基于STM32MP3播放器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、 嵌入式系統(tǒng)原理 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目： 利用STM32實(shí)現(xiàn)MP3播放器 院 （系）： 信息與電氣工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 通信二班 學(xué)生姓名： 周波 學(xué) 號(hào)： 0904040209 指導(dǎo)教師： 羅 朝 輝 20 12 年 2 月 30 日至20 12 年 3 月 23 日 STM32芯片應(yīng)用 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目利用STM32處理器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易MP3 Player的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)主要內(nèi)容（1） 廣泛查找文獻(xiàn)資料，認(rèn)真研究，反復(fù)論證，精心設(shè)計(jì)技術(shù)方案。（2） 較為深入的掌握ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、編程方法，初步了解ARM應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件開(kāi)發(fā)方法及手段，較熟練地掌握ARM處理器幾種重要的片

2、內(nèi)外設(shè)（定時(shí)器、PLL、I2C、RTC等）的基本原理及編程方法，初步掌握ARM處理器外圍電路的擴(kuò)展方法。（3） 了解STM32、SPI接口、SD卡、TIMER、中斷、FAT文件系統(tǒng)、USB等的應(yīng)用。（4） 考慮簡(jiǎn)易聲波播放器、簡(jiǎn)易MP3播放器兩種方案實(shí)現(xiàn)。三、原始資料硬件資源：STM32系統(tǒng)板、用于ARM處理器的JTAG仿真器、PC機(jī)Pentium100以上。設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)：STM32系統(tǒng)板配套光盤(pán)四、要求的設(shè)計(jì)成果（1）使用STM103V100評(píng)估板令計(jì)時(shí)器TIM4工作在PWM模式下，將wav格式的聲波文件從SD卡中讀出，由TIM4產(chǎn)生不同頻率的方波通過(guò)低通濾波器和放大器送喇叭實(shí)現(xiàn)與通過(guò)額外解碼

3、芯片實(shí)現(xiàn)。（2）撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，要求簡(jiǎn)潔、通順，格式規(guī)范，設(shè)計(jì)方案正確，實(shí)現(xiàn)技術(shù)路線明確，論述內(nèi)容完整、清楚、規(guī)范，數(shù)據(jù)、資料真實(shí)可靠，軟件程序運(yùn)行良好。（3）要求有完整的電路設(shè)計(jì)原理圖及軟件源代碼。五、進(jìn)程安排（1）第 1 天：任務(wù)布置及相關(guān)知識(shí)講解（2）第2-3天：資料查閱與方案制定（3）第4-8天：硬件設(shè)計(jì)、程序編制與調(diào)試階段（4）第 9 天：撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告六、主要參考資料1 田澤. 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教程. 北京航空航天工業(yè)大學(xué)出版社，2005.2 郭榮佐，王霖. 嵌入式系統(tǒng)原理.北京航空航天大學(xué)出版社，.2008.3 周根林.嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用.南京大學(xué)出版社, 2006.

4、4 譚浩強(qiáng). C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（第2版）.清華大學(xué)出版社，20085 丁峰. ARM系統(tǒng)開(kāi)發(fā)從實(shí)踐到提高. 中國(guó)電力出版社，2007.指導(dǎo)教師（簽名）： 20 年 月 日第一種方案是簡(jiǎn)易聲波播放器，僅使用STM103V100評(píng)估板，令計(jì)時(shí)器TIM4工作在PWM模式下，將wav格式的聲波文件從SD卡中讀出，由TIM4產(chǎn)生不同頻率的方波通過(guò)低通濾波器和放大器送喇叭，如圖1所示；第二種方案則是簡(jiǎn)易MP3播放器，還需要使用額外的解碼芯片，將MP3格式的文件從SD卡讀出，然后送解碼芯片解碼播放，如圖2所示。本節(jié)將先介紹SD卡、FAT16文件格式、VS1003編解碼器等關(guān)鍵部分，然后再分別給出兩種設(shè)計(jì)方案的

5、軟件設(shè)計(jì)。圖1 簡(jiǎn)易聲波播放器方案圖2 簡(jiǎn)易MP3 Player方案1 SD卡的結(jié)構(gòu)及讀寫(xiě)方法STM103V100評(píng)估板有SD連接器，其使用SPI總線與STM32處理器連接，如圖3所示。圖3 SD連接器與STM32處理器SPI連接圖SD卡（Secure Digital Memory Card）是一種為滿足安全性、容量、性能和使用環(huán)境等各方面的需求而設(shè)計(jì)的一種新型存儲(chǔ)器件，SD卡允許在兩種模式下工作，即SD模式和SPI模式，本系統(tǒng)采用SPI模式。本小節(jié)僅簡(jiǎn)要介紹在SPI模式下，STM32處理器如何讀寫(xiě)SD卡，如果讀者如希望詳細(xì)了解SD卡，可以參考相關(guān)資料。SD卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳如圖4所示。圖4 S

