ARM体系课程设计实验报告.docx
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ARM体系课程设计实验报告
5.3液晶显示模块设计--------------------------------------------5
6.1VS1003的初始化--------------------------------------------6
6.2MP3文件数据写入---------------------------------------------8
7.1SD模块-----------------------------------------------------10
7.2VS1003模块-------------------------------------------------14
7.3图形人机交互模块-------------------------------------------16
绪论
随着消费类电子产业的蓬勃发展，越来越多的嵌入式电子产品走进了千家万户。
电脑的形态也不再局限于以前的PC机，各式各样的嵌入式系统出现在了众多的行业和应用中，其中ARM和Linux结合的产品在市场上最受青睐。
ARM由于其低功耗、高性能、小体积、低成本受到了越来越广泛的重视，成为众多公司产品开发的主流硬件。
而Linux则因其开放的源代码，可裁剪的内核，便利的开发环境，各硬件平台的通用性，逐渐成为嵌入式开发的主流操作系统。
本课题的嵌入式MP3设计就是基于ARM和linux平台的。
本课题实现了一个完整的嵌入式系统，选用zq2410开发板为目标平台，linux作为目标操作系统，在这样的软硬件环境下研究实现MP3播放器。
文章首先综述了嵌入式系统开发方法，介绍了ARM处理器及其特点，Linux操作系统，嵌入式系统的开发模式以及如何搭建交叉开发环境，然后介绍了所选硬件平台zq2410目标板的各种资源，在系统软件开发中，介绍Uboot、Linux的裁剪和移植，根文件系统的制作以及核心驱动程序的开发，应用程序开发中，介绍了MP3的原理，移植MadplayMP3播放器，最后成功对Madplay播放器实现了综合控制。
关键词：
嵌入式ARMLinux驱动程序MP3
第1章课程设计的目标
1、了解嵌入式Linux的工作原理，掌握嵌入式Linux的移植方法。
2、了解主流BootloaderUboot的工作原理。
3、掌握嵌入式Linux字符设备驱动程序开发方法。
4、掌握嵌入Linux下应用程序的开发、编译、调试、执行技术。
5、掌握MP3播放程序madplay的移植与测试。
拟解决的关键问题：
●嵌入式linux的移植裁剪
●LED驱动程序设计及测试
●MadPlayMP3播放程序移植及测试
第2章课程设计的意义
《ARM体系结构》课程设计为学生提供了一个理论与实践相结合的机会。
既锻炼了学生动手能力，又会加深理解学生在课堂所学习的理论知识。
通过课程设计可以将课本上的理论知识和实际应用有机的结合起来，培养学生又动脑，又动手，独立思考分析问题的能力，提高学生运用所学知识解决实际问题的综合素质。
《ARM体系结构》课程设计的主要目标是：
（1）掌握ARM相关的指令集、流水线技术、存储及异常处理方式；
（2）掌握构建嵌入式系统软硬件平台的基本技能；
（3）具备基本嵌入式系统下C语言、汇编语言编程能力、嵌入式操作系统基本调试的能力。
第3章需求分析
采用STM32系列微控制器，结合解码芯片VS1003、SD卡、LCD等外围设备设计并实现了MP3播放器。
其主要功能有:
播放VS1003支持的所有音频文件，如MP3、WMA、WAV文件，且音质非常好；通过触摸屏实现按键功能，控制播放上一首/下一首、音量增减等；通过LCD显示歌曲名字和播放状态；本系统还实现了读卡器功能，PC机可通过USB接口直接对开发板上的SD卡进行读写操作，以方便拷贝音频文件。
MP3播放过程是STM32通过SPI1接口将数据从SD卡中取出，然后通过SPI2接口送至解码芯VS1003解码播放。
这里解码模块单独使用一个SPI接口，以减小干扰和噪声、提高音质。
第4章概要设计
本系统在硬件上分为6个模块:
微控制器STM32F103、解码模块VS1003、存储模块SD卡、触摸屏、USB接口和显示屏LCD。
系统硬件框架如图5所示。
系统硬件框架图
4.1存储模块设计
SD卡在现在的日常生活与工作中使用非常广泛，时下已经成为最为通用的数据存储卡。
在诸如MP3、数码相机等设备上也都采用SD卡作为其存储设备。
SD卡之所以得到如此广泛的使用，是因为它价格低廉、存储容量大、使用方便、通用性与安全性强等优点。
SD卡支持两种总线方式:
SD方式与SPI方式。
其中SD方式采用6线制，而SPI方式采用4线制，采用单片机对SD卡进行读写时一般都采用SPI模式。
可用不同的初始化方式使SD卡工作于SD方式或SPI方式。
在本设计中，音频数据MP3文件是以SD卡为载体。
所以在电路设计中必须含有读取SD卡模块。
该系统使用STM32内部接口SPI1与SD卡进行通信，下面介绍其引脚连接情况。
