【正文】 用的特性，現(xiàn)在越來越多的芯片集成了這種通信協(xié)議 。完成一位數(shù)據(jù)傳輸，輸入也使用同樣 的 原理。 SPI接口的缺點：沒有指定的流控制，沒有應(yīng)答機制確認是否接收到數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳 輸速度較慢，最高只能達到： 4M比特每秒。 下面結(jié)合所使用的 SD卡 來 介紹文件系統(tǒng)原理。 表 24 磁盤分區(qū)表 偏移量 字段長度 值 字段名和值定義 0x01BE BYTE 0x80 引導指示符， 0x80 表示該分區(qū)為活動分區(qū) 0x01BF BYTE 0x01 開始磁頭 xx 大學學士學位論文 19 0x01C0 6 位 0x01 開始扇區(qū) ， 只用 了 低 6 位，高兩位被開始柱面字段使用 0x01C1 10 位 0x00 開始柱面 0x01C2 BYTE 0x04 系統(tǒng) ID 定義了分區(qū)類型， 0x04 表示為 FAT16 0x01C3 BYTE 0x07 結(jié)束磁頭 0x01C4 6 位 0xE0 結(jié)束扇區(qū)，只用 了 低 6 位，高兩位被結(jié)束柱面字段使用 0x01C5 10 位 0xD2 結(jié)束柱面 0x01C6 DWORD 0x00000020 相對扇區(qū)數(shù)，從該磁盤的開始到該分區(qū)的開始位移量 0x01CA DWORD 0x0003D2E0 總扇區(qū)數(shù)，該分區(qū)中的扇區(qū)總數(shù) SD卡的引導扇區(qū) DBR位于文件系統(tǒng)開頭，占用 1扇區(qū)，在這 512字節(jié)中，其實又是由跳轉(zhuǎn)指令（ 0x00～ 0x02）、廠商標志和操作系統(tǒng)版本號（ 0x03～x0A）、 BPB（ BIOS Parameter Block）（ 0x0B～ 0x23）、擴展 BPB（ 0x24～0x3D）、 OS引導程序（ 0x3E～ 0x01FD）和結(jié)束標志幾部分組成 [12]。它是在根目錄中存儲文件和目錄信息的目錄表。 FAT16的 每個 FAT 項占兩個字節(jié)，不同的表項值有不同的含義，下面是 FAT16 的表項值對應(yīng)表。這是實際的文件和目錄數(shù)據(jù)存儲的區(qū)域，它占據(jù)了分區(qū)的 xx 大學學士學位論文 20 絕大部分。第一個保留扇區(qū)是引導區(qū)（分區(qū)啟動記錄）。 表 23 SD卡邏輯結(jié)構(gòu) 主引導區(qū) 引導區(qū) FAT表 1 FAT表 2 目錄區(qū) 數(shù)據(jù)區(qū) 32個扇區(qū) 1個扇區(qū) 按容量可變 按容量可變 32個扇區(qū) 按容量可變，以簇為單位 主引導區(qū)位于整個 SD卡的 0柱面 0磁頭， 1扇區(qū)存放引導程序用于啟動和引導操作系統(tǒng)，同時存放 SD卡的主分區(qū)表，記錄卡的分區(qū)信息。 ? MBR 區(qū)裝有用于啟動系統(tǒng)的代碼和有關(guān)文件系統(tǒng)的重要信息 ； 在主引導扇區(qū)的末尾處含有分區(qū)表 ， 分區(qū)表用于標識每個分區(qū)開始和結(jié)束的表項 ， 最多可以有 4 個分區(qū) ， 每個分區(qū)可以包含不同的文件系統(tǒng) 。 需要注意的是， SCK信號線只由主設(shè)備控制，從設(shè)備不能控制信號線。 SPI 的通信原理很簡單，它以 主從方式工作，這種模式通常有一個主設(shè)備和一個或多個從設(shè)備，需要至少 4 根線，事實上 3 根也可以（單向傳輸時）。大小猶如一張郵票的 SD 記憶卡，重量只有 2 克，但卻擁有高記 憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動靈活性以及很好的安全性。 4． 停止條件 :SDA 的上升沿，此時， SCL 為高。與應(yīng)答對應(yīng)的時鐘脈沖由主控器產(chǎn)生，發(fā)送器在應(yīng)答期間必須下拉 SDA 線。 在 I2C 總線上 產(chǎn)生時鐘信號通常是主機器件的責任 ， 當在總線上傳輸數(shù) 據(jù)時每個主機生成自己的時鐘信號。被 主機尋訪的設(shè)備都稱為從機。 （ 4） 輸出數(shù)字音頻信號： STA013 解碼后的數(shù)字音頻信號由 PIN9（ SDO 串行數(shù)據(jù)輸出 ） 、 PIN10（ SCKT 串行時鐘 ） 、 PINI11（ LRCKT 左右聲道時鐘 ） 、 PIN12（ OCLK 采樣時鐘 ） 4 個引腳 輸出到 D/A 轉(zhuǎn)換器CS4334。MP3 解碼電路原理圖如 附錄 C 所示 ，其對應(yīng)的 PCB 如圖 31 所示。 STA013支持 多種不同的 采樣 頻 率 ， 有 、1 1 、 2 3 48KHz等，且該解碼芯片可以直接完成各種格式 MP3 數(shù)據(jù)流的解碼操作，解碼速度從 8kbit/s 到 320kbit/s,具有左右聲道獨立的音量控制，重低 音、中音、高音均衡控制 ,STA013能在三種 不同時鐘頻率下工作 （ 、 、 10MHz） 。 硬件實現(xiàn) MP3解碼，可以 購買專門的 MP3解碼 芯片，比較如下： ： ? 減少工作量，加快開發(fā)進度。 xx 大學學士學位論文 12 ：控制 MP3播放等功能的按鈕。人耳的聽覺并不是線性的，而且人耳對于不同的聲音的感覺是不同的，強的聲音往往可以淹沒弱的聲音。它們同 Erlanger 大學合作開展了一個項目，最后IIS 提出了一個非常優(yōu)秀的算法，也就是 ISOMPEGI 音頻的第三層，同時通過的 ISO111723 標準也就成為了 MPEG 標準中的一部分。軟硬件混合實現(xiàn)方式往往能夠達到系統(tǒng)設(shè)計目標的最佳平衡點，軟硬件劃分（ Hardware/Software Partition）的任務(wù)是把系統(tǒng)功能劃分為軟件實現(xiàn)的部分和硬件實現(xiàn)的部分，并使得整個系統(tǒng)的性 xx 大學學士學位論文 10 能、成本指標達到最佳平衡點，是軟硬件協(xié)同設(shè)計中的一個重要課題，劃分結(jié)果力求保證速度、減小成本、降低功耗 ，如圖 24 所示 。 SOPC 技術(shù)研究的主要內(nèi)容 如圖 22 所示 。 xx 大學學士學位論文 8 “自底向上”的正向設(shè)計：是在系統(tǒng)劃分和分解的基礎(chǔ)上先進行單元設(shè)計，在單元精心設(shè)計后逐步 向上進行功能塊，子系統(tǒng)設(shè)計以至到最終的系統(tǒng)總成。下一步是把結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成邏輯圖，即進行邏輯設(shè)計。 系 統(tǒng) 級 設(shè) 計模 塊 A 模 塊 B 模 塊 C模 塊 A 1模 塊 A 2 模 塊 A 3 模 塊 C 1 模 塊 C 2 模 塊 C 3 圖 21 TOPDOWN 設(shè)計方法 自頂向下 是 一種逐步求精的設(shè)計程序的過程和方法。查找表 （ Lookuptable） 簡稱 LUT，它本質(zhì)上是一個 RAM，目前 FPGA 中多使用 4 輸入的 LUT， 所以每一個 LUT 可以看成一個有 4 位地址線的 16*1 的RAM。 