6、D卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳SD卡主要引腳和功能為：n         CLK：時(shí)鐘信號(hào)，每個(gè)時(shí)鐘周期傳輸一個(gè)命令或數(shù)據(jù)位，頻率可在025MHz之間變化，SD卡的總線管理器可以不受任何限制的自由產(chǎn)生025MHz的頻率；n         CMD：雙向命令和回復(fù)線，命令是一次主機(jī)到從卡操作的開(kāi)始，命令可以是從主機(jī)到單卡尋址，也可以是到所有卡；回復(fù)是對(duì)之前命令的回答，回復(fù)可以來(lái)自單卡或所有卡；n    

7、0;    DAT03：數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)可以從卡傳向主機(jī)也可以從主機(jī)傳向卡。     SD卡以命令形式來(lái)控制SD卡的讀寫(xiě)等操作?？筛鶕?jù)命令對(duì)多塊或單塊進(jìn)行讀寫(xiě)操作。在SPI模式下其命令由6個(gè)字節(jié)構(gòu)成，其中高位在前。SD卡命令的格式如表1所示，其中相關(guān)參數(shù)可以查閱SD卡規(guī)范。-表1 SPI命令格式Byte 1/ Byte2-5/Byte 67,6,5,0/31,0/7,00,1/Command/Command Argument/CRC,1-下面分別給出讀寫(xiě)SD卡的兩個(gè)函數(shù)：n    

8、0;    讀取SD卡函數(shù)u8 MSD_ReadBlock(u8* pBuffer, u32 ReadAddr, u16 NumByteToRead);/* Function Name : MSD_ReadBlock* Description    : Reads a block of data from the MSD.* Input          : - pBuffer : pointer to the buffer that recei

9、ves the data read*                    from the MSD.*                  - ReadAddr : MSD's internal address to read fr

10、om.*                  - NumByteToRead : number of bytes to read from the MSD.* Output         : None* Return         : The MSD Response

11、: - MSD_RESPONSE_FAILURE: Sequence failed*                   - MSD_RESPONSE_NO_ERROR: Sequence succeed */u8 MSD_ReadBlock(u8* pBuffer, u32 ReadAddr, u16 NumByteToRead)  u32 i = 0;  u8 rvalue = MSD_RESPONSE

12、_FAILURE;  /* MSD chip select low */  MSD_CS_LOW();  /* Send CMD17 (MSD_READ_SINGLE_BLOCK) to read one block */  MSD_SendCmd(MSD_READ_SINGLE_BLOCK, ReadAddr, 0xFF);  /* Check if the MSD acknowledged the read block command: R1 response (0x00: no errors) */  if (!MSD

13、_GetResponse(MSD_RESPONSE_NO_ERROR)      /* Now look for the data token to signify the start of the data */    if (!MSD_GetResponse(MSD_START_DATA_SINGLE_BLOCK_READ)          /* Read the MSD block data : read NumByteToRead da

14、ta */      for (i = 0; i < NumByteToRead; i+)              /* Save the received data */        *pBuffer = MSD_ReadByte();        /* Point to t

15、he next location where the byte read will be saved */        pBuffer+;            /* Get CRC bytes (not really needed by us, but required by MSD) */      MSD_ReadByte();   

16、60;  MSD_ReadByte();      /* Set response value to success */      rvalue = MSD_RESPONSE_NO_ERROR;        /* MSD chip select high */  MSD_CS_HIGH();  /* Send dummy byte: 8 Clock pulses of delay */  MSD_Wri

17、teByte(DUMMY);  /* Returns the reponse */  return rvalue;n         寫(xiě)讀取SD卡函數(shù)u8 MSD_WriteBlock(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite) /* Function Name : MSD_WriteBlock* Description    : Writes a block on the MSD* Input 

18、0;        : - pBuffer : pointer to the buffer containing the data to be*                    written on the MSD.*         

19、0;        - WriteAddr : address to write on.*                  - NumByteToWrite: number of data to write* Output         : None* Return 

20、;        : The MSD Response: - MSD_RESPONSE_FAILURE: Sequence failed*                   - MSD_RESPONSE_NO_ERROR: Sequence succeed */u8 MSD_WriteBlock(u8* pBuffer, u32 WriteAdd

21、r, u16 NumByteToWrite)  u32 i = 0;  u8 rvalue = MSD_RESPONSE_FAILURE;  /* MSD chip select low */  MSD_CS_LOW();  /* Send CMD24 (MSD_WRITE_BLOCK) to write multiple block */  MSD_SendCmd(MSD_WRITE_BLOCK, WriteAddr, 0xFF);  /* Check if the MSD acknowledged the write b

