基于Ｃｏｌｄｆｉｒｅ和μＣｌｉｎｕｘ的硬盤ＭＰ３

便攜式閃存(Nandflash)MP3一路熱銷，閃存芯片也曾一度面臨缺貨，在這樣的情況下，使用容量更大成本更低的硬盤作為存儲介質的HDD-MP3播放器便應運而生。最為著名的硬盤MP3品牌蘋果的iPOD系列硬盤MP3已經取得了極大的成功，在3年時間內總共賣出了超過1千萬臺。華恒科技也開發了支持Microdrive微硬盤和1．8寸筆記本硬盤的MP3播放器解決方案，所采用的處理器是飛思卡爾半導體的MCF5 249。本文將就基于MCF5249的硬盤MP3產品設計作簡單的介紹。

硬件設計

硬盤MP3播放器功能更加豐富、界面更加友善、操作更加靈活，可以支持更加復雜的文件系統以及文件管理、操作、檢索等功能。需要支持運行更加復雜的軟件。同時由于采用硬盤作為存儲介質，功耗的問題更加突出。而通過軟件可以實現更加靈活的電源管理功能。這就對處理器提出了更高的要求，除了完成音樂編解碼處理以外，處理器控制能力也大大加強。目前市面上的硬盤MP3播放器采用的芯片有：Freescale的MCF5249／SCF5250、Sigmatel的STMP3550／3560等。在這之前已經有基于MCF5249的CD機和iRiver的硬盤MP3播放器取得成功。

MCF5249以ColdFire 32位微處理器體系結構為基礎，主頻120MHz-140MHz，帶有96KB的芯片內SRAM，8KB的指令高速緩存、兩個獨立的UART和16位計時器、以及一個PLL時鐘。此芯片還帶有IDE／ATA界面可支持CD-ROM或硬盤／CF卡、軟件監視時鐘、GPIO線路、兩個12C接口、QSPI、4通道DMA、和一個非粘合性SDRAM控制器。另外，該器件還集成了一個芯片內12位DAC和一個增強型乘法(eMAC)累加器，用于為音頻及其他應用提供快速運算和信號處理所需的DSP功能。

Freescale的MCF5249微處理器設計用于音頻電子設備、成像、保安／指紋識別認證和工業控制應用，工作頻率為140MHz時性能可達125Dhrystone 2．1MIPS，而功耗僅為每兆赫1．3mW。

和Sigmatel STMP3xxx系列解碼芯片相比，MCF5249屬于通用型32位嵌入式微處理器，通用處理器的系統總線具有更強的驅動能力，可以擴展支持多種硬件模塊、實現多種接口功能，如USB2．0、Mono／CSTN／TFT LCD、有線，無線網絡、紅外、藍牙等等。圖2為一般硬盤MP3的硬件系統架構圖。

針對硬盤MP3產品應用，華恒科技在推出支持微硬盤的便攜式MP3播放器解決方案的同時，還和Freescale聯合推出了具有無線音樂服務器功能的Hosea System開發系統，見圖3。

由于硬盤MP3的功能更加豐富，系統更加復雜，在硬件設計時需要更多的考慮器件的排布和走線的規范。MCF5249既有BGA封裝，也有QFP封裝的芯片，開發商可以從實際硬件設計能力、產品尺寸要求、成本控制等方面綜合考慮以決定選用的器件和PCB的層數。

和普通MP3不同的是，硬盤MP3要更多的考慮功耗方面的因素，以延長產品連續工作時間。需要通過多種手段來降低系統的耗電量，主要有以下幾個方面：

·硬盤休眠。需要增加系統的緩存(sDRAM)，預先將音樂讀到內存中，以便讓硬盤有空閑，而不需要連續運轉。

·LCD控制。通過靈活設置LCD背光亮度、動態調節自動關閉LCD背光、關閉LCD等方式降低LCD顯示引起的功耗。

·CPU降頻。MCF5249通過軟件進行MP3、JPEG等的解碼播放。經實際測試，CPU的主頻和功耗幾乎成線性關系，所以當運行的應用不需要高主頻時將CPU主頻降低可以有效的降低功耗。

·關閉不需要的工作模塊，如通訊、傳輸端口等等。

表1給出的是華恒硬盤MP3解決方案的主要器件及實現的主要功能。

軟件系統

MCF5249能夠實現如此豐富的功能，歸功于其具有的更強的通用計算、處理能力，使得其可以支持更加復雜的軟件，支持多任務、多進程，甚至完善的操作系統如gClinux、FlexOS等。

可擴展性

結合我們強大的硬件設計能力，目前華恒科技已經基于MCF5249+lxClinux操作系統實現了多種接口功能及產品應用，如圖5所示。

基于MCF5249的硬盤MP3產品已經初步具備MPEG4視頻播放功能。個人數碼娛樂設備不僅功能上被快速地豐富和完善，也逐步顯現出與網絡／設備之間更強的互通性的要求，以獲得同步的資訊、更廣袤的網絡資源。

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