【正文】 分硬件的功能，用于彌 補(bǔ)因完全采用硬件處理所產(chǎn)生的不足，提高靈活性，降低成本。具體系統(tǒng)工作流程如圖 所示。DCDC 電源模塊的作用主要是給系統(tǒng)各部件提供不同要求的電壓，系統(tǒng)用到的電壓等級(jí)有：5V、 ?，F(xiàn)在 ADS 的最新版本是 ，它取代了早期的 和 。 第三章 uC/OSII 操作系統(tǒng)移植ARM 芯片獲得了許多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(Real Time Operating System)供應(yīng)商的支持，比較知名的有：Windows CE、Linux、pSOS、VxWorks、Nucleus、ECOS、uC/OS 等。uC/OS 是基于優(yōu)先級(jí)的可剝奪型(Preemptive)實(shí)時(shí) 內(nèi)核，可裁剪、可固化。作 為一個(gè)實(shí)用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)， uC/OSII 還具有以下特點(diǎn)：可移植性（Portable）、可固化（ROMable）、可裁剪（Scalable）、 搶占式（Preemptive）。要使 uC/OSII 正常運(yùn)行，處理器必須滿足以下要求[22]：●處 理器的 C 編譯器能產(chǎn)生可重入代碼?！?處理器支持能夠容納一定量數(shù)據(jù)(可能是幾千字節(jié))的硬件堆棧。 uC/OS II 任務(wù)管理機(jī)制任務(wù)可以是一個(gè)無限的循環(huán)，也可以在一次執(zhí)行完畢后被刪除掉。 uC/OS II 的內(nèi)存管理機(jī)制在 ANSI C 中可以用 malloc()和 free()兩個(gè)函數(shù)動(dòng)態(tài)地分配內(nèi)存和釋放內(nèi)存。如圖 3. 1 (b)，在一個(gè)系統(tǒng)中可以有多個(gè)內(nèi)存分區(qū)。只有任務(wù)可以等待事件發(fā)生，中斷服務(wù)子程序是不能這樣做的。任何任務(wù)必須首先創(chuàng)建處于就緒態(tài)之后才有可能運(yùn)行，任務(wù)創(chuàng)建函數(shù) OSTaskCreate()和 OSTaskCreateExt()會(huì)初始化任 務(wù)的棧結(jié)構(gòu)，使堆?？雌饋砭拖駝倓偘l(fā)生過中斷一樣，所有寄存器保存在任務(wù)的堆棧之中。 /*無符號(hào) 8 位整型變 量*/typedef signed char INTBS。 /*堆棧是 32 位寬度*/2． 堆棧單位因?yàn)樘幚砥鳜F(xiàn)場(chǎng)的寄存器在任務(wù)切換時(shí)都將會(huì)保存在當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)的堆棧中，所以 OS_STK 數(shù)據(jù)類型應(yīng)該是和處理器的寄存器長度一致的。任 務(wù)堆棧的設(shè)計(jì)是在任務(wù)初始化時(shí)進(jìn)行的，主要是在堆棧增長方向上如何定義每個(gè)需要保存的寄存器位置。OSTaskCreate()和 OSTaskCreateExt()會(huì)獲得 該地址并將它保存到任務(wù) 控制塊(OS_TCB)中。3． 中斷級(jí)切換函數(shù) OSIntCtxSw()OSIntCtxSw()是剛才提到的第二種情況，在中斷中發(fā)生調(diào)度時(shí)用到。做完該做的一切，一個(gè)對(duì) OSIntExit()的調(diào)用，使 調(diào)度發(fā)生了。 在系統(tǒng)里掛接 IRQ 的 ISR在 ARM 系 統(tǒng)中，一旦 IRQ 中斷得到響應(yīng)，系統(tǒng)進(jìn)入 IRQ 模式（如前所述），并跳轉(zhuǎn)到內(nèi)存 0x0018 處開始執(zhí)行（0x0018 在 Arm 中是 IRQ 的中斷入口地址）。因此在用戶的應(yīng)用程序啟動(dòng)之前，需要有專門的一段啟動(dòng)代碼來完成對(duì)系統(tǒng)的初始化。每當(dāng)有中斷或者異常發(fā)生的時(shí)候， PC 就會(huì)跳轉(zhuǎn)到 0－20H 之間相應(yīng)的地址去取程序代碼執(zhí)行。 初始化存儲(chǔ)系統(tǒng)圖 Remap 前的地址映射圖ARM 具有非常靈活的存儲(chǔ)器地址分配特性，就是啟動(dòng) ROM 的地址重映射（remap)。Void main(void){OSInit()。void OSStart(void){INT8U y。OSStartHighRdy()。而 設(shè)備一方負(fù)責(zé)響應(yīng)每一次從主機(jī)一方發(fā)來的請(qǐng)求，因此設(shè)備是 USB 傳輸中的被動(dòng)者。