22、lock command: R1 response (0x00: no errors) */  if (!MSD_GetResponse(MSD_RESPONSE_NO_ERROR)      /* Send a dummy byte */    MSD_WriteByte(DUMMY);    /* Send the data token to signify the start of the data */    MSD_WriteByte(0xFE)

23、;    /* Write the block data to MSD : write count data by block */    for (i = 0; i < NumByteToWrite; i+)          /* Send the pointed byte */      MSD_WriteByte(*pBuffer);     

24、 /* Point to the next location where the byte read will be saved */      pBuffer+;        /* Put CRC bytes (not really needed by us, but required by MSD) */    MSD_ReadByte();    MSD_ReadByte();    /*

25、 Read data response */    if (MSD_GetDataResponse() = MSD_DATA_OK)          rvalue = MSD_RESPONSE_NO_ERROR;        /* MSD chip select high */  MSD_CS_HIGH();  /* Send dummy byte: 8 Clock pulses of delay */ 

26、; MSD_WriteByte(DUMMY);  /* Returns the reponse */  return rvalue; 2 FAT16文件系統(tǒng)簡(jiǎn)介     SD卡如果采用FAT16文件格式，按照其不同的特點(diǎn)和作用大致可分為5 部分：MBR區(qū)、DBR區(qū)、FAT區(qū)、FDT區(qū)和DATA區(qū)。由于SD卡一般不做引導(dǎo)盤(pán)，一般也不分區(qū)，因此通常無(wú)MBR區(qū)，直接從DBR區(qū)開(kāi)始。下面對(duì)后面四個(gè)區(qū)分別作簡(jiǎn)介：n         DBR區(qū)  &

27、#160; 內(nèi)容為系統(tǒng)引導(dǎo)記錄，它包括一個(gè)引導(dǎo)程序和一個(gè)被稱為BPB（Bios Parameter Block）的本分區(qū)參數(shù)記錄表。引導(dǎo)程序的主要任務(wù)是當(dāng)MBR將系統(tǒng)控制權(quán)交給它時(shí)，判斷本分區(qū)根目錄是否有操作系統(tǒng)引導(dǎo)文件，如果有則將其讀入內(nèi)存，并把控制權(quán)交給該文件。BPB參數(shù)塊記錄著本分區(qū)的起始扇區(qū)、結(jié)束扇區(qū)、文件存儲(chǔ)格式、根目錄大小、FAT個(gè)數(shù)，分配單元大小等重要參數(shù)。本系統(tǒng)采用的DBR結(jié)構(gòu)為：typedef _packed struct/* 由于Cortex-M3內(nèi)核默認(rèn)以對(duì)齊方式訪問(wèn)，因此可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體元素之間有“空隙”，讀出的結(jié)構(gòu)體元素有誤，因此需要加上關(guān)鍵字_packed，強(qiáng)制其以壓

28、縮方式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)體。這樣該結(jié)構(gòu)體在內(nèi)存空間上是一片連續(xù)的空間，不存在“空隙”情況。其它地方同理 */     u8         BS_jmpBoot3;     /ofs:0.典型的如：0xEB,0x3E,0x90     u8         BS_OEMName8;  /ofs:3.典型的如：“MSWIN4.1”

29、     u16        BPB_BytesPerSec;  /ofs:11.每扇區(qū)字節(jié)數(shù)     u8         BPB_SecPerClus;          /ofs:13.每簇扇區(qū)數(shù)     u16 

30、0;      BPB_RsvdSecCnt;         /ofs:14.保留扇區(qū)數(shù)，從DBR 到FAT 的扇區(qū)數(shù)     u8         BPB_NumFATs;     /ofs:16.FAT 的個(gè)數(shù)，通常為2     u16   &

31、#160;    BPB_RootEntCnt;         /ofs:17.根目錄項(xiàng)數(shù)     u16        BPB_TotSec16;            /ofs:19.分區(qū)總扇區(qū)數(shù)（<32M 時(shí)用）     u8 

32、;        BPB_Media;        /ofs:21.分區(qū)介質(zhì)標(biāo)識(shí)，SD卡一般用0xF8     u16        BPB_FATSz16;             /ofs:22.每個(gè)FAT 占的扇區(qū)數(shù) &#

33、160;   u16        BPB_SecPerTrk;           /ofs:24.每道扇區(qū)數(shù)，對(duì)于SD卡無(wú)意義     u16        BPB_NumHeads;    /ofs:26.磁頭數(shù)，對(duì)于SD卡無(wú)意義     u3

34、2        BPB_HiddSec;       /ofs:28.隱藏扇區(qū)數(shù)，從MBR到DBR的扇區(qū)數(shù)     u32        BPB_TotSec32;      /ofs:32.分區(qū)總扇區(qū)數(shù)（32M時(shí)用）     u8    

35、0;    BS_DrvNum;         /ofs:36.軟盤(pán)：0x00，硬盤(pán)：0x80，SD卡無(wú)意義     u8         BS_Reservedl;       /ofs:37.保留     u8      &

