基于SOPC的音乐播放系统

基于SOPC的电子音乐相册摘要：嵌入式系统是当今IT界最热门的概念之一。

随着ARM技术的不断推广，如今人们的日常生活中，嵌入式系统的应用早已渗入了其中。

可以说嵌入式系统现在已经广泛应用于军事、工业、商业、医疗、个人家庭等的方方面面，并且正在高速发展着。

尤其是电子数码产品，其更新换代迅速，从最初的分立元件到现在的集成芯片，产品的体积越来越小，而所展现出来的功能却是越来越强大。

本设计采用DE2开发板作为主板，提出了一种基于Nios II的数码音乐相册。

主要实现了通过对SD卡存放的音频和图片文件的读取操作，经过构建的Nios处理器控制，将音频信息传送至音频模块播放，将图片信息传送至TFT液晶显示，同时全程使用触摸操作的功能。

硬件部分主要负责完成对Nios处理器的构建，音频模块和液晶部分的焊接。

软件部分主要负责SD卡、TFT液晶、触摸芯片和音频模块的底层驱动程序以及整个应用程序的编写。

通过完成软、硬件的工作，最终实现基于SOPC电子音乐相册的设计。

关键词：SOPC；Nios II；SD卡；TFT液晶；触摸芯片；VS1003音频模块Smart Home Energy MonitorAbstract：Embedded system is one of the most popular the concept of IT. With the continuous promotion of ARM technology, and now people's daily life, the application of embedded systems which have already infiltrated. Can be said that embedded systems are now widely used in military, industrial, commercial, medical, personal and family aspects, and it is fast developing. Especially the electronic digital products, and its replacement quickly, which from the initial discrete components to the current integrated chip, and the product is smaller and smaller, but exhibited by the function is more powerful. This design uses DE2 development board as the main board, and presented digital music albums which based on the Nios II. Mainly realized on the SD card through the audio and image files stored in a read operation, after controlling the construction of the Nios processor, the audio information is transmitted to the audio module player, the picture information transmitted to the TFT LCD display, while using the touch operation of the whole Function. Hardware is mainly responsible for the construction completion of the Nios processor, the audio module and the LCD part of the welding. Software component is mainly responsible for SD card, TFT LCD, touch the bottom of the chip, the audio module drivers and write the entire application. Through the completion of hardware and software, finally completed design that the album of electronic music which based on the SOPC.Key words：SOPC, Nios II, SD card, TFT LCD, touch chip, VS1003 Audio Module目录第1 章绪论 (1)1.1 项目研究背景 (1)1.2 主要研究内容 (1)第2 章系统总体方案设计以及原理 (3)2.1 电子音乐相册简介 (3)2.2 电子音乐相册整体方案 (3)第3 章基于FPGA的SOPC系统构建 (4)3.1 SOPC系统整体设计 (4)3.2 SOPC技术简介 (4)3.3 NIOS II 嵌入式软核微处理器介绍 (5)3.4 Altera DE2开发平台 (6)3.4.1 Altera DE2开发平台简介 (6)3.4.2 FPGA芯片 (7)3.4.3 外部存储器 (7)3.4.4 配置电路 (7)3.5 SOPC系统构建 (8)第4 章硬件驱动程序设计 (10)4.1 SD卡驱动程序设计 (10)4.1.1 SD卡简介 (10)4.1.2 SD卡硬件接口 (10)4.1.3 SD卡通信协议 (12)4.1.4 SD卡驱动程序 (12)4.2 音频芯片驱动程序设计 (17)4.2.1 VS1003B简介 (17)4.2.2 VS1003B硬件接口 (17)4.2.3 VS1003B驱动时序 (18)4.2.4 VS1003B驱动程序 (19)4.3 TFT液晶驱动程序设计 (20)4.3.1 TFT液晶以及HX8347简介 (20)4.3.2 HX8347硬件接口 (20)4.3.3 HX8347驱动时序 (21)4.3.4 HX8347驱动程序 (22)4.4 触摸芯片驱动程序设计 (24)4.4.1 触摸技术简介 (24)4.4.2 UH7843硬件接口 (24)4.4.3 UH7843驱动时序 (25)4.4.4 UH7843驱动程序 (25)第5 章音频知识及BMP图片格式 (27)5.1 音频知识 (27)5.1.1 音频介绍 (27)5.1.2 音频编码格式 (27)5.2 BMP图片 (28)5.2.1 BMP位图介绍 (28)5.2.2 BMP图片存储结构 (29)第6 章FAT32文件系统 (31)6.1 FAT32文件系统简介 (31)6.2 FAT32文件系统结构 (31)第7 章系统软件程序设计 (33)7.1 系统整体软件流程图 (33)7.2 MP3播放音乐程序设计 (34)7.3 数码相册程序设计 (35)第8 章系统调试 (37)8.1 SD卡读写测试 (37)8.2 VS1003B正弦音测试 (37)8.3 TFT显示测试 (38)8.4 触摸芯片测试 (38)8.5 文件系统加载测试 (39)结论 (40)致谢 (41)参考文献 (42)附录A (43)第 1 章绪论1.1 项目研究背景近年来，市场上的电子数码产品更新换代很快，从当初的分立元件到现在的集成芯片，产品的体积越来越小，而所展现出来的功能则日益强大。