PE3:
低电平有效，连接到SD卡的片选引脚CD/DAT3。
SPI在和SD卡进行通信时，需要将PE3拉低才能对SD卡进行操作。
PA7:
映射为STM32内部接口SPI1的主输出从输入（MOSI）信号线。
这里STM32是主设备，SD卡是设备。
数据流的传输方向是从STM32传输给SD卡。
该信号线用于传输一些控制命令来完成SD卡的操作，如读、写等。
PA5:
已连接到STM32内部接口SPI1的时钟（SCLK）信号线。
可设置SPI的时钟频率来调整读取SD卡数据的快慢。
PA6:
已连接到STM32内部接口SPI1的主输入从输出（MISO）信号线。
数据的传输方向是从SD卡传输给STM32，主要返回SD卡的一些状态、内部寄存器值等。
PC12:
用于检测SD卡是否完全插入。
当SD卡完全插入时，PC12为低电平，否则为高电平。
4.2音频解码模块设计
音频解码模块完成MCU从SD卡里读取的数字MP3音频数据流进行解析、并转化成模拟信号进行输出。
在这里，系统使用VS1003音频解码芯片来实现音乐数据流的解析。
VS1003是由芬兰VLSI公司出品的一款单芯片的MP3/WMA音频解码芯片，其拥有一个高性能低功耗的DSP处理器核VS_DSP，5K的指令ROM，0.5K的数据RAM，串行的控制和数据输入接口，4个通用I/O口，一个UART口，同时片内带有一个可变采样速率的ADC、一个立体声DAC以及音频耳机放大器接口。
VS1003与核心控制器MSP430F149的数据通信是通过SPI总线方式进行的。
VS1003主要通过串行命令接口（SCI）和串行数据接口（SDI）来接收MSP430F149控制器的控制命令和MP3的数据。
通过XCS、XDCS引脚的置高、置低来确认是哪一个接口处于传送状态。
对于VS1003芯片的功能控制，如初始化、软复位、暂停、音量控制、播放时间的读取等，均是通过SCI写入到特定寄存器的内容来实现的。
两条SCI指令之间要通过DREQ引脚信号判断上次处理是否完成。
该系统使用STM32内部接口SPI2与VS1003进行通信，下面介绍其引脚连接情况。
PA3：
VS1003的中断请求引脚。
当VS1003内部数据已处理完毕，需要新的数据时，将DREQ拉高。
STM32根据这个信号来给VS1003发送新的数据流。
PB13:
已连接到STM32内部接口SPI2的时钟（SCLK）信号线。
PB14:
已连接到STM32内部接口SPI2的主输入从输出（MISO）信号线。
这里STM32是主设备，VS1003是从设备。
数据流的传输方向是从VS1003传输给STM32。
主要用于读取VS1003的一些状态和内部寄存器值，比如寄存器测试返回的内部寄存器的值。
PB15:
已连接到STM32内部接口SPI2的主输出从输入（MOSI）信号线。
这里STM32是主设备，VS1003是从设备。
数据流方向是从STM32传输给VS1003，主要传输给VS1003一些控制命令、MP3/WMA数据流等。
PA1:
低电平有效，如果拉低该引脚，那么通过SPI传输的是控制信号。
控制信号包括读写VS1003的内部寄存器、对VS1003进行初始化、设置左右声道音量等。
PA2:
低电平有效，如果拉低该引脚，那么通过SPI传输的是数据信号。
比如在向VS1003传输MP3/WMA的数据流时需要拉低该引脚。
PA0:
低电平有效，拉低该引脚则硬件复位VS1003。
4.3液晶显示模块设计
LCD3310芯片是一个48行84列的液晶显示器主要模块。
其内存带有低功耗PCD8544的CMOSLCD控制驱动器，串行输入速度最高可达4.0Mbits/S，而且所有必须的显示功能集成在一块芯片上，包括LCD电压及偏置电压发生器，所以LCD3310是一款低功耗的液晶显示器。
为了让LCD3310液晶能够显示4行12*12的汉字，系统开辟了一个6*84字节的缓冲区，要写液晶时，就不用直接写LCD3310的静态DDRAM了，可以先写系统为它开辟的数据缓冲区，最后再刷新修改的部分就可以显示出要显示的内容，LCD3310与主控制器是SPI接口方式。
第5章相关技术说明
5.1VS1003的初始化
如其它芯片一样，初始化对于VS1003来说同样是极其重要的。
初始化的过程大致是这样的：
1.硬件复位：
接XRESET拉低。
2.延时，将XDCS、XCS、XRESET置高。
3.向MODE中写入0X0804。
4.等待DREQ为高。
5.设置VS1003的时钟：
SCI_CLOCKF=0x9800，3倍频。
6.设置VS1003的采样率：
SPI_AUDATA=0xbb81，采样率48k，立体声。
7.设置重音：
SPI_BASS=0x0055。
8.设置音量：
SCI_VOL=0x2020。
9.这一步被很多人忽视，向VS1003发送4个字节的无效数据，用以启动SPI发送。
实现代码如下：
voidMp3Reset（void）{
XRESET=0;
delay（100）;
XDCS=XCS=XRESET=1;
wr_commad（0x00,0x08,0x04）;
delay（10）;
DREQ=1;
while（!