36、#160;  BS_BootSig;         /ofs:38.擴(kuò)展引導(dǎo)標(biāo)記：0x29，通常對(duì)于SD卡無(wú)意義     u32        BS_VolID;          /ofs:39.盤(pán)序列號(hào)     u8     

37、;    BS_VolLab11;    /ofs:43.如“Msdos ”     u8         BS_FilSysType8;  /ofs:54.“FAT16 ”     u8         ExecutableCode448;     

38、;    /ofs:62.引導(dǎo)代碼     u8         ExecutableMarker2;    /ofs:510.結(jié)束標(biāo)識(shí):0xAA55 FAT_BPB;n         FAT區(qū)    該區(qū)內(nèi)容為文件分配表，F(xiàn)AT16文件系統(tǒng)進(jìn)行空間分配的最基本單位是簇。文件分配表反映了SD卡所有簇的使用情況，通過(guò)查

39、文件分配表可以得知任一簇的使用情況。對(duì)于FAT16來(lái)說(shuō)，F(xiàn)AT表每項(xiàng)占用兩個(gè)字節(jié)。FAT表的第一項(xiàng)通常為FFF8H。對(duì)于其它項(xiàng)，若其值為0000H表示可用；FFF7H表示為壞簇；FFF8H-FFFFH之間表示該簇為某文件或目錄的最后一個(gè)簇，F(xiàn)FF0H-FFF6H之間為保留值；其它值則指示下一個(gè)簇的簇號(hào)。n         FDT區(qū)   該區(qū)的內(nèi)容為文件目錄表，F(xiàn)AT文件系統(tǒng)的一個(gè)重要思想是把目錄（文件夾）當(dāng)作一個(gè)特殊的文件來(lái)處理，F(xiàn)AT32甚至將根目錄當(dāng)作文件處理。FAT分區(qū)中所有目錄

40、文件，實(shí)際上可以看作是一個(gè)存放其它文件（文件夾）入口參數(shù)的數(shù)據(jù)表。因此，目錄占用空間的大小并不等同于其下所有數(shù)據(jù)的大小，但也不等于0，通常是占很小的空間。其具體的存儲(chǔ)原理是：不管目錄文件所占空間為多少簇，一簇為多少扇區(qū)、多少字節(jié)；系統(tǒng)都會(huì)以32個(gè)字節(jié)為單位，進(jìn)行目錄文件所占簇的分配。本系統(tǒng)目錄項(xiàng)使用的結(jié)構(gòu)體如下：typedef _packed structu8            FileName8;         

41、60;  /ofs:0.文件名u8            ExtName3;            /ofs:8.擴(kuò)展名u8              Attribute;          

42、;       /ofs:11.文件屬性。典型值：存檔(0x20)、卷標(biāo)(0x08)u8             Reserved10;          /ofs:21.保留u16            Time;     &#

43、160;               /ofs:22.時(shí)間u16            Data;                    /ofs:24.日期u16    

44、0;       StartClus;                      /ofs:26.開(kāi)始簇號(hào)u32            FileLength;           

45、    /ofs:28.文件長(zhǎng)度 DIR;   由于篇幅關(guān)系，這里不能對(duì)上面各字段進(jìn)行一一介紹。本系統(tǒng)支持長(zhǎng)文件名和漢字顯示，如果使用短文件名，則以ASCII編碼；當(dāng)文件名超過(guò)8個(gè)字節(jié)，擴(kuò)展名超過(guò)3字節(jié)時(shí)，就以長(zhǎng)文件名的形式存儲(chǔ)，長(zhǎng)文件名中的字符采用UNICODE形式編碼，每個(gè)字符占據(jù)2個(gè)字節(jié)的空間，其目錄項(xiàng)中偏移為11的字節(jié)即Attribute字段為0FH。在存儲(chǔ)時(shí)將長(zhǎng)文件名以13個(gè)字符為單位進(jìn)行切割，每一組占據(jù)一個(gè)目錄項(xiàng)，所以可能一個(gè)文件需要多個(gè)目錄項(xiàng)，這時(shí)長(zhǎng)文件名的各個(gè)目錄項(xiàng)按倒序排列在目錄表中，以防與其他文件名混淆。本系統(tǒng)采用串口作為輸

46、入輸出接口，通過(guò)在PC的超級(jí)終端中輸入命令來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制，并在超級(jí)終端中顯示輸出的結(jié)果，如路徑、目錄列表、文件名等相關(guān)信息。超級(jí)終端輸入輸出的漢字以GB2312編碼、輸入輸出英文字符以ASCII編碼，而長(zhǎng)文件名以UNICODE編碼。因此需要將UNICODE編碼轉(zhuǎn)化為GB2312或ASCII編碼來(lái)和用戶交互。這里使用一張排序二維表，里面有7000多個(gè)漢字UNICODE編碼對(duì)應(yīng)的GB2312編碼。這里查找算法采用二分查找算法，大大提高了查找效率，這對(duì)于嵌入式應(yīng)用很關(guān)鍵。n         DATA區(qū) 

