基于C5000的音频解码系统设计

摘要：文中以TI公司的C5000系列通用型DSP芯片为核心，完成音频解码系统硬件平台的设计与实现，并研究MP3的解码算法以及其在该硬件平台上的实现。整个系统的硬件平台包括DSP核心模块、FLASH存储器、音频CODEC，电源等模块。该系统通过USB接口与计算机通信，下载MP3格式的数据流，并将其存储在Flash中，然后由DSP读取FLash中的MP3数据流，完成解码工作，并通过CODEC播放。同时可以对DSP进行其他解码算法的软件编程，实现多种数据流格式的音频编、解码，具有很强的软件升级灵活性，还解决了低功耗的问题。

关键词：MPEG;音频解码;DSP;低功耗

MPEG(活动图像专家小组)是ISO/IEC组织的一个工作小组，负责制订有关活动图像、音频及其组合的压缩和解压缩处理等方面的技术标准。MPEG-1 Layer3(即MP3)是MPEG-1国际音频标准(ISO/IEC 11172)中的第三层编、解码算法，它具有压缩比高、声音还原质量好、算法复杂度适中等优点，采用这种标准制作的MP3格式的音乐在数字音频的存储、互联网上的多媒体音频传输等领域得到了广泛应用。

目前基于专用芯片的音频编解码方案软件升级灵活性不高，基于DSP的音频编解码方案又多基于C54x平台，而解决低功耗的技术方法是值得研究的问题。

基于上述背景，文中提出了基于DSP的音频解码系统的研究与实现这一解决方案。本课题的主要目的是：以TI公司的C5000系列通用型DSP芯片TMS320VC5509为核心，完成系统硬件平台的设计以及MP3的解码算法在该硬件平台上的实现。整个系统的硬件平台包括DSP核心模块、FLA SH存储器、音频CODEC，电源等模块。该系统通过USB接口与计算机通信，下载MP3格式的数据流，并将其存储在Flash中，然后由DSP读取Flash中的MP3数据流，完成解码工作，并通过CODEC播放。同时可以对DSP进行其他解码算法的软件编程，实现多种数据流格式的音频解码，具有很强的软件升级灵活性，还解决了低功耗的问题。

1 硬件平台的总体设计

目前业界对MP3解码系统的解决办法有两个方案：一是使用将解码算法固化到集成电路中去的专用芯片，这些芯片将一些片外资源集成到芯片内部，可以简化MP3解码系统实现所需的片外电路，便于整个系统的开发，但由于其算法固化到芯片内部，不能通过软件升级，而且此类芯片普遍价格偏高。另外一个方案，就是使用通用的DSP来实现MP3解码系统，这种解决方案对设计人员的软硬件技能提出了很高的要求，不过其有很好的升级特性，而且可以更方便的改进和优化解码算法，从而得到更好的音质回放效果，并且和第一种解决方案一样，其功耗比较低。

综合各方面的优劣条件，我们选择了第二种解决方案，即基于通用DSP芯片来实现整个解码系统的硬件平台。其硬件系统实现框图如图1所示。

这个框图大致的画出了解码系统的基本组成部分。在图中，我们采用了512 k的串行EEPROM芯片用于实现bootloader，用CF卡存储MP3音乐及解码程序。核心的处理器采用了TI公司的TMS320VC5509 DSP芯片，考虑到其内部的RAM容量有256 kB，而我们的程序大小为80 kB，因此我们在此设计中没有外扩RAM。

整个硬件平台的工作流程如下：首先通过USB接口，从PC机中复制MP3音乐，拷贝在大容量CF卡中。然后DSP读取CF卡的MP3数据进行解码，还原出PCM信号，再通过DSP的多通道带缓冲串口(McBSP)传送给音频CODEC芯片，最终播放出MP3音乐。

1.1 硬件平台的具体实现

1.1.1 核心DSP芯片介绍

本方案采用的x系列是TI公司推出的继C5000系列C5x、C54x后的新型产品。它采用了增强型的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，使用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可用来快速地实现各种数字信号处理算法。为方便实际中的应用，C55X系列DSP具有各自不同的硬件结构，如在片存储器和片上外设等，可根据性价比和不同的应用场合灵活选用。由于采用了高度并行硬件结构、模块化设计，使得C55X系列DSP具有功耗低、速度快等优点。主要用在音频压缩、无线通讯等领域。

与5000系列其他芯片相比，TMS320VC5509以其独有高性能低功耗和低价格特性，使得一推出就受到业内用户的欢迎。

1.1.2 与计算机的接口设计

与计算机的接口设计使用的是当今十分流行的USB接口，实现从计算机下载数据，5509自带的USB接口完全符合USB2.0全速接口标准，可与任何外部微控制器实现高速并行接口(12M比特/秒)。

1.1.3 存储器设计

CF卡被用来存储音乐和数据文件，它通过DSP的外部存储器接口(EMIF)与DSP相连，它丁作在True—IDE模式和3.3 V的电压下。我们可以根据系统需要选择任意容量的CF卡。选用Microchip Tethnolog