其中 編號(hào)為 0 的終端為控制終端，一般來 說它是 USB 設(shè)備中唯一支持雙向傳輸(SETUP 類型傳輸)的終端，其他的終端只能支持 單向傳輸(OUT 傳輸或 IN 傳輸)[28][29][30][31]。該位寫 1，清除中斷 請(qǐng)求。Out1bc 是只讀寄存器，通過 CUSB 修改。3． RAM 說明RAM 用途： Endpoint0 ControlIn Buffer (64Byte)Endpoint0 ControlOUT Buffer (64Byte)Endpoint1 BulkIN Buffer (64Byte)Endpoint1 BulkOUT Buffer (64Byte)每個(gè)端點(diǎn)有 64 個(gè) Byte 的緩沖。而Flash 的存儲(chǔ)單元組織形式采用 FAT16 文件系統(tǒng)，這樣，就可以直接在 Windows 的瀏覽器中通過可移動(dòng)磁盤來交換數(shù)據(jù)了，Windows 負(fù)責(zé)對(duì) FAT16 文件系統(tǒng)的管理，USB 設(shè)備不需要干預(yù) FAT16 文件系統(tǒng)操作的具體細(xì)節(jié)。此端點(diǎn)為雙向數(shù)據(jù)傳輸端點(diǎn)。Set Configuration 的作用是為設(shè)備選擇一個(gè)配置。完成以后，向 Host 發(fā)出反映當(dāng)前命令執(zhí)行狀態(tài)的 CSW（Command Status Wrapper，即命令狀態(tài)包），Host 根據(jù) CSW 來決定是否繼續(xù)發(fā)送下一個(gè) CBW 或是數(shù)據(jù)。主機(jī)向設(shè)備發(fā)送的命令都屬于 UFI 命令集。圖 BulkOut 端點(diǎn)中斷處理流程圖當(dāng) Bulk_Out 端點(diǎn)發(fā)生中斷 時(shí)，判斷收到的是協(xié)議內(nèi)容還是數(shù)據(jù)，如果是協(xié)議內(nèi)容，則要對(duì)協(xié)議包進(jìn)行解析，根據(jù)協(xié)議中的內(nèi)容得到 SCSI 命令，然后再根據(jù)這些命令處理相應(yīng)的請(qǐng)求。在此方式下，USB 與設(shè)備間的所有數(shù)據(jù)均通 過 Bulk－In 和 Bulk－Out 來進(jìn)行傳輸，不再通過控制端點(diǎn)傳輸任何數(shù)據(jù)。最開始 USB標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求是通過端點(diǎn) 0 發(fā)給 USB 設(shè)備的。USB 主機(jī)唯一通過描述符了解設(shè)備的有關(guān)信息，根據(jù)這些信息，建立起通信。后兩個(gè)子規(guī)范則定義了存儲(chǔ)介質(zhì)的操作命令。當(dāng) host 為端點(diǎn) IN 1 傳送 IN 信號(hào)且 in1bsy 位為 1 時(shí)，CUSB 將響應(yīng)一個(gè) in0bc大小的數(shù)據(jù)包。該位寫 1，清除中斷 請(qǐng)求。圖 MEMORY 地址空間映射表2． 相關(guān)寄存器說明● ivec 中斷向量寄存器中斷向量寄存器 USB 設(shè)備控制器的中斷向量，當(dāng) USB 設(shè)備控制器通過設(shè)置 usbirq信號(hào)為高，產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求時(shí)，中斷向量寄存器將被更新， 標(biāo)識(shí)中斷源。從上面的討論可以看出，每個(gè) USB 事務(wù)涉及的對(duì)象是 USB 控制器以及 USB 設(shè)備終端。USBDC 設(shè)備控制器與片內(nèi) USB PHY 一起構(gòu)成HOST 通信的數(shù)據(jù)通道，可用于下載音樂或上傳錄音等數(shù)據(jù)。OSPrioHighRdy =(INT8U)((y3)+x)。然后，OSStart()調(diào)用高優(yōu)先級(jí)就緒 任務(wù)啟動(dòng)函數(shù) OSStartHighRdy ()。因此， ARM 處理器提供一種非常靈活的地址重映射方法，把 0 地址重新指向到 TCM SRAM 中去，即啟動(dòng)地址重映射(remap)。當(dāng)異常處理結(jié)束時(shí)，異常處理程序必須：(1) 將 LR 中的 值減去偏移量后移入 PC。ARM 支持 7 個(gè)類型的異常[26][27]，如表 所示。完成了上述工作以后， uC/OSII 就可以正常的運(yùn)行在 ARM 處理器上了。