用FPGA设计MP3个人数字播放机
发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:484
| mpeg（活动影像专业人员组织）是为数字音频确定单一编码和解码（压缩/解压缩）方法于1988年建立的。1992年，国际标准组织（iso）和国际电工委员会（iec）为音频和视频编码建立了mpeg1（iso/iec11172）标准。这使得业内在处理新数字世纪出现的各种类型音频/视频媒体时统一在单一格式上。 | ||||||||||||||||
| 随着以数字形式存储和播放音乐的mpeg audio layer3（mp3）格式的发展，个人数字播放机市场开始出现巨大的发展机会。非压缩的音频磁轨的mp3数字文件只有原来磁轨大小的1/10。能保持74分钟数字音频录音时间的650mbytes读写cd可以保持740分钟mp3压缩音频数据。 | ||||||||||||||||
| 数字播放机的一般解决方案是采用软件形式（如基于windows或其他os基础上的“internet audio player”）或硬件形式（如“portable mp3 player”）。如diamond multimedia公司的rio pmp300和rio pmp500 mp3数字播放机分别采用actel公司的a40mx04和a40mx09 fpga实现其特殊应用功能。fpga能满足整个系统的价格、功耗和性能要求。a40mx04提供547个逻辑模块，它们可配置做为组合逻辑或273个触发器和实现接口逻辑的69个i/o。a40mx04和a40mx09很容易满足48mhz速度要求。它们灵活的结构使系统设计人员能在每种mp3播放机中最佳地实现各种功能。 | ||||||||||||||||
mp3数字播放机系统要求 | ||||||||||||||||
| mp3播放机有两个基本工作模式：下载模式和播放模式。在下载模式中，在pc上运行的软件允许用户下载mp3文件到播入机中的闪存卡。一旦把所有文件下载完，播放机与pc断开，并通过耳机收听下载的音乐。mp3播放机有不同的播放选择控制，如播放、快进、快倒、停止/暂停、音量控制、随机播放和重复播放功能。 | ||||||||||||||||
| mp3播放机包含可输入到pc的软件。软件提供用户接口以便通过pc并行端口选择、定序和下载不同音乐的mp3文件到播放机。图1示出系统级框图。 | ||||||||||||||||
| 通过并行端口下载音乐到播放机，其速率大约为每1mb编码音乐10秒。mp3播放机的小尺寸对所有元件的物理尺寸有严格限制。另外，mp3播放机是便携、电池供电装置，需要工作在大约180mw低功率下。这两个因素对功能设计的元件选择有很大的影响。 | ||||||||||||||||
用fpga实现mp3系统 | ||||||||||||||||
| 图2示出rio pmp500系统框图，其中a42mx09 fpga做为接口fpga，它包含cpu接口、带ecc（error correcting code）支持的闪存和灵巧存储器接口、时钟产生逻辑、功能控制逻辑和键功能检测逻辑单元。 | ||||||||||||||||
| a42mx09中的cpu i/f单元提供与系统cpu（necd78p064gc微控制器，带集成lcd控制器）的通信通路。cpu运行在2.5mhz，控制整个系统的工作。对于任何所需要的操作，cpu唤醒系统并设置整个系统。cpu存取系统存储器和管理整个闪存的配置、编程和存取。cpu有一个到mp3处理器的接口。mp3从闪存读的数据由cpu写到mp3处理器。mp3处理器译码mp3数据并把数据送到dac，以便模拟输出到耳机。 | ||||||||||||||||
| a42mx09中的灵巧存储器接口单元是连接灵巧存储器卡的接口。灵巧存储器卡是一个外部闪存，用来增加整个系统存储器以便在播放机中存储更多的歌曲。到灵巧存储器卡的信号接口非常类似于闪存接口。 | ||||||||||||||||
| 闪存接口单元用于控制闪存，闪存保存通过并行端口下载的mp3文件。另外，ecc用hamming码函数实现。hamming码是一种fec（forward error correction）工具，当所用数据通过噪声媒体时fec能校正错误。原始数据具有额外的校验位附加在每个字组以生成一个码字。这些额外位用“block parity”机理计算。采用模2运算用数据位来生成矩阵g得到hamming码字。这需要乘法功能，而用a42mx09中的逻辑模块的组合功能很容易实现乘法功能。 | ||||||||||||||||
| a42mx09中的时钟产生器从48mhz输入时钟产生驱动器件内部不同逻辑单元所需的不同时钟。时钟产生逻辑单元由触发器和组合逻辑构成分频器。a42mx09中的键盘检测单元用于改变播放机的设置。键盘接口单元一般由检测键盘阵列中连接点（根据按键）的逻辑单元构成并把按键转变为与该键相关的功能。根据按键检测执行适当的功能。阵列由寄存器、锁存器和组合逻辑实现。 | ||||||||||||||||
rio mp3播放机的功率由max1m1705器件控制，而1705由fpga功耗控制单元控制。mp3播放机一般由单节1.5v电池供电。电池最少应能维持12小时听所有下载的音乐。功率控制是rio mp3播放机的一个显著的特点。功率控制器件有两种功率工作模式：pfm（脉冲频率调制）和p
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