基于Coldfire和uClinux的硬盘MP3-基础电子

精品文档-下载后可编辑基于Coldfire和uClinux的硬盘MP3-基础电子便携式闪存（Nandflash）MP3一路热销，闪存芯片也曾一度面临缺货，在这样的情况下，使用容量更大成本更低的硬盘作为存储介质的HDD-MP3播放器便应运而生。为的硬盘MP3品牌苹果的iPOD系列硬盘MP3已经取得了极大的成功，在3年时间内总共卖出了超过1千万台。笔者所在的公司——华恒科技也开发了支持Microdrive微硬盘和1.8寸笔记本硬盘的MP3播放器解决方案，所采用的处理器是飞思卡尔半导体（Freescale，原Motorola半导体）的MCF5249。本文将就基于MCF5249的硬盘MP3产品设计作简单的介绍。硬件设计硬盘MP3播放器功能更加丰富、界面更加友善、操作更加灵活，可以支持更加复杂的文件系统以及文件管理、操作、检索等功能。需要支持运行更加复杂的软件。同时由于采用硬盘作为存储介质，功耗的问题更加突出。而通过软件可以实现更加灵活的电源管理功能。这就对处理器提出了更高的要求，除了完成音乐编解码处理以外，处理器控制能力也大大加强。目前市面上的硬盘MP3播放器采用的芯片有：Freescale的MCF5249/SCF5250、Sigmatel的STMP3550/3560等。在这之前已经有CD机和iRiver的硬盘MP3播放器基于MCF5249取得成功。有BGAQFP2种封装主要功能:·存储容量：10G·105×60×19mm·160g·160×128像素的背光液晶显示屏·MP3/WMA/ASF/WAV·USB2.0接口·FM调频收音·数码录音功能·支持多达38种语言显示·5向导航式控制键·6种均衡模式·配备液晶线控·支持WMA和光纤输入输出·锂电池，可以连续播放16小时图一IRiveriHP-100：基于通用嵌入式处理器MCF5249的硬盘MP3MCF5249以ColdFire32位微处理机体系结构为基础，主频120MHz-140MHz，带有96KB的芯片内SRAM，8KB的指令高速存、两个独立的UART和16位计时器、以及一个PLL时钟。此芯片还带有IDE/ATA界面可支持CD-ROM或硬盘/CF卡、软件监视时钟、GPIO线路、两个I2C接口、QSPI、4通道DMA、和一个非粘合性SDRAM控制器。另外，该器件还集成了一个芯片内12位DAC和一个增强型乘法(eMAC)累加器，用于为音频及其他应用提供快速运算和信号处理所需的DSP功能。Freescale的MCF5249微处理器设计用于音频电子设备、成像、保安/指纹识别和工业控制应用，工作频率为140MHz时性能可达125Dhrystone2.1MIPS，而功耗仅为每兆赫1.3mW。图二MCF5249芯片内部架构和SigmatelSTMP3xxx系列解码芯片相比，MCF5249属于通用型32位嵌入式微处理器，和其类似的处理器如Samsung的ARM9处理器S3C2410，目前已经有用其开发的闪存式MP3播放器。通用处理器的系统总线具有更强的驱动能力，可以扩展支持多种硬件模块、实现多种接口功能，如USB2.0、Mono/CSTN/TFTLCD、有线/无线网络、红外、蓝牙等等。图三为一般硬盘MP3的硬件系统架构图。图三硬盘MP3Player系统架构图针对硬盘MP3产品应用，华恒科技在推出支持微硬盘的便携式MP3播放器解决方案的同时，还和Freescale联合推出了具有无线音乐服务器功能的HoseaSystem开发系统，见图四：图四基于MCF5249的硬盘MP3播放器和无线音乐服务器由于硬盘MP3的功能更加丰富，系统更加复杂，在硬件设计时需要更多的考虑器件的排布和走线的规范。MCF5249既有BGA封装，也有QFP封装的芯片，开发商可以从实际硬件设计能力、产品尺寸要求、成本控制等方面综合考虑以决定选用的器件和PCB的层数。和普通MP3不同的是，硬盘MP3要更多的考虑功耗方面的因素，以延长产品连续工作时间。需要通过多种手段来降低系统的耗电量，主要有以下几个方面：·硬盘休眠。需要增加系统的缓存（SDRAM），以便预先将音乐读到内存中，以便让硬盘有空闲，而不需要连续运转。·LCD控制。通过灵活设置LCD背光亮度、动态调节自动关闭LCD背光、关闭LCD等方式降低LCD显示引起的功耗。·CPU降频。MCF5249通过软件进行MP3、JPEG等的解码播放。经实际测试，CPU的主频和功耗几乎成线形关系，所以当运行的应用不需要高主频时将CPU主频降低可以有效的降低功耗。·关闭不需要的工作模块，如通讯、传输端口等等。下表给出的是硬盘MP3主要器件及实现的主要功能：项目器件功能介绍处理器FreescaleColdFire5249140MHzROMAMDAM29LV320支持固件升级RAMHynixHY57V281620HCT可缓存3-4首MP3音乐LCD多种单色、CSTN、TFTLCD·可显示6-8行文字、图形，背光可调·良好的用户界面。