【正文】 表 26 FAT文件分配表 FAT16 表象值 0000H 0001～FFEFH FFF0～FFF6H FFF7 FFF8～FFFFH 含義 未用的空簇 已使用的簇 系統(tǒng)保留簇 壞掉的簇 文件最后一簇 FAT的 表和簇是一一 對應(yīng)的關(guān)系，對于 FAT16的 FAT每 2個字節(jié)為一個 FAT項 ， 從 0～ N個 FAT項分別對應(yīng) 0～ N個 簇，在我們對文件進行訪問時，總是先訪問文件的目錄 項，找到首簇簇號，再找到該簇 所 對應(yīng)的 FAT項，在其中找到下一簇的簇號，再在下一簇對應(yīng)的 FAT項中找到再下一簇的簇號，一直到在 FAT項中找到有文件最后一簇的標(biāo)志， 我們對該文件的查找才結(jié)束這樣就形成了一個鏈，我們把它稱為磁盤簇鏈。簇的大小隨著 FAT文件系統(tǒng)的類型以及分區(qū)大小而不同，典型簇 的 大小介于 2KB到 32KB之間。 ? 數(shù)據(jù)區(qū)域。 ? FAT區(qū)域。表 25對BPB字段數(shù)據(jù)進行了分析： 表 25 引導(dǎo)扇區(qū) BPB字段數(shù)據(jù) 偏移量 長度 名稱和定義 0x0B 2 扇區(qū)字節(jié)數(shù)，（ Bytes Per Sector），本字段的值為 512 0x0D 1 每簇扇區(qū)數(shù)（ Sectors Per Cluster） 0x0E 2 保留扇區(qū)數(shù)，第一個 FAT 開始之前的扇區(qū)數(shù)，包括引導(dǎo)扇區(qū) 0x10 1 FAT 數(shù)（ Number of FAT） ,本字段的值一般為 2 0x11 2 根目錄項數(shù) （ Root Entries） 0x13 2 小扇區(qū)數(shù)（ Small Sector），本字段的值 為 0，使用大扇區(qū)數(shù)來取代 0x15 1 媒體描述符（ Media Descriptor） ,提供有關(guān)媒體被使用的信息 0x16 2 每 FAT 扇區(qū)數(shù)（ Sectors Per FAT），該區(qū)上每個 FAT 占用的扇區(qū)數(shù) 0x18 2 每道扇區(qū)數(shù) （ Sectors Per Track） 0x1A 2 磁頭數(shù)（ Number of head） 0x1C 4 隱藏扇區(qū)數(shù)（ hidden sector） ,該分區(qū)上引導(dǎo)扇區(qū)之前的扇區(qū)數(shù) 0x20 4 大扇區(qū)數(shù)（ Large Sector） 一個 FAT文件系統(tǒng)包括四個不同的部 分 ：保留扇區(qū)、 FTA區(qū)域、根目錄區(qū)域和數(shù)據(jù)區(qū)域，各區(qū)域功能如下： ? 保留扇區(qū)，位于最開始的位置。在 DPT部分共 64字節(jié)中，以 16字節(jié)為分區(qū)表項單位描述一個分區(qū)的屬性。 SD卡 邏輯結(jié)構(gòu)如 表 23所示 。 ? 根目錄區(qū)記錄文件名和目錄名 。 3. FAT16 文件系統(tǒng)構(gòu)成 SD 卡與硬盤的結(jié)構(gòu)類似， SD 卡文件結(jié)構(gòu)如下 。也就是說，主設(shè)備通過對xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 SCK時鐘線的控制可以完成對通訊的控制。這樣， 至少 8次時鐘信號的改變（上 升 沿和下 降 沿 各 為一次），就可以完成 8位數(shù)據(jù)的傳輸。通訊是通過數(shù)據(jù)交換完成的，這里先要知道 SPI 是串行通訊協(xié)議，也就是說數(shù)據(jù)是一位一位的傳輸?shù)摹?SPI 主要應(yīng)用在 EEPROM， FLASH，實時時鐘， AD 轉(zhuǎn)換器， 還有數(shù)字信號處理器和數(shù)字信 號解碼器之間，是一種高速、 全雙工 、 同步通信總線 [11]。 1. SD 卡的 SPI 總線接口規(guī)范 SD卡有兩種總線訪問方式： SPI 總線和 SD總線。 SD 卡由日本松下、東芝及美國 SanDisk 公司于 1999 年 8 月共同開發(fā)研制。使用硬件接口可以很容易地 檢測開始和停止條件，沒有這種接口的微機必須以每時鐘周期至少兩次對 SDA 取樣以使檢測這種變化。 3． 讀字節(jié) :發(fā)送確認信息： FPGA 在 SCL 上傳出 8 個時鐘周期，在每個時鐘周期上升沿， FPGA 從 STA013 讀出一位數(shù)據(jù)，在第 9 時鐘上升沿， FPGA 使SDA 變低，表示已經(jīng)成功讀出 STA013 的信息。合法的數(shù)據(jù)傳輸格式如 圖 34。 開 始 條 件地 址 應(yīng) 答 位數(shù) 據(jù) 可 以 改 變停 止 條 件S C LS D A 圖 33 總線數(shù)據(jù)傳送時序 數(shù)據(jù)傳送具有應(yīng)答是必須的。 另外 SDA 線上的 數(shù)據(jù)在時鐘 “ 高 ” 期間必須是穩(wěn)定的，只有當(dāng) SCL 線上的時鐘信號為低時，數(shù)據(jù)線上的 “ 高 ” 或 “ 低 ” 狀態(tài)才可以改變。 I2C 總線允許連接不同傳送速率的設(shè)備，多臺設(shè)備之間時鐘信號的同步過程稱為同步化。凡是發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的設(shè)備稱為發(fā)送器，從總線上接收數(shù)據(jù)的設(shè)備被稱為接受器。