3.4.2 SD卡和音频解码芯片驱动模块的硬件实现
• 3.4.3 LCD模块的硬件实现
• 3.4.4 外部时钟的实现
• 3.4.5 七段数码管模块的硬件实现
• 4. 嵌入式MP3播放系统软件设计
• 4.1 外设驱动的设计
• 4.1.1 SPI总线接口规范
• 4.1.2 SD卡驱动的设计
• 4.1.3 音频解码芯片驱动的设计
• 4.1.4 LCD驱动的设计
• 4.2 系统软件的设计
• 4.2.1 MP3文件的读取和播放
• 4.2.2 LRC文件的读取和处理
• 4.2.3 时间显示功能的实现
• 4.2.4 按键响应功能的实现
• 4.2.5 双CPU间的通信
• 4.3 软件开发环境
• 5. 嵌入式MP3播放系统测试
• 5.1 系统硬件测试
• 5.2 驱动模块测试
• 5.2.1 SD卡驱动模块测试
• 5.2.2 VS1003驱动模块测试
• 5.2.3 LCD显示模块测试
• 5.2.4 双CPU通信测试
• 5.3 测试结果
• 6. 结论
• 参考文献
• 发表的学术论文
• 致谢