随着mp3播放器作为消费类产品的普及，MP3的设计与生产也越来越多。在当前的MP3播放器中，一般有以下几种设计方案：

① MCU内置硬解码模块。典型的芯片有Atmel公司的AT89C51SNDI等芯片。
② 外置独立的MP3硬解码芯片。此种方案的好处是可以使用众多的MCU，可根据需要任意选择。硬解码芯片典型的有VS1011B、STA013等芯片。
③ 使用功能强大的MCU进行软解码，如使用DSP或是高性能的ARM。此种方案较为灵活，通过软件升级即可实现产品的升级。

MP3播放器的存储介质一般采用Flash存储芯片。随

着USB技术和闪存技术的发展，优盘已经成为一种大众化的电子产品被广泛使用，但优盘一般只是作为PC的移动存储器。本文研究的一种方案是在上述MP3设计方案②的基础上，外扩优盘读写电路，使存储介质使用普通的优盘。这样可以解决普遍使用的优盘只能作为PC外设存储数据用的问题，使U盘的使用范围扩展到MP3上。更大的意义还在于，本文提出了一种在以嵌入式系统、MCU为核心的消费类电子产品或工业产品中，将优盘作为数据存储器使用的设计方案，为在微计算机测控系统、仪器仪表、无纸化数据记录仪、数码相机等产品中添加优盘外设功能提供有益的参考。

1 硬件设计

S3C44B0X是Samsung公司开发生产的为嵌入式设备提供的一个低成本、高性能的ARM7TMDI核处理器，其最高运行频率可达66 MHz。SL811HS是Cypress公司的一款遵从USB1.1协议的嵌入式Host/Slave USB芯片；可以支持低速和高速模式，能自动侦测低速模式1. 5 Mbps设备和高速模式12 Mbps全速设备。由于具有8位数据总线的支持，使该芯片可以较为简单地与微控制器相连，SL811HS芯片与S3C44B0X的接口较为简单。本系统中ARM读/写优盘原理框图如图1所示。

SL811HS的控制命令和数据均通过D0～D7传输，A0为数据或地址选择线。当A0置为低电平时，D0～D7上传输的是SL811HS片内寄存器的地址；反之当A0置为高电平时传输的则为数据。nWR、nRD、nCS、nRST0分别为写控制线、读控制线、片选线和复位线，S3C44B0X通过这几根控制线完成对SL811HS片内缓冲区的读写、片选和复位等操作。INT是SL811HS的中断请求信号线。当SL811HS检测到优盘插入、拔出时，通过将INT线拉高通知S3C44B0X。S3C44B0X可以通过查询SL811HS片内状态寄存器来得知是优盘插入或是拔出。对状态寄存器进行写操作可以清除中断，但需要注意的是ARM的结构特性。ARM内部通常是Little Endian方式存储和使用4字节对齐方式[1]，并且当采用16位数据总线时，地址线ADDR0是无效的[2]。在本系统中，SL811HS芯片A0端是与ADDR1相连接的。

VS1011B是一款单芯片的MP3解码芯片，在国际MP3业余爱好者中影响较大，集成解码、A/D转换、音频放大等功能。VS1011B与S3C44B0X接口为SPI接口，其连接电路原理框图如图2所示。

VS1011B的控制与数据传输是通过SPI接口完成的，DREQ、xDCS、xCS、nRST1分别为数据请求端口、数字片选信号线、片选线、复位线。在VS1001B的新模式下，SDI（Serial Data Interface）数据和SCI（Serial Command Interface）数据传输可以共享ARM的一个SPI接口；而在兼容模式下，SDI数据传输要用DCLK、SDATA串行接口，SCI数据传输用SPI接口。为了简化电路，此处选用了新模式。

2 软件设计

2.1 优盘读写软件的实现

USB组织定义了海量存储设备类（mass storage class）的规范。这个类规范包括4个独立的子类规范：USB Mass Storage Class Control/Bulk/Interrupt (CBI) Transport 、USB Mass Storage Class BulkOnly Transport、USB Mass Storage Class ATA Command Block、USB Mass Storage Class UFI Command Specification。其中优盘属于海量存储设备，遵循bulkonly传输协议，子类采用UFI命令集。本设计软件的总体结构如图3所示。其中两条点画线之间的部分为读/写优盘的软件结构。

 

2.1.1 USB物理层协议的实现

该部分实现S3C44B0X对SL811HS芯片的直接底层数据的读写，包括对SL811HS的初始化及读/写一个字节的函数。限于篇幅，此处只列出对SL811HS芯片的初始化程序：

