基于Cortex-M3的MP3播放器设计

引言

STM32系列微控制器采用ARM公司最新的Cortex—M3内核。VSl003音频解码芯片为VSlOxx系列的第三代产品，是芬兰VLSI Solution公司生产的单片MP3／WMA／MIDI解码和ADPCM编码芯片。本文采用STM32系列微控制器，结合解码芯片VSl003、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VSl003支持的所有音频文件，如MP3、WMA、WAV文件，且音质非常好；通过摇杆控制播放上一首／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。

1 STM32处理器

Cortex—M3是ARM公司最新推出的基于ARMv7体系架构的处理器核，具有高性能、低成本、低功耗的特点，专门为嵌入式应用领域设计。

ARMv7架构采用了Thumb一2技术，它是在ARM的Thumb代码压缩技术的基础上发展起来的，并且保持了对现存ARM解决方案完整的代码兼容性。 Thumb一2技术比纯ARM代码少使用31％的内存，减小了系统开销，同时能够提供比Thumb技术高出38％的性能。

在中断处理方面，Cortex—M3集成了嵌套向量中断控制器NVIC(Nested Vectored Interrupt Controller)。NVIC是Cortex—M3处理器的一个紧耦合部分，可以配置1～240个带有256个优先级、8级抢占优先权的物理中断，为处理器提供出色的异常处理能力。同时，抢占(Pre—eruption)、尾链(Tail-chaining)、迟到技术(Late—arri- ving)的使用，大大缩短了异常事件的响应时间。Cortex—M3异常处理过程中由硬件自动保存和恢复处理器状态，进一步缩短了中断响应时间，降低了软件设计的复杂性。

Cortex—M3体系架构提出了新的单线调试技术，Cortex—M3处理器的跟踪调试是通过调试访问端口(Debug Access Port，DAP)来实现的。DAP端口可以作为串行线调试端口(SW—DP)或串行JTAG调试端口(SWJ—DP，允许JTAG或SW协议)使用。其中SW—DP只需要时钟和数据2个引脚，实现低成本跟踪调试，避免使用多引脚进行JTAG调试，并全面支持RealView编译器和RealView调试产品。此外Cortex—M3还具备高度集成化的特点，大大减小了芯片面积，内部集成了许多紧耦合系统外设，合理利用了芯片空间，使系统满足下一代产品的控制需求。

STM32系列是基于Cortex—M3核的微控制器，它在Cortex—M3内核的基础上扩展了高性能的外围设备。

2 VSl003 MP3／WMA音频编解码器

VSl003内部包含1个高性能、低功耗的DSP处理核(VSDSP)，1个工作内存，1片可供用户程序使用的5．5KB RAM，1个串行SPI总线接口，1个高质量的采样频率可调的过采样DAC以及1个16位的采样ADC。VSl003的内部结构如图1所示。



MP3播放过程是STM32通过SPIl接口将数据从SD卡中取出，然后通过SPl2接口送至解码芯片VSl003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。

3 系统硬件设计

本系统在硬件上分为6个模块：微控制器STM32F103、解码模块VSl003、存储模块SD卡、控制摇杆Joystick、USB接口和显示屏 LCD。系统硬件框架如图2所示。



下面分别介绍系统的存储模块SD卡、解码芯片VSl003与STM32的硬件连接情况。

3．1 SD卡与STM32的连接

该系统使用STM32内部接口SPIl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SPIl的主输出从输入(MOSI)信号线。这里STM32是主设备，SD卡是从设备。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SPIl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SPIl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。

PCI2：用于检测SD卡是否完全插入。当SD卡完全插入时，PCl2为低电平，否则为高电平。

3．2 VSl003与STM32的连接

该系统使用STM32内部接口SPl2与VSl003进行通信，下面介绍其引脚连接情况。

PA3：VSl003的中断请求引脚。当VSl003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VSl003发送新的数据流。

PBl3：已连接到STM32内部接口SPI2的时钟(SCLK)信号线。

PBl4：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，VSl003是从设备。数据流的传输方向是从 VSl003传输给STM32。主要用于读取VSl003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。

PBl5：已连接到STM32内部接口SPl2的主输出从输入(MOSI)信号线。这里STM32是主设备，VSl003是从设备。数据流方向是从 STM32传输给VSl003，主要传输给VSl003一些控制命令、MP3／WMA数据流等。

PAl：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VSl003的内部寄存器、对VSl003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VSl003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VSl003。