47、0;  該數(shù)據(jù)區(qū)存放文件的內(nèi)容，SD卡所占用的空間絕大部分為此部分。如果文件長(zhǎng)度大于一個(gè)簇的大小，需要多個(gè)簇存放該文件，這些放通過(guò)FAT鏈表串連起來(lái)。3 VS1003-MP3/WMA音頻編解碼器簡(jiǎn)介     VS1003是由芬蘭VLSI Solution Oy公司所設(shè)計(jì)的一款單片MP3/WMA/MIDI音頻解碼器和ADPCM編碼器，它包含一個(gè)高性能、自主產(chǎn)權(quán)的低功耗DSP處理器核VS_DSP4。該芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示，其特點(diǎn)如下：圖5 VS1003內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳n      

48、0;  可解碼MPEG 1和MPEG 2音頻層III（CBR+VBR+ABR）、WMA 4.0/4.1/7/8/9 5-384kbps 所有流文件；WAV(PCM+IMA AD-PCM)，可產(chǎn)生MIDI/SP-MIDI 文件；n         可對(duì)話筒輸入或線路輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行IMA ADPCM編碼；n         支持MP3和WAV流；n      

49、0;  高音、低音控制；n         單時(shí)鐘操作（12.13MHz）；n         內(nèi)部PLL鎖相環(huán)時(shí)鐘倍頻器；n         低功耗n         內(nèi)含高性能片上立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器，兩聲道間無(wú)相位差；n    

50、     內(nèi)含能驅(qū)動(dòng)30歐負(fù)載的耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器；n         模擬、數(shù)字、I/O單獨(dú)供電；n         為用戶代碼和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備了5.5KB片上RAM；n         串行的控制、數(shù)據(jù)接口；n         可被用作微處理器的從機(jī)

51、；n         特殊應(yīng)用的SPI Flash引導(dǎo)；n         供調(diào)試用途的UART接口；n         新功能可以通過(guò)軟件和4個(gè)GPIO添加。    限于篇幅，這里不對(duì)VS1003芯片作詳細(xì)介紹，讀者有興趣可查閱相關(guān)資料及數(shù)據(jù)手冊(cè)。注意，VS1003可以作為一個(gè)微控制器的從機(jī)，通過(guò)串行SPI接口來(lái)接收輸入的比特

52、流，輸入的比特流被解碼后，可以通過(guò)一個(gè)數(shù)字音量控制器到達(dá)一個(gè)18 位過(guò)采樣多位DAC。這樣利用一個(gè)VS1003芯片與STM32F103x處理器配合，STM32處理器讀取SD卡中的MP3文件，將其通過(guò)SPI接口送往VS1003芯片播放，然后再利用STM32F10X處理器的一些GPIO口來(lái)控制VS1003即可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)MP3 Player的原形設(shè)計(jì)。 2 FAT16文件系統(tǒng)簡(jiǎn)介     SD卡如果采用FAT16文件格式，按照其不同的特點(diǎn)和作用大致可分為5 部分：MBR區(qū)、DBR區(qū)、FAT區(qū)、FDT區(qū)和DATA區(qū)。由于SD卡一般不做引導(dǎo)盤(pán)，一般也不分區(qū)，因此通

53、常無(wú)MBR區(qū)，直接從DBR區(qū)開(kāi)始。下面對(duì)后面四個(gè)區(qū)分別作簡(jiǎn)介：n         DBR區(qū)    內(nèi)容為系統(tǒng)引導(dǎo)記錄，它包括一個(gè)引導(dǎo)程序和一個(gè)被稱為BPB（Bios Parameter Block）的本分區(qū)參數(shù)記錄表。引導(dǎo)程序的主要任務(wù)是當(dāng)MBR將系統(tǒng)控制權(quán)交給它時(shí)，判斷本分區(qū)根目錄是否有操作系統(tǒng)引導(dǎo)文件，如果有則將其讀入內(nèi)存，并把控制權(quán)交給該文件。BPB參數(shù)塊記錄著本分區(qū)的起始扇區(qū)、結(jié)束扇區(qū)、文件存儲(chǔ)格式、根目錄大小、FAT個(gè)數(shù)，分配單元大小等重要參數(shù)。本系統(tǒng)采用的DBR結(jié)構(gòu)為：ty

54、pedef _packed struct/* 由于Cortex-M3內(nèi)核默認(rèn)以對(duì)齊方式訪問(wèn)，因此可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體元素之間有“空隙”，讀出的結(jié)構(gòu)體元素有誤，因此需要加上關(guān)鍵字_packed，強(qiáng)制其以壓縮方式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)體。這樣該結(jié)構(gòu)體在內(nèi)存空間上是一片連續(xù)的空間，不存在“空隙”情況。其它地方同理 */     u8         BS_jmpBoot3;     /ofs:0.典型的如：0xEB,0x3E,0x90   &