/*********************************
函数名称：SL811_Init
函数功能：初始化SL811HS芯片
输入参数：无
返回值：无
*********************************/
void SL811_Init(void){
//初始化U盘为未插入状态
bFlags.bits.SLAVE_ONLINE = FALSE;
bFlags.bits.SLAVE_FOUND = FALSE;
bFlags.bits.SLAVE_REMOVED = FALSE;
bFlags.bits.SLAVE_ENUMERATED = FALSE;
bFlags.bits.SLAVE_IS_ATTACHED = FALSE;
//允许硬件产生SOF（Start of Frame）
SL811Write(CtrlReg,0x04);
DelayMs(100);
SL811Write(CtrlReg,0x01);
//设置SOF，1 ms中断
SL811Write(cDATASet,0xe0);
//设置为主机工作模式
SL811Write(cSOFcnt,0xae);
SL811Write(EP0Status,0x50);
//地址设为0
SL811Write(EP0Counter,0);
//允许数据发送

SL811Write(EP0Control,0x01);
SL811Write(IntEna,0x20);
//清中断
SL811Write(IntStatus,INT_CLEAR);
}

2.1.2 USB设备协议层的实现

该部分实现对优盘扇区的直接读写，其中两个很重要的函数为Bulkin和Bulkout。此处只列出Bulkin函数的实现：

/**********************************
函数名称：epB

ulkRcv
函数功能：实现bulkonly协议中的Bulkin函数
输入参数：pBuffer为数据的地址，len为数据的长度
返回值：TRUE为成功，FALSE为失败
**********************************/
unsigned char epBulkRcv(unsigned char *pBuffer,unsigned int len){
　　usbstack.usbaddr=0x1;
　　usbstack.endpoint=usbstack.epbulkin;
　　usbstack.pid=PID_IN;
　　//设置包长度为64
　　usbstack.wPayload=64;
　　usbstack.wLen=len;
　　usbstack.buffer=pBuffer;
　　if(usbstack.wLen){
　　　　if(!usbXfer())
　　　　return FALSE;
　　}
return TRUE;
}

2.1.3 FAT16/FAT32文件格式的实现

该部分程序是根据FAT16/FAT32文件系统的结构，实现对文件的读、写、创建、删除等操作。优盘上的数据按照其不同的特点和作用大致可分为5部分：MBR区（主引导记录区）、DBR区（系统引导记录区）、FAT区（文件分配表区）、FDT区（文件目录表区）和DATA区（数据区）。

在实现对文件的读/写时，首先根据MBR区和DBR区的大小，找到FAT表的位置，然后根据FAT表找出相应文件的数据位置，即可对此文件进行相应的处理。其具体实现涉及FAT文件系统的结构，此处不再详述。

2.2 VS1011B的控制与音乐文件数据输入

本方案mp3播放器的实现原理就是控制器 从优盘读取MP3文件数据，当VS1011B的数据缓冲区需要数据时，将数据送入VS1011B进行解码。VS1011B采用串行接口，有两种接口模式：

Native Modes（新模式）和Compatibility；
Mode（兼容模式）。当地址为0x0的MODE寄存器的SM_SDINEW位为1时为新模式；反之为兼容模式。上电时默认为新模式。

在播放音乐之前，首先需要对VS1011B进行初始化，然后输入音乐文件即可播放歌曲。其控制步骤如下：[3]

① 拉低nRST1。
② 等待DREQ引脚信号变高。
③ 写寄存器MODE的参数，包

括正确设置SM_SDINEW和SM_SDISHARED位。
④ 若时钟数率非24.576 MHz，应设置SCI_CLOCKF。
⑤ 若使用倍频时钟，试图通过改变SCI_CLOCKF直接操作，应将适当的采样速率写入SCI_AUDATA寄存器，等待至少11000个时钟后才可以操作高速的SPI通信。
⑥ 设置音量寄存器SCI_VOL。
⑦ 若希望加强低音，可设置寄存器SCI_BASS。
⑧从优盘读取一首MP3歌曲文件，并开始传送音乐数据。应注意数据传送的规则，DREQ信号是用来表示VS1011B的MP3数据缓冲区是否需要数据。当VS1011B的数据缓冲区可再接收32字节数据时，DREQ引脚电平变高。当软件查询到此引脚电平变高时，就再送入32个字节的MP3音乐数据。
⑨ 本首歌曲完成播放，读取下一首MP3歌曲，并转到步骤⑧。

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