所謂主機即啟動數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)出啟動信號），發(fā)出時鐘信號，傳送結(jié)束時發(fā)出停止信號的設(shè)備，通常主機是微處理器。 圖 32 STA013 功能框圖 I2C 總線協(xié)議及應(yīng)用 I2C（ Inter－ Integrated Circuit） 總線是一種由 PHILIPS 公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。這一切對用戶來說都是透明的，可以隨時查詢這些解碼參數(shù)。在傳送數(shù)據(jù)的過程中，當(dāng) STA013 的緩沖區(qū)將要滿的時候， STA013 停止給出繼續(xù)需要數(shù)據(jù)的信號，對于易于變化的 MP3 比特流， STA013 可以自動處理。 CS4334 包含了一個具有 4 倍內(nèi)插 （ interpolation） 和連續(xù)時間模擬輸出的濾波器，有了它，就可以省掉額外的外部放大器，以及復(fù)雜的輸出濾波電路。 MP3 解碼電路通過 DE2 的40 腳擴展端口 GPIO_1 與 FPGA 相連。 STA013可以自動偵測到 MP3的編碼速率，支持數(shù)字音量、低音和高音控制。 軟件實現(xiàn) MP3解碼 ， 可以保證芯片對 MP3流解碼的靈活性，對于軟件解碼過程中如果有錯誤的地方，很容易對軟件進行改正。 MP3解碼器可以由軟件實現(xiàn)，也可以由硬件實現(xiàn)。 ： 用來運行解碼程序等。 ，這對于開發(fā)板來說，就要選取相應(yīng)的軟核。對于一些特定的應(yīng)用，比如全雙工語音通信，這么長的延時將影響通話效果。 MP3 之所以能夠?qū)崿F(xiàn)主要是因為人的聽覺的特性以及編碼技術(shù)的發(fā)展。 MP3 標(biāo)準用盡 可能低的碼流位率實現(xiàn) CD 音質(zhì)的聲音而不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)損失。 1987 年， IIS 開始進行有關(guān)實用的音頻解碼方面的工作。目前，硬件的邏輯綜合已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，但是軟件綜合以及硬件的高層次綜合都還沒有進入實用階段。用軟件或硬件實現(xiàn)系統(tǒng)功能，在性能和成本上差別顯著。自 20 世紀 90 年代初興起以來，一直是一個非常活躍的研究領(lǐng)域，受到包括產(chǎn)品設(shè)計者和工具開發(fā)者在內(nèi)的多方重視。每個研究領(lǐng)域包含一系列的子課題。 對于逆向設(shè)計，無論是“自頂向下”或是“自底向上”，開始版圖解剖，電路圖提取和功能分析這幾步都是必需的，在這以后才分成不同的處理。這種設(shè)計方法的優(yōu)點在于每一層的分解全 都 經(jīng)過優(yōu)化，優(yōu)化的目標(biāo)可能是工作速度、芯片面積、芯片成本或它們的組合，但每次劃分并不考慮分解后得到什么樣的單元，以及得到的單元是否是已存在的單元。接著進行電路設(shè)計，邏輯圖將進一步轉(zhuǎn)換成電路 圖。這結(jié)構(gòu)可能包括有算術(shù)運算單元，控制單元，數(shù)據(jù)通道，各種算法狀態(tài)機等。 按 照 自頂向下的方法設(shè)計時 ， 設(shè)計師首先 要 對所設(shè)計的系統(tǒng)有一個全面的理解 。這稱為自頂向下xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 （ TOPDOWN） 的設(shè)計方法 如圖 21 所示 。 Sopc 設(shè)計技術(shù) 現(xiàn)代集成電路制造工藝的改進，使得在一個芯片上集成幾十萬甚至上百萬個邏輯門成為可能。 采用高速 CHMOS 工藝，功耗低，可以與 CMOS， TTL 電平兼容。 FPGA 的特點有： 1. 采用 FPGA 設(shè)計 ASIC 電路，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合 適 的芯片。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 第 2章 SOPC 技術(shù) 及軟硬件協(xié)同方案 FPGA 器件基本原理 PLD（ Programmable Logic Device）是可編程邏輯器件的總稱，早期多采用EEPROM 工藝，基于乘積項（ Product Term）結(jié)構(gòu)。 論文研究內(nèi)容 本文研究的主要內(nèi)容是基于 Nios II 的 MP3 播放器的設(shè)計與實現(xiàn)。國內(nèi)外都在研發(fā)支持 Sopc 技術(shù)的軟硬件協(xié)同設(shè)計平臺。目前的發(fā)展趨勢是采用 SBE（ Simulation Based Design） 的思想，用仿真技術(shù)支持劃分和協(xié)同調(diào)試、分析，以便加快設(shè)計進程。Ptolemy 系統(tǒng)的特色在于它是一個異構(gòu)的模擬環(huán)境，提供對于多種模型（數(shù)據(jù)流、離散事件、有限狀態(tài)機等）的描述和模擬手段，并可以在一個仿真應(yīng)用中采用不同的仿真模型。嵌入式產(chǎn)品開發(fā)中已經(jīng)有許多軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)的成功應(yīng)用實例。 它丟棄掉脈沖編碼調(diào)制（ PCM）音頻數(shù)據(jù)中對人類聽覺不重要的數(shù)據(jù)（類似于 JPEG 是一個有損圖像壓縮），從而達到了小得多的文件大小。