支持浏览硬盘中的档案；支持中文简体、繁体、英文显示文件名称及MP3tag信息；支持MP3ID3tag，作者、目录名及歌曲标题显示；支持播放时间显示、播放进度条显示；支持修改并保存播放器的参数设置·可察看不同分辨率的JPEG图片USB2.0及IEEE1394a1394:OXFW911-PlusUSB:CypressCY7C68300可以通过USB2.0或IEEE1394a接口访问播放器的硬盘，快速读写、交换MP3音乐文件，具有移动硬盘功能IDE界面日立1.8寸20GB硬盘播放器能够正常读写硬盘上的文件CF界面CFTypeI/II接口支持读写CF卡/Microdrive/Magicstor微硬盘立体音乐播放PhilipsUDA1380TT·支持符合ISO/IEC11172-3及ISO/IEC13818-3标准的单双声道MP3文件播放。支持MP3文件的Bitrate为8Kbps至0Kbps。支持44.1KHz采样频率音频播放，SNR90dB以上。·支持播放时快进、快退、上一首、下一首、暂停、停止；支持多首歌曲的随机播放；支持单首及多首歌曲的重复播放；·A-B复读功能音频输入接口PhilipsUDA1380TT内置微型麦克风·接microphone，可录入语音·通过linein接口可录CD音乐，MCF5249进行实时压缩，保存为wav格式的音乐文件按键5向键/功能键/HOLD键可以配合UI接口控制MP3播放器运作电源管理LTC3455，内置充电电路3.6V可充电锂离子电池发光LED二极管·可通过USB接口、电源接口充电·红绿灯充电状态显示；充电时间3小时·支持LCDBacklight自动关闭的时间调整；支持LCD对比度调整；支持LCD休眠时间调整·支持硬盘休眠·支持系统自动关机时间调整收音PhilipTEA5767HL支持FMStereo接收；可预存20个电台；支持手动、自动电台搜索HOSEA特有的通讯功能IrdaETH:DavicomDM9000E802.11b:DlinkDWL650·支持红外遥控·支持播放网络上的音乐，支持共享·支持无线局域网共享音乐HOSEASYSTEM可涉及的应用：图五基于无线局域网的消费类电子产品应用软件系统MCF5249能够实现如此丰富的功能，归功于其具有的更强的通用计算、处理能力，使得其可以支持更加复杂的软件，支持多任务、多进程，甚至完善的操作系统如uClinux、FlexOS等。uClinux是一种的嵌入式Linux版本，针对nommu（没有内存管理）的cpu，它继承了标准Linux操作系统的稳定性、强大网络功能和出色的文件系统等主要优点。嵌入式Linux操作系统以其低廉的价格、强大的功能以及易于移植的特性吸引越来越多的客户，成为新兴的力量，众多商家也纷纷转向了嵌入式Linux。Linux为嵌入操作系统提供了一个极有吸引力的选择，它是一个和Unix相似、以为基础、完全内存保护、多任务多进程的操作系统。支持广泛的计算机硬件,包括X86,Alpha,Sparc,MIPS,PPC,ARM,NEC,MOTOROLA等现有的大部分芯片。程序源码全部公开，任何人可以修改并在GNU通用公共许可证(GNUGeneralPublicLicense)下发行,这样，开发人员可以对操作系统进行定制，再也不必担心像MSwindows操作系统中“后门”的威胁。同时由于有GPL的控制，大家开发的东西大都相互兼容，不会走向分裂之路。Linux用户遇到问题时可以通过Internet向网上成千上万的Linux开发者请教,这使困难的问题也有办法解决。Linux带有Unix用户熟悉的完善的开发工具，几乎所有的Unix系统的应用软件都已移植到了Linux上。Linux还提供了强大的网络功能，有多种可选择窗口管理器（Xwindows）。其强大的语言编译器gcc、g++等也可以很容易得到。不但成熟完善、而且使用方便。由于Linux秉承开源共享的原则，我们可以在网络上找到大量的资源，基于嵌入式Linux操作系统进行开发，可以较为方便的实现丰富的软件功能。可扩展性结合我们强大的硬件设计能力，目前华恒科技已经基于MCF5249+uClinux操作系统实现了多种接口功能及产品应用，如图六所示。图六华恒科技基于MCF5249+uClinux实现包含硬盘MP3在内的多种行业应用可以肯定，基于普通的ASIC解码芯片是无法实现上述如此丰富功能的产品应用的。当市场提出更高的要求、更加复杂的应用……可以想象，传统的MP3开发厂商将处于怎样一个窘迫的境地。基于MCF5249的硬盘MP3产品已经初步具备MPEG4视频播放功能。个人数码娱乐设备不仅功能上被快速地丰富和完善，也逐步显现出与网络/设备之间更强的互通性的要求，以获得同步的资讯、更广袤的网络资源。未来的消费类电子产品必将以具有支持音视频多媒体、多功能、低功耗、高性价比等优点的产品为主流。华恒科技作为国内嵌入式Linux技术开发的先驱，在消费类电子行业，将为用户提供从基本参考设计