另外，保存的是 SVC 模式下的現(xiàn)場(chǎng)，中斷后 處理器進(jìn)入 IRQ 模式，訪問不到 SVC 模式下的 R13，于是在 IRQ 模式下，只好先保存 SPSR 和 LR，然后盡快退回到 SVC 模式，這時(shí)的 R13 是任務(wù) 的堆棧指針。4． 時(shí)鐘節(jié)拍中斷服務(wù)函數(shù) OSTickISR()這是 uC/OSII 搶占式調(diào)度在中斷服務(wù)程序(ISR)的一個(gè)標(biāo)本。OSStartHighRdy()函數(shù)的任務(wù)歸結(jié)如下：進(jìn)來了之后，先可以調(diào)用一個(gè)允許用戶定 HOOK 函數(shù)；把全局變量 OSRuning 設(shè)置為 TRUE，標(biāo)志多任務(wù)系統(tǒng)開始運(yùn)行；從 OSHighRdy 指向的 TCB（任務(wù)控制塊）中拿到堆棧指針，放在 R13 寄存器里；從堆 棧中恢復(fù)所有其他的相關(guān)寄存器，包括程序狀態(tài)寄存器（CPSR），通用寄存器（R0R12），連接寄存器（LR ），程序計(jì)數(shù)寄存器（PC）。堆棧的初始化結(jié)構(gòu)如圖 所示。define OS_STK_GROWTH 1 /*堆棧是從上往下長的*/4． 關(guān)閉中斷和打開中斷OS_ENTER_CRITICAL()宏被定義為 中的 ARMDisableInt()——關(guān)閉中斷；OS_EXIT_CRITICAL()宏被定 義為 中的 ARMEnableInt()——打開中斷。 /*無符號(hào) 32 位整型變量*/typedef signed int INT32S。在uC/OSII 的另一個(gè)移植文件 中，需要改寫 OSSstartHighRdy() 、OSCtxSW()、OSIntCtxSW()和 OSTickISR()4 個(gè)函數(shù)。這里的事件，可以是信號(hào)量、郵箱或者消息隊(duì)列等。圖 內(nèi)存分區(qū)示意圖 uC/OS II 的通信與同步機(jī)制任務(wù)之間共享數(shù)據(jù)和提供任務(wù)之間的通信，除了利用宏 OS_ENTER_ CRITICAL()和 OS_EXIT_CEITICAL() 來 關(guān) 、 開 中 斷 以 及 利 用 函 數(shù) OSSchedLock() 和OSSchedUnlock()對(duì)任務(wù)調(diào) 度函數(shù)上鎖和開鎖等方法外，還可以通過信號(hào)量、郵箱和信息隊(duì)列來完成通信。在 uC/OSII 中，操作系統(tǒng)把連續(xù)的大塊內(nèi)存按分區(qū)來管理。在本 節(jié)中所提到的函數(shù)可以在 文件中找到。在本項(xiàng)目中，SG850 微處 理器完全符合上面要求，所以可以移植 uC/OSII。 在 uC/OSII 中 ， 可 以 通 過OS_ENTER_CRITICAL()或者 OS_EXIT_CRITICAL()宏來控制系統(tǒng)關(guān)閉或者打開中斷，這需要處理器的支持。注解得很詳細(xì)的源代碼有 200 頁，其中 95%左右是用 C 語言寫的，與 CPU 類型相關(guān)的代碼用 8088 的匯編語言寫成，不超過 200 行。自此，uC/OSII 開始在各個(gè) 領(lǐng)域重裝上陣，大 顯身手。 uC/OSII 簡(jiǎn)介uC/OS 最早的版本叫做 COS，關(guān)于 uC/OS 的論文，分兩期連載在美國的“嵌入式系統(tǒng)編程”(Embedded System Programming)雜志的 1992 年第 5 期和第 6 期上，COS 的源碼放在該雜志網(wǎng)頁的留言版(BBS)上供用戶下載 。在本課題中，使用 ADS 進(jìn)行編 寫、編譯和初步調(diào)試程序。串口的作用是調(diào)試程序時(shí)候與 PC 機(jī)上超級(jí)終端聯(lián)合使用，在程序中設(shè)置串口通信信息，在PC 機(jī)端可以看到相應(yīng)的調(diào)試 信息；USB 口用于與 PC 機(jī)通信，下載或者上傳音頻數(shù)據(jù)[11][12]。圖 系統(tǒng)工作流程框圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件環(huán)境 SG850 微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)SG850 系列芯片是北京 SiGma（希格瑪）公司推出的針對(duì) 16/32 位嵌入式微處理器，集成了音頻 DSP，該 MCU (Micro Controller Unit，微 處理器) 專為數(shù)字多媒體系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，具有低成本和高性能的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖 所示。