55、#160; u8         BS_OEMName8;  /ofs:3.典型的如：“MSWIN4.1”     u16        BPB_BytesPerSec;  /ofs:11.每扇區(qū)字節(jié)數(shù)     u8         BPB_SecPerClus;

56、60;         /ofs:13.每簇扇區(qū)數(shù)     u16        BPB_RsvdSecCnt;         /ofs:14.保留扇區(qū)數(shù)，從DBR 到FAT 的扇區(qū)數(shù)     u8         BPB_Nu

57、mFATs;     /ofs:16.FAT 的個(gè)數(shù)，通常為2     u16        BPB_RootEntCnt;         /ofs:17.根目錄項(xiàng)數(shù)     u16        BPB_TotSec16;   

58、0;        /ofs:19.分區(qū)總扇區(qū)數(shù)（<32M 時(shí)用）     u8         BPB_Media;        /ofs:21.分區(qū)介質(zhì)標(biāo)識(shí)，SD卡一般用0xF8     u16        BPB_FATSz

59、16;             /ofs:22.每個(gè)FAT 占的扇區(qū)數(shù)     u16        BPB_SecPerTrk;           /ofs:24.每道扇區(qū)數(shù)，對(duì)于SD卡無(wú)意義     u16   &

60、#160;    BPB_NumHeads;    /ofs:26.磁頭數(shù)，對(duì)于SD卡無(wú)意義     u32        BPB_HiddSec;       /ofs:28.隱藏扇區(qū)數(shù)，從MBR到DBR的扇區(qū)數(shù)     u32        BPB_TotSec32;

61、0;     /ofs:32.分區(qū)總扇區(qū)數(shù)（32M時(shí)用）     u8         BS_DrvNum;         /ofs:36.軟盤(pán)：0x00，硬盤(pán)：0x80，SD卡無(wú)意義     u8         BS_Reservedl; &#

62、160;     /ofs:37.保留     u8         BS_BootSig;         /ofs:38.擴(kuò)展引導(dǎo)標(biāo)記：0x29，通常對(duì)于SD卡無(wú)意義     u32        BS_VolID;    &

63、#160;     /ofs:39.盤(pán)序列號(hào)     u8         BS_VolLab11;    /ofs:43.如“Msdos ”     u8         BS_FilSysType8;  /ofs:54.“FAT16 ”   &#

64、160; u8         ExecutableCode448;         /ofs:62.引導(dǎo)代碼     u8         ExecutableMarker2;    /ofs:510.結(jié)束標(biāo)識(shí):0xAA55 FAT_BPB;n     &#

65、160;   FAT區(qū)    該區(qū)內(nèi)容為文件分配表，F(xiàn)AT16文件系統(tǒng)進(jìn)行空間分配的最基本單位是簇。文件分配表反映了SD卡所有簇的使用情況，通過(guò)查文件分配表可以得知任一簇的使用情況。對(duì)于FAT16來(lái)說(shuō)，F(xiàn)AT表每項(xiàng)占用兩個(gè)字節(jié)。FAT表的第一項(xiàng)通常為FFF8H。對(duì)于其它項(xiàng)，若其值為0000H表示可用；FFF7H表示為壞簇；FFF8H-FFFFH之間表示該簇為某文件或目錄的最后一個(gè)簇，F(xiàn)FF0H-FFF6H之間為保留值；其它值則指示下一個(gè)簇的簇號(hào)。n        

66、FDT區(qū)   該區(qū)的內(nèi)容為文件目錄表，F(xiàn)AT文件系統(tǒng)的一個(gè)重要思想是把目錄（文件夾）當(dāng)作一個(gè)特殊的文件來(lái)處理，F(xiàn)AT32甚至將根目錄當(dāng)作文件處理。FAT分區(qū)中所有目錄文件，實(shí)際上可以看作是一個(gè)存放其它文件（文件夾）入口參數(shù)的數(shù)據(jù)表。因此，目錄占用空間的大小并不等同于其下所有數(shù)據(jù)的大小，但也不等于0，通常是占很小的空間。其具體的存儲(chǔ)原理是：不管目錄文件所占空間為多少簇，一簇為多少扇區(qū)、多少字節(jié)；系統(tǒng)都會(huì)以32個(gè)字節(jié)為單位，進(jìn)行目錄文件所占簇的分配。本系統(tǒng)目錄項(xiàng)使用的結(jié)構(gòu)體如下：typedef _packed structu8    &#

67、160;       FileName8;            /ofs:0.文件名u8            ExtName3;            /ofs:8.擴(kuò)展名u8      