FPGA（ Field Programmable Gate Array）是指現(xiàn)場可編程門陣列，多為 SRAM 工藝，基于查找表 （ Look Up Table） 結(jié)構(gòu)， FPGA 在掉電后信息即丟失，所以每次上電后需對 FPGA 進行重新加載，要外掛配置用的 EEPROM。在國內(nèi)，這方面的研究研發(fā)已展開并取得了初步的成果。 Ptolemy 的擴展性很好，在 Ptolemy 中有許多 C++語言開發(fā)的域 （ Domain） 和節(jié)點 （ Star） 作為仿真的構(gòu)件，用戶可以編寫新的域和節(jié)點，并構(gòu)造自己的仿真模型。在 MP3 中 使用了許多技術(shù)其中包括心理聲學以確定音頻的哪一部分可以丟棄。 MP3 是利用 MPEG Audio Layer 3 的技術(shù)，將音樂以 1:10 甚至 1:12 的壓縮率，壓縮成容量較小的 file，換句話說，能夠在音質(zhì)丟失很小的情況下把文件壓縮到更小的程度。 SOC 最大的特點是成功實現(xiàn)了軟硬件無縫結(jié)合，直接在處理器片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。 2. 嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導體技術(shù)和電子技術(shù)和各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。這些任務(wù)可能會有互相同步和通信的需要，會有時限的要求，或者要求訪問系統(tǒng)芯片的專用硬件的接口。為實現(xiàn)這一目標，有兩種可能的SOPC 設(shè)計方法。 IP （ Intellectual Property） 是指可用來生成 ASIC（ Application Specific Integrated Circuit） 和 PLD（ Programmable Logic Device） 的邏輯功能塊，又稱為 IP 核 （ IP Core） 及虛擬器件 VC。但是，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計與制造集成電路的任務(wù)已不完全由半導體廠商來獨立承擔。 Hardware/software Codesign xx 大學學士學位論文 III 目錄 摘要 ....................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................II 第 1 章 緒論 ........................................................................................................ 1 課題背景 ................................................................................................... 1 可編程片上系統(tǒng) ................................................................................ 1 軟硬件協(xié)同設(shè)計 ................................................................................ 2 嵌入式系統(tǒng) ........................................................................................ 2 MPEG Layer 3 .................................................................................... 3 國內(nèi)外文獻綜述 ....................................................................................... 4 論文研究內(nèi)容 ........................................................................................... 5 第 2 章 SOPC 技術(shù)及軟硬件協(xié)同方案 ............................................................. 6 FPGA 器件基本原理 ................................................................................. 6 Sopc 設(shè)計 技術(shù) ........................................................................................... 6 軟硬件協(xié)同技術(shù) ....................................................................................... 9 本章小結(jié) ................................................................................................. 10 第 3 章 MP3 播放器硬件系統(tǒng)設(shè)計方案 ......................................................... 11 MP3 原理 ................................................................................................. 11 MP3 播放器的系統(tǒng)需求 ......................................................................... 11 MP3 播放器的軟硬件劃分及組成模塊介紹 ......................................... 12 MP3 解碼硬件電路方案設(shè)計及實現(xiàn) .............................................. 12 I2C 總線協(xié)議及應(yīng)用 ........................................................................ 14 SD 卡簡介及 FAT16 文件系統(tǒng)構(gòu)成介紹 ........................................ 16 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 ........................