基于SOPC的mp3播放器设计谢辉程;郭莉【期刊名称】《计算机光盘软件与应用》【年(卷),期】2011(000)020【摘要】本论文主要从音频播放和SOPC技术的交叉点出发，提出了运用SOPC 技术在Altera的CyelonⅡ EP2C35FPGA上构建mp3播放器的设计方案。

本设计运用IP复用、软硬件协同、硬件加速等方法，结合实验平台资源特点，构建了基于NiosⅡ软核处理器的mp3播放系统。

实现了MPEGⅠ layerⅢ音频解码的流畅播放。

该系统具有体积小，设计灵活，开发周期短等优点。

%This paper mainly from the audio playback and the intersection of SOPC technology, this paper proposes the use of technology in Altera＇s SOPC CyelonlIEP2C35 FPGA mp3 player built on the design.The use of IP design reuse,collaboration software and hardware,hardware acceleration and other methods,combined with the experimental characteristics of platform resources to build a soil-core processor based on NiosⅡ mp3 player system. Achieve MPEGⅠ layerⅢ smooth playback audi o decoding.The system has a small size,design flexibility, short development cycle and so on.【总页数】2页(P170-171)【作者】谢辉程;郭莉【作者单位】九江学院电子工程学院,江西九江332005;九江学院信息科学与技术学院,江西九江332005【正文语种】中文【中图分类】TP311【相关文献】1.基于STM32的MP3播放器设计与实现 [J], 周双飞;黄海波;简炜;高云;王志虎2.基于SOPC的Nios Ⅱ软核MP3播放器的实现 [J], 查兵;刘晔3.基于STM32的MP3播放器的设计 [J], 程望斌;郑仁伍;阳均;钟美涛;彭辉辉;戴添文4.基于STM32单片机的多功能MP3播放器设计及实现 [J], 孙活5.基于STM32的MP3播放器设计 [J], 侯鑫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于SOPC的嵌入式数字音频AGC系统的设计与实现系统结构设计技术是SOC(System on Chip)技术和电子设计自动化技术相结合的一种全新的嵌入式系统设计技术，为设计者提供了一个可以快速开发设计及验证的系统设计平台，用以搭建基于总线的系统。

它包含了一系列的模块，例如NiosⅡ处理器、存储器、总线、JTAG 等IP 核，还有包含操作系统内核的嵌入式软件开发工具。

它可以将处理器、存储器、I／O 接口、硬件协处理器和普通的用户逻辑等功能模块都集成到一个FPGA 芯片里，构建一个可编程的片上系统。

在系统结构上数字音频AGC 系统的设计主要包括3 个层面：最底层是硬件层面，即物理硬件电路的原理图设计，包括各功能IC 的外围电路设计；中间层是SOPC 系统层，其设计主要有NiosⅡ软核处理器的配置和添加，选择各种可定制的外设IP 核和自定义所需模块，将定制好的各个外设模块与Avalon 总线进行连接，并为分配外设地址及中断，最后经编译、综合生成可在FPGA 内实现相应功能的SOPC 系统模块；最上层的是软件层，主要是NiosⅡ软核处理器运行的软件程序，是用C／C++代码编写的，包括μC／OS-Ⅱ实时操作系统，设备的驱动程序和应用程序。

本系统选用的FPGA 芯片是Altera 公司所推出的CycloneⅡ系列的EP2C20Q240C8。

该芯片采用90 nm 工艺制造，最大可用I／O 管脚142 个并内嵌26 个乘法器块，支持使用Altera 公司的SOPC Builder 工具嵌入NiosⅡ软核处理器。