68、0;       Attribute;                 /ofs:11.文件屬性。典型值：存檔(0x20)、卷標(biāo)(0x08)u8             Reserved10;          /ofs

69、:21.保留u16            Time;                     /ofs:22.時(shí)間u16            Data;        

70、            /ofs:24.日期u16            StartClus;                      /ofs:26.開(kāi)始簇號(hào)u32     

71、      FileLength;               /ofs:28.文件長(zhǎng)度 DIR;   由于篇幅關(guān)系，這里不能對(duì)上面各字段進(jìn)行一一介紹。本系統(tǒng)支持長(zhǎng)文件名和漢字顯示，如果使用短文件名，則以ASCII編碼；當(dāng)文件名超過(guò)8個(gè)字節(jié)，擴(kuò)展名超過(guò)3字節(jié)時(shí)，就以長(zhǎng)文件名的形式存儲(chǔ)，長(zhǎng)文件名中的字符采用UNICODE形式編碼，每個(gè)字符占據(jù)2個(gè)字節(jié)的空間，其目錄項(xiàng)中偏移為11的字節(jié)即Attribute字段為

72、0FH。在存儲(chǔ)時(shí)將長(zhǎng)文件名以13個(gè)字符為單位進(jìn)行切割，每一組占據(jù)一個(gè)目錄項(xiàng)，所以可能一個(gè)文件需要多個(gè)目錄項(xiàng)，這時(shí)長(zhǎng)文件名的各個(gè)目錄項(xiàng)按倒序排列在目錄表中，以防與其他文件名混淆。本系統(tǒng)采用串口作為輸入輸出接口，通過(guò)在PC的超級(jí)終端中輸入命令來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制，并在超級(jí)終端中顯示輸出的結(jié)果，如路徑、目錄列表、文件名等相關(guān)信息。超級(jí)終端輸入輸出的漢字以GB2312編碼、輸入輸出英文字符以ASCII編碼，而長(zhǎng)文件名以UNICODE編碼。因此需要將UNICODE編碼轉(zhuǎn)化為GB2312或ASCII編碼來(lái)和用戶交互。這里使用一張排序二維表，里面有7000多個(gè)漢字UNICODE編碼對(duì)應(yīng)的GB2312編碼。這里查找

73、算法采用二分查找算法，大大提高了查找效率，這對(duì)于嵌入式應(yīng)用很關(guān)鍵。n         DATA區(qū)    該數(shù)據(jù)區(qū)存放文件的內(nèi)容，SD卡所占用的空間絕大部分為此部分。如果文件長(zhǎng)度大于一個(gè)簇的大小，需要多個(gè)簇存放該文件，這些放通過(guò)FAT鏈表串連起來(lái)。3 VS1003-MP3/WMA音頻編解碼器簡(jiǎn)介     VS1003是由芬蘭VLSI Solution Oy公司所設(shè)計(jì)的一款單片MP3/WMA/MIDI音頻解碼器和ADPCM編碼器，它包含一個(gè)高性能、自

74、主產(chǎn)權(quán)的低功耗DSP處理器核VS_DSP4。該芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示，其特點(diǎn)如下：圖5 VS1003內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳n         可解碼MPEG 1和MPEG 2音頻層III（CBR+VBR+ABR）、WMA 4.0/4.1/7/8/9 5-384kbps 所有流文件；WAV(PCM+IMA AD-PCM)，可產(chǎn)生MIDI/SP-MIDI 文件；n         可對(duì)話筒輸入或線路輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行IMA ADPCM編碼；n

75、60;        支持MP3和WAV流；n         高音、低音控制；n         單時(shí)鐘操作（12.13MHz）；n         內(nèi)部PLL鎖相環(huán)時(shí)鐘倍頻器；n         低功耗n&

76、#160;        內(nèi)含高性能片上立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器，兩聲道間無(wú)相位差；n         內(nèi)含能驅(qū)動(dòng)30歐負(fù)載的耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器；n         模擬、數(shù)字、I/O單獨(dú)供電；n         為用戶代碼和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備了5.5KB片上RAM；n    

77、;     串行的控制、數(shù)據(jù)接口；n         可被用作微處理器的從機(jī)；n         特殊應(yīng)用的SPI Flash引導(dǎo)；n         供調(diào)試用途的UART接口；n         新功能可以通過(guò)軟件和4個(gè)GPIO添加。&#