每分鐘音樂的 MP3格式只有 1MB 左右大小，這樣每首歌的大小只有 3～ 4 兆字節(jié)。 簡單的說， MP3 就是一種音頻壓縮技術(shù)，由于這種壓縮方式的全稱叫MPEG Audio Layer3，所以人們把它簡稱為 MP3。由于絕大部分系統(tǒng)構(gòu)件都是在系統(tǒng)內(nèi)部，整個系統(tǒng)就特別簡潔，不僅減小了系統(tǒng)的體積和功耗，而且提高了系統(tǒng)的可靠性，提高了設(shè)計生產(chǎn)效率。 嵌入式片上系統(tǒng) （ System On Chip） 是目前嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的熱門話題之一。 3. 嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需求對軟硬件進行裁剪，滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。因此可以這樣理解上述三個面向的含義 ，即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強的專用性，必須結(jié)合實際系統(tǒng)需求進行合理的裁減利用。 根據(jù) IEEE（國際電機工程師協(xié)會）的定義，嵌入式系統(tǒng)是 “控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設(shè)備運行的裝置 ”（原文為 devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。軟硬件協(xié)同設(shè)計的結(jié)果是：一個或多個系統(tǒng)任務(wù)或系統(tǒng)模塊是采用軟件實現(xiàn)。專用的 IP 核通常有較好的性能，此外對系統(tǒng)的功耗能有很好的控制：而采用軟件的方法使得系統(tǒng)芯片有更大的靈活性，因為目前存在多種不兼容的通信和處理協(xié)議，使用軟件實現(xiàn)便于二次開發(fā)。在 SOPC 的設(shè)計中，設(shè)計工藝的發(fā)展使得越來越多的功能集成到一個芯片成為可能。而軟 IP，是以行為級或 RTL 級的 Verilog 或 VHDL 代碼的形式存在，它要經(jīng)過邏輯綜合及版圖綜合才能最終實現(xiàn)在硅片上。從最初的1200 個可用門， 90 年代時幾十萬個可用門，發(fā)展到目前數(shù)百萬門至上千萬門的單片 FPGA 芯片， Xilinx、 Altera 等世界頂級廠商已經(jīng)將 FPGA 器件的集成度提高到一個新的水平。 FPGA 硬件功能不是預(yù)先確定好的，而是支持您對產(chǎn)品特性和 功能進行編程，以適應(yīng)新標(biāo)準，即使產(chǎn)品已經(jīng)在現(xiàn)場使用了，也可以針對某些應(yīng)用重新配置硬件。它由早期的電子管、晶體管、小中規(guī)模集成電路、發(fā)展到超大規(guī)模集成電路 （ VLSIC，幾萬門以上 ） 以及許多具有特定功能的專用 集成電路。由于目前各種技術(shù)更新很快，開發(fā)商唯有跟上時代，不斷更新自己的產(chǎn)品，才能滿足消費者更高的需求，在競爭中求得生存。 MP3 。 關(guān)鍵詞 SOPC（片上可編程系統(tǒng)） ； Nios II； MP3； 軟硬件協(xié)同設(shè)計 ； xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II Nios II System Based on the Design of MP3 Players Abstract In recent years, digital electronic products renew very fast. From the original discrete ponents to the current integrated chips, these products showing us with much powerful functions while decreasing their sizes. They provides us a great help for daily life. Sopc(System on a programmable Chip)is a flexible and efficient SOC solution proposed by Altera Corporation. It put modules that are necessary like processor,memory,input/output interface,LVDS and CDR together into a PLD device. As a result, the system can be cut、 expand、 upgraded at our will, hardware and software are programmable insystem at the same time. This paper presents a Nios II processorbased MP3 Players, the system is based on Altera39。 整體設(shè)計對 SOPC 系統(tǒng) 軟硬件協(xié)同 的相關(guān)技術(shù)進行了初步研究。 本文提 出一種基于 Nios II 處理器的 MP3 播放器 的具體實現(xiàn)過程 ， 系統(tǒng) 基于 Altera 公司的 DE2