系统整体架构，如图1 所示。

2 数字音频AGC 算法的设计与实现嵌入式数字音频AGC 系统的核心就是音频AGC 算法的设计，音频AGC 是音频自动增益控制算法，是一种根据输入音频信号水平自动动态地调整增益的机制，AGC 算法的好坏直接反映在处理后输出的音频听觉感知效果。

2．1 算法基本思想文中提出一种多参数融合带反。

基于SOPC的MP3播放器设计的开题报告一、选题背景和意义随着数字媒体技术的快速发展，MP3已成为人们生活中不可或缺的音频媒体之一。

因其小巧轻便，音质清晰，越来越多的人选择使用MP3来随时随地享受高质量音乐。

同时，简单的MP3播放器已经不能满足人们的需求，用户对于MP3播放器的功能和性能的要求越来越高。

因此，设计一个简单、实用的MP3播放器对于消费电子市场有着重要的意义。

本设计的目的在于利用SOPC技术开发一个MP3播放器，选择Altera公司的Cyclone III系列FPGA作为硬件平台，通过核心处理器Nios II/e设计和开发必要的控制电路、语音解码电路和存储介质等，实现对MP3文件的播放和控制功能，以达到音乐播放和娱乐的效果。

具有体积小、功耗低，可扩展性好等诸多优点，最终实现音乐播放不需要大量花费购买昂贵的MP3播放器的目的。

二、设计内容和方案该设计基于SOPC技术，采用Altera公司的Cyclon III系列FPGA器件，核心处理器采用Nios II/e，在FPGA内部实现MP3解码、存储介质和控制电路等模块，实现对MP3音乐文件的播放和控制。

具体设计方案如下：1.硬件设计：该MP3播放器中硬件设计的核心是使用Cyclon III系列FPGA器件，Nios II/e作为核心处理器，实现了MP3解码、控制电路和存储介质三个模块的设计。

控制电路部分，输入设备主要使用4 x4矩阵键盘，输出设备使用128 x 64 OLED显示屏和3.5 mm立体声耳机接口。

4 x4矩阵键盘通过Nios II/e内部GPIO端口进行扫描，得到键盘事件的状态，并通过事件状态进行相应的MP3播放器操作。

存储介质部分，使用SD/MMC卡，最大支持32GB多媒体存储，用来存储MP3音乐文件。

2.软件设计：软件采用C语言编写，如下是软件设计中的主要功能：①I2C总线控制OLED显示屏的显示内容。

②在SD/MMC卡上实现FAT32文件系统的解析，通过解析读取MP3文件的信息。

《基于SOPC的声纹识别系统的设计与现》篇一基于SOPC的声纹识别系统的设计与实现一、引言随着科技的进步，生物识别技术得到了广泛的应用，其中声纹识别技术因其便捷性、非接触性及高识别率等优点，受到了越来越多的关注。

本文旨在介绍一个基于SOPC（System on a Programmable Chip，可编程片上系统）的声纹识别系统的设计与实现。

二、系统概述本系统以SOPC为核心，结合数字信号处理技术、模式识别技术和人工智能算法，实现对人声的识别和分析。

通过捕获和分析用户的声音信息，与预先存储的声纹数据进行比对，从而实现身份验证或识别。

三、系统设计1. 硬件设计本系统硬件部分主要基于SOPC平台，包括处理器、存储器、音频输入/输出接口等。

处理器采用高性能的FPGA（现场可编程门阵列）或CPU，以实现高效的信号处理和计算能力。

存储器用于存储声纹数据和程序代码。

音频输入/输出接口用于捕获声音信号和输出处理结果。

2. 软件设计软件部分主要包括数字信号处理算法、模式识别算法和人工智能算法等。

数字信号处理算法用于对捕获的声音信号进行预处理和特征提取。

模式识别算法用于将提取的特征与预先存储的声纹数据进行比对，实现身份验证或识别。

人工智能算法则用于优化和改进系统性能。

四、关键技术1. 数字信号处理技术数字信号处理技术是声纹识别系统的关键技术之一，主要用于对声音信号进行预处理和特征提取。

预处理包括去噪、滤波等操作，以提高信号的质量。

特征提取则从声音信号中提取出能够反映声纹特征的关键参数，如基频、音强、音色等。

2. 模式识别技术模式识别技术是声纹识别系统的核心部分，主要用于将提取的特征与预先存储的声纹数据进行比对。

常用的模式识别算法包括模板匹配、概率统计模型、神经网络等。

这些算法可以通过训练和学习，不断提高识别的准确性和效率。

五、系统实现本系统采用模块化设计，便于后期维护和升级。

具体实现过程包括硬件电路设计、软件编程、算法实现和系统测试等步骤。

2009年第10期（总第121期）Chinese hi-tech enterprisesNO.10.2009（CumulativetyNO.121）中国高新技术企业自M P3（M PEG-Ⅰlayer-Ⅲ）标准发布以来，以其高品质，低码率的特点迅速成为通用音频编码标准。