DREQ）;
wr_commad（0x03,0x98,0x00）;
delay（10）;
wr_commad（0x05,0xbb,0x81）;
delay（10）;
wr_commad（0x02,0x00,0x55）;
delay（10）;
wr_commad（0x0b,VOL_VALUE,VOL_VALUE）;//音量
delay（10）;
spi_write（0）;
spi_write（0）;
spi_write（0）;
spi_write（0）;
}
在进行了正确的初始化后，还要着重检查一下VS1003的模拟部分是否正常将VS1003的所有DVDD、AVDD管脚以及XRESET、TEST（第32个引脚）接+3.0V，然后测量RCAP引脚，它应该是1.3V左右，否则芯片模拟部分未正常工作。
5.2MP3文件数据写入
以上的对VS1003的初始化与测试都通过后，现在就可以给它发送MP3文件了。
但是这时就又出现一个新的问题。
MP3文件通常是比较大的，小的也要1M~2M，如果使单片机内部的FlashRom的话，容量是远远不够的。
需要有一种大容量的存储器来作为MP3文件的载体。
在笔者的调试系统中采用了SD卡（256M）、U盘（1G）与移动硬盘（40G）来存储MP3文件。
关于SD卡与U盘的读写方法可以参看相关章节。
这些大容量的存储设备通常也是按照扇区来进行读写的，但在实际的应用中更多的是结合FAT32等文件系统来进行文件读写。
文件系统部分可以参照《FAT32的存储机制及其在单片机中的实现》。
这里抛开存储介质不谈，只谈数据的写入方法。
其实写入数据的方法十分简单。
主要就是看DREQ信号，在VS1003的FIFO能够接受数据的时候输出高电平。
每次可以写入32个字节的数据。
而DREQ变低时，单片机就要停止数据的发送。
具体的写数据的方法如下：
1.将XDCS拉低。
2.等待DREQ为高。
3.通过SPI写入数据。
4.在文件没有结束前不断重复2与3操作。
5.在所有的数据都发送完毕后，最后发送2048个无效字节，用以清除VS1003的数据缓冲区。
6.将XDCS置高。
实现代码如下：
XDCS=0;
for（j=621;j<2783;j++）{
for（k=0;k<8;k++）{
MMC_get_data_LBA（j,64,get）;
for（i=0;i<64;i++）{
DREQ=1;
while（!
DREQ）;
spi_write（get[i]）;
//delay（60000）;
}
}
}
for（temp=0;temp<2048;temp++）{
DREQ=1;
while（!
DREQ）;
spi_write（0）;
}
XDCS=1;
第6章详细设计
//**************声音调节********************//
if（voice_global==1&PWMMR2!
=0）
PWMMR2-=PWMMR0/10;
elseif（voice_global==2&PWMMR2!
=9*（PWMMR0/10））
PWMMR2+=PWMMR0/10;
else;
//***************上一曲下一曲********************//
if（b_n_global==3）
{
if（flag_b_n==0）
flag_b_n=1;
elseif（flag_b_n==4）
flag_b_n==1;
else
flag_b_n++;
}
if（b_n_global==4）
{
if（flag_b_n==0）
flag_b_n=4;
elseif（flag_b_n==1）
flag_b_n==4;
else
flag_b_n--;
}
if（flag_b_n==0）
{
for（i=temp;i{
PWMMR0=Fpclk/HCMM1[i];
PWMLER=0x05;
Delay（HCMM_L1[i]）;
}
temp=0;
}
elseif（flag_b_n==1）
{
for（i=temp;i{
PWMMR0=Fpclk/HCMM1[i];
PWMLER=0x05;
Delay（HCMM_L1[i]）;
}
temp=0;
}
elseif（flag_b_n==2）
{
for（i=temp;i{
PWMMR0=Fpclk/HCMM2[i];
PWMLER=0x05;
Delay（HCMM_L2[i]）;
}
temp=0;
}
elseif（flag_b_n==3）
{
for（i=temp;i{
PWMMR0=Fpclk/HCMM3[i];
PWMLER=0x05;
Delay（HCMM_L3[i]）;
}
temp=0;
}
elseif（flag_b_n==4）
{
for（i=temp;i{
PWMMR0=Fpclk/HCMM4[i];
PWMLER=0x05;
Delay（HCMM_L4[i]）;
}
temp=0;
}
else
{
for（i=temp;i{
PWMMR0=Fpclk/HCMM1[i];
PWMLER=0x05;
Delay（HCMM_L1[i]）;
}
temp=0;
}
/*if（b_n_msg==4）
for（i=temp;i{
PWMMR0=Fpclk/HCMM1[i];//设置输出频率
PWMLER=0x05;//更新匹配值后，必须锁存
Delay（HCMM_L1[i]）;//延时，控制播放速度
}*/
}
}
第七章总结
通过这次课程设计，使我对以前完全陌生的ARM软件有了初步的接触，我学到了如何在ARM中实现基本的MP3播放功能。
原先我对嵌入式系统并没有很深刻的了解，在做完课程设计后，我对数码管、蜂鸣器及流水灯的结构和功能有了更进一步的了解，并且知道了一些相关函数的功能与运用，真正的把所学的东西运用到了实际中，更好的把课本知识与实际相结合，对我以后的学习有很大帮助。
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