本文主要 針對(duì) MP3 音頻播放系統(tǒng)的軟件進(jìn)行研究。在本文內(nèi)容安排上，首先 對(duì) MP3 音頻播放系統(tǒng)進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，介 紹系統(tǒng)開發(fā)硬件環(huán)境，以及確定開發(fā)平臺(tái)；接著介紹了 uC/OSII 操作系統(tǒng)移植；然后分為 USB 通信，F(xiàn)lash 文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其存儲(chǔ)管理，人機(jī)界面以及音頻解碼四個(gè)部分，詳細(xì)分析了各個(gè)環(huán)節(jié)的軟件設(shè)計(jì)，提出解決方案；最后對(duì)該課題設(shè)計(jì)作總結(jié)并展望它的未來發(fā)展趨勢(shì)。 (2) 硬件實(shí)現(xiàn)這種方法使用于應(yīng)用設(shè)備上的算法實(shí)現(xiàn)。其中雙芯片的好處在于分離解碼芯片與控制芯片，這樣 能夠帶來更為出色的解碼效果，但價(jià)格昂 貴 ；單芯片為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)犧牲了音質(zhì)，但這樣產(chǎn)品的性價(jià)比高，適合中國的國情[4]。本文采用了 ARM 微處理器作為整個(gè)音頻播放系統(tǒng)的控制和管理單元。 SG8501 緒論 課題來源和背景本課題由深圳迪斯比科技有限公司提供，屬于公司合作項(xiàng)目。本文以基于 ARM 嵌入式的 MP3 數(shù)字音頻系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn)過程為主要內(nèi)容， 闡述了其相關(guān)技術(shù)和具體實(shí)現(xiàn)流程，其中重點(diǎn)分析了 uC/OSII 操作系統(tǒng)的移植以及在其基礎(chǔ)上的 USB 通信的 實(shí)現(xiàn)過程和 MP3 播放的 處理流程。在操作系統(tǒng)移植方面，在研究 uC/OSII 的內(nèi)核機(jī)制的基礎(chǔ)上，分析與處理器相關(guān)的代碼文件并進(jìn)行了相關(guān)的修改，給出了 uC/OSII 的具體移植步驟；在 USB 通信方面，將播放系統(tǒng)視作海量存儲(chǔ)設(shè)備，利用 BULK_ONLY 傳輸協(xié)議來實(shí)現(xiàn)設(shè)備與主機(jī)的 USB 通信，且采用了 Flash 存儲(chǔ)管理機(jī)制解決了傳輸數(shù)據(jù)存儲(chǔ)丟失的問題；在 MP3 播放處理方面，研究 DMA 內(nèi)存管理機(jī)制，設(shè)計(jì)了雙緩沖模式，給出了 MP3 播放處理流程，實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)量音頻數(shù)據(jù)的播放。現(xiàn)代社會(huì)正步入一個(gè)信息化的時(shí)代，信息技術(shù)以前所未有的速度廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)方面，改變著人們的工作、生活和學(xué)習(xí)方式，并對(duì)社會(huì)的政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、文化等各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。ARM(Advanced RISC Machines)，既可以 認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)。當(dāng)今國內(nèi)市場(chǎng)上的數(shù)字音頻播放器根據(jù)生產(chǎn)廠商的不同主要分為國內(nèi)和國外兩種。硬件電路根據(jù)算法原理對(duì)原始音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理變換，以獲得所需要的數(shù)據(jù)格式。綜觀整個(gè)課題設(shè)計(jì)，其中擬解決的關(guān)鍵問題有以下四個(gè)：(1) uC/ OSII 嵌入式操作系 統(tǒng)在 ARM 微處理器上的移植；(2) 實(shí)現(xiàn)數(shù)字音 頻文件上傳下載的管理，與上位機(jī)(PC 機(jī))之間的 USB 通訊；(3) 實(shí)現(xiàn)音頻 數(shù)據(jù)在 Flash 上的存儲(chǔ)管理，包括數(shù)據(jù)暫存技術(shù)和壞塊管理技術(shù)；(4) 結(jié)合 ARM 微處理器，實(shí)現(xiàn) MP3 數(shù)字音頻格式