78、160;   限于篇幅，這里不對(duì)VS1003芯片作詳細(xì)介紹，讀者有興趣可查閱相關(guān)資料及數(shù)據(jù)手冊(cè)。注意，VS1003可以作為一個(gè)微控制器的從機(jī)，通過(guò)串行SPI接口來(lái)接收輸入的比特流，輸入的比特流被解碼后，可以通過(guò)一個(gè)數(shù)字音量控制器到達(dá)一個(gè)18 位過(guò)采樣多位DAC。這樣利用一個(gè)VS1003芯片與STM32F103x處理器配合，STM32處理器讀取SD卡中的MP3文件，將其通過(guò)SPI接口送往VS1003芯片播放，然后再利用STM32F10X處理器的一些GPIO口來(lái)控制VS1003即可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)MP3 Player的原形設(shè)計(jì)。 5 簡(jiǎn)易MP3 Player的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第4小節(jié)所介紹

79、的聲音播放器，是通過(guò)定時(shí)器TIM4產(chǎn)生不同頻率方波來(lái)產(chǎn)生聲音的，因此只適合播放wav聲波文件，其音質(zhì)也非常粗糙。如果希望播放MP3文件，并產(chǎn)生高品質(zhì)的聲音，則需要使用專(zhuān)用聲音解碼芯片，這將得到一個(gè)簡(jiǎn)易MP3 Player原型設(shè)計(jì)。5.1 硬件設(shè)計(jì)    如圖8所示，STM32F103x使用SPI2端口與VS1003芯片的SI、SO、SCLK連接；VS1003芯片的控制引腳xCS、xRESET、xDCS分別與STM32F103的PA1、PA0和PA2連接，低電平有效；VS1003的狀態(tài)引腳DREQ與STM32F103處理器的PA3連接，低電平表示需要送數(shù)據(jù)，高電平表

80、示正在處理數(shù)據(jù)。    讀者如果沒(méi)有條件制作硬件，可以使用一塊VS1003的評(píng)估板和STM103V100評(píng)估板配置，只需要使用電纜實(shí)現(xiàn)上述連接及供電即可，實(shí)驗(yàn)成本也非常低。圖8 簡(jiǎn)易MP3 Player硬件原理圖5.2 軟件程序設(shè)計(jì)    由上面所述內(nèi)容及圖2、圖8可以得到簡(jiǎn)易MP3 Player的軟件工作過(guò)程：通過(guò)SPI1從SD卡中讀取MP3文件，將所讀取的內(nèi)容通過(guò)SPI2發(fā)送到VS1003解碼器中播放；PC機(jī)可通過(guò)USB總線讀寫(xiě)SD卡的內(nèi)容，傳送MP3文件；PC機(jī)的超級(jí)終端用于發(fā)送MP3播放命令、顯示MP3 播放狀態(tài)。 

81、   由于SPI1讀取SD卡的速度遠(yuǎn)超過(guò)VS1003播放聲音的速度，因此在VS1003播放SPI2送給其的聲音數(shù)據(jù)期間，SPI1能從SD卡中讀取下次播放所須的數(shù)據(jù)，不會(huì)產(chǎn)生聲音不連續(xù)的情況。    該系統(tǒng)軟件程序主要包含以下源文件，下面分別介紹其中主要的一些函數(shù)。限于篇幅這里不能給出工程的源代碼，讀者可在附件里下載所有源代碼。n         main.c    該源文件包含以下幾個(gè)主要函數(shù)：l   &#

82、160;     USART_Scanf_Name和USART_Scanf_Cmd：用于從超級(jí)終端獲取輸入字符串；l         PrintPass：用于在超級(jí)終端上輸出提示符“X:>”；l         main: 主函數(shù)，首先初始化系統(tǒng)時(shí)鐘、串口、USB接口、SPI1、SPI2，通過(guò)命令啟動(dòng)VS1003芯片，檢測(cè)并在超級(jí)終端上打印SD卡的信息；然后根據(jù)用戶在超級(jí)中輸入的命令進(jìn)行操作

83、，這里有“dir”、“cd”、“read”、“free”、“usb”、“vstest”、“play”七個(gè)簡(jiǎn)單的命令，分別是目錄項(xiàng)列表、目錄更換、以文本方式讀取文件、查詢SD空余空間、啟動(dòng)讀卡器功能、VS1003正弦測(cè)試、和播放MP3聲音文件；如果輸入“Play *.mp3”，則處理器開(kāi)始從SD卡中讀取相應(yīng)的MP3文件，并將其送VS1003芯片播放；n         VS1003.c    該文件主要提供VS1003芯片的驅(qū)動(dòng)，包含以下幾個(gè)主要函數(shù)：l   

84、;      VS1003_Config：配置STM32處理器與VS1003芯片連接的相關(guān)引腳，包括SPI2、PA1、PA0、PA2、PA3；l         SPIGetChar：通過(guò)SPI從VS1003讀取一個(gè)數(shù)據(jù)；l         SPIPutChar：通過(guò)SPI向VS1003寫(xiě)一個(gè)數(shù)據(jù)，如果是MP3聲音數(shù)據(jù)，則VS1003將解碼并播放；l         Mp3ReadRegister：讀取VS1003寄存器的值；l         Mp3WriteRegister：寫(xiě)VS1003