基于FPGA的MP3播放器的設(shè)計與實現(xiàn)研究

段純爽，文建欽

四川工商學(xué)院，四川成都 611745

基于FPGA的MP3播放器的設(shè)計與實現(xiàn)研究

段純爽，文建欽

四川工商學(xué)院，四川成都 611745

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在MP3播放器的設(shè)計過程中，也開始應(yīng)用越來越多的先進(jìn)技術(shù)，本文主要研究的是以FPGA為基礎(chǔ)的MP3播放器的設(shè)計與實現(xiàn)，文章主要從硬件部分與軟件部分兩方面出發(fā)，分析了設(shè)計過程中主控制邏輯與FLASH控制這兩個難點，并論述MP3播放器的未來發(fā)展方向，以期可以為相關(guān)研究提供意見借鑒。

FPGA；MP3播放器；控制器

FPGA，又被稱為現(xiàn)場可編程門陣列，在以其為基礎(chǔ)的MP3播放器設(shè)計過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)預(yù)存曲目的循環(huán)播放；建立播放列表；選擇播放模式；對音頻實現(xiàn)快進(jìn)、快退、暫停、播放等功能；選擇音頻等功能。在現(xiàn)代社會壓力日益增大的今天，人們越來越傾向于運用“聽音樂”的方式來舒緩壓力，而MP3音樂播放器以其小巧輕便、易于操作等優(yōu)勢，有著廣大的發(fā)展市場。

1 MP3播放器的硬件部分

MP3播放器主要有五個硬件部分組成，CLK與按鍵兩部分構(gòu)成了播放器的輸入模塊；數(shù)碼管與喇叭兩部分構(gòu)成了播放器的輸出模塊；FPGA是整個系統(tǒng)最重要的核心部分，如圖1所示。這樣的設(shè)計方式源于Altera公司，在其設(shè)計的Cyclone系列產(chǎn)品中，運用了EP1C2QC8當(dāng)做產(chǎn)品的核心芯片，并對其電路板進(jìn)行了自主研發(fā)與設(shè)計，加之與其配套的外圍電路板，形成了MP3播放器主要的系統(tǒng)硬件[1]。

圖1 硬件設(shè)計框圖

2 MP3播放器的軟件部分

MP3播放器主要由輸入模塊、輸出模塊以及FPGA組成，而FPGA是整個播放器的設(shè)計核心，也是軟件設(shè)計的主要集中區(qū)域，因此，本節(jié)主要論述的是FPGA中的軟件設(shè)計。FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由六個模塊組成，如圖2所示，分別為主控制邏輯、用戶接口控制、FLASH控制、轉(zhuǎn)換器接口、電源管理、USB接口[2]。其中，主控制邏輯與FLASH控制這兩個模塊是軟件設(shè)計中最關(guān)鍵的部分。

2.1 主控制邏輯模塊

該模塊主要負(fù)責(zé)的是系統(tǒng)的信號接收工作，并根據(jù)接收到的信號發(fā)出有針對性的控制信號，從而實現(xiàn)對MP3播放器中其他模塊的控制與協(xié)調(diào)。該模塊主要分為主邏輯與播放邏輯兩部分，前者主要負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)功能執(zhí)行的先后順序，并將控制信號傳送到其他模塊中，還能操作系統(tǒng)中的參數(shù)寄存器，從而改變頻率、音量等相關(guān)參數(shù)。后者主要負(fù)責(zé)播放器的音頻播放，在收到播放指令以后，將Read傳輸?shù)紽LASH控制模塊中，從而實現(xiàn)對音頻的播放。

圖2 軟件設(shè)計框圖

2.2 FLASH控制模塊

FLASH內(nèi)存是MP3播放器設(shè)計過程中最大的成本因素，能夠?qū)σ魳稦LASH與地址FLASH存儲器進(jìn)行控制。FLASH控制模塊具體還可以分為以下三個模塊，第一，下載控制模塊，該模塊能夠完成與USB接口模塊之間的握手協(xié)議。第二，用戶命令模塊，該模塊主要完成對用戶指令的察覺與執(zhí)行，并在這個過程中對FLASH存儲器進(jìn)行控制，REW指令可以通過增加音樂軌道數(shù)的方式來實現(xiàn)，F(xiàn)WD指令則可以通過減少音樂軌道數(shù)的方式來實現(xiàn)。第三，F(xiàn)LASH邏輯控制模塊，該模塊主要負(fù)責(zé)對FLASH存儲器進(jìn)行管理，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的編寫、刪除以及讀寫，還能夠?qū)崿F(xiàn)對地址計數(shù)器的增加、減少以及復(fù)位。

2.3 其他模塊

用戶接口控制模塊主要負(fù)責(zé)對用戶相關(guān)操作進(jìn)行控制，與此同時，還可以在顯示器中將MP3播放器當(dāng)前的狀態(tài)顯示給用戶。轉(zhuǎn)換器接口即I2C控制模塊，該模塊是一個2位的I/O端口，通過相關(guān)軟件來實現(xiàn)任務(wù)的執(zhí)行，主要作用于狀態(tài)緩存器與控制緩存器。電源管理模塊是決定設(shè)備功耗性與可靠性的模塊。USB接口模塊主要負(fù)責(zé)的是音頻文件的下載與傳輸，并將已經(jīng)下載完成的音頻文件存放到FLASH存儲器中。

3 MP3播放器的發(fā)展方向

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與人們審美需求的日益變化，電子產(chǎn)品的設(shè)計也逐漸趨向于小而精巧，MP3播放器正是迎合了社會大眾與消費市場的實際需求。相較于CD播放器等傳統(tǒng)音樂播放器，MP3播放器之所以更受消費者歡迎，正是因為其具有體積小、重量輕的優(yōu)勢。現(xiàn)階段，市場上的MP3播放器體積越來越小，重量也越來越輕，這也是未來MP3播放器發(fā)展的一個主要設(shè)計趨勢與設(shè)計方向。

另外，功能性也是消費者對電子產(chǎn)品的一個主要需求，人們想要花費更少的錢，獲得具有更多功能的產(chǎn)品，因此，MP3播放器的設(shè)計也需要滿足人們的需求，在少增加甚至不增加生產(chǎn)成本的前提下，在MP3播放器中加入更多功能，以占領(lǐng)更多的消費市場[3]。當(dāng)前，很多MP3播放器中已經(jīng)開始加入錄音功能與收音功能，在未來的發(fā)展中，MP3播放器還可以在小體積的基礎(chǔ)上，加入一些PDA功能，以提升MP3播放器的功能性。

4 結(jié)論

綜上所述，以FPGA為基礎(chǔ)的MP3播放器主要可以分為硬件與軟件兩個組成部分，相比來講，軟件部分的設(shè)計與應(yīng)用對MP3播放器來說更加重要。在六個主要的軟件模塊中，主控制邏輯與FLASH控制這兩個模塊是MP3播放器設(shè)計與應(yīng)用過程中的關(guān)鍵。根據(jù)市場的變化與消費者的需求，未來MP3播放器的設(shè)計將更傾向于小而精巧與多功能性。

[1]焦正才，樊文俠.基于Qt/Embedded的MP3音樂播放器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子設(shè)計工程，2012，7：148-150.

[2]鄒清平，盧森幸.一種基于ATmega32控制的MP3播放器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國科技信息，2012，24：118，121.

[3]李航，謝希望，宋丹.2010年全國大學(xué)生電子信息實踐創(chuàng)新作品本科綜合組一等獎基于ARM的MP3播放器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子世界，2011，7：45-46.

TN6

A

1674-6708（2015）148-0122-01

段純爽，講師，實驗師，本科，研究方向：電子信息