因此，现在市面上的各种便携式的播放器都将M P3播放作为最基本的功能之一。

而传统的便携式M P3播放器是基于CPU+解码芯片的结构，就设计流程而言，不存在严格意义上的硬件设计而只有软件设计。

一旦方案确定，硬件系统的核心器件是现成的，功能是确定的，结构是固定的，指令系统是不可更改的，从而导致硬件组织方案和连接方案是限定的，开发者只能被动的遵循和适应，这时硬件“设计”只能流于拼装和连接。

因此，要想对系统功能有大的升级或扩展，靠简单的固件升级是不行的，必须采用更好的核心器件，设计全新的硬件系统。

随着SOPC 技术的发展，基于SOPC 的硬件的可设计性能使得设计者能够更好的去适应用户的目标需求。

由于控制器中的处理器使用的是FPGA 芯片，有较强的灵活性，能够进行编程、除错、再编程和重复操作，因而可以充分地进行设计开发和验证。

当电路有少量改动时候，更凸现出其优势，其现场编程能力可以延长产品在市场上的寿命，可以用来系统升级，从而大大提高了播放器的性能。

因此，本文将从Nios Ⅱ软核处理器的角度来设计实现M P3播放系统。

一、基于ＳＯＰＣ的系统平台构建SOPC 在电子设计技术上给出了一种以人的基本能力为依据的软硬件综合解决方案。

由于同时涉及底层的硬件系统设计和相应的软件设计，在系统优化方面有了前所未有的自由度。

SOPC 技术使开发者更能动的在软硬件系统的综合与构建两个方面有了充分发挥自己创造性和想象力的巨大空间，从而使得从多角度、多因素和多结构层面上大幅度优化自己的设计成为可能。

基于Nios 的嵌入式系统开发，需要使用Altera 公司的SOPC 开发环境，它主要由三个部分组成：IP 库（Nios 软核处理器，Avalon 总线，外围设备接口等），SOPC Builder 开发工具，GNUPro 软件编译器。

《基于SOPC的声纹识别系统中声纹识别算法的研究与实现》篇一一、引言随着信息技术的快速发展，声纹识别技术已成为现代安全验证、智能交互等领域的重要应用之一。

本文针对基于SOPC （System on a Programmable Chip，可编程片上系统）的声纹识别系统，深入研究其声纹识别算法，以期为实际应用提供技术支持。

二、背景与意义SOPC作为一种高度集成的可编程系统，在嵌入式领域中有着广泛的应用。

将SOPC应用于声纹识别系统，可以实现高效的音频信号处理、快速的运算速度以及低功耗的优点。

声纹识别算法是声纹识别系统的核心，其性能直接影响到系统的识别准确率和效率。

因此，对基于SOPC的声纹识别系统中声纹识别算法的研究与实现具有重要意义。

三、声纹识别算法研究1. 特征提取：特征提取是声纹识别的关键步骤。

首先，通过对音频信号进行预处理，去除噪声和干扰信息。

然后，提取音频信号中的关键特征，如短时能量、短时过零率、线性预测编码系数等。

这些特征能够有效地反映说话人的语音特性。

2. 模型训练：在特征提取的基础上，利用机器学习算法训练声纹识别模型。

常用的算法包括支持向量机（SVM）、隐马尔科夫模型（HMM）等。

这些算法可以通过学习大量样本数据，提取说话人的声纹特征，并建立相应的声纹模型。

3. 匹配与识别：在模型训练完成后，将待识别的音频信号进行特征提取，并与已建立的声纹模型进行匹配。

通过计算相似度或距离等指标，判断待识别音频是否与已建立的声纹模型匹配。

若匹配成功，则完成声纹识别。

四、算法实现在SOPC平台上实现声纹识别算法，需要充分利用SOPC的硬件资源，如可编程逻辑、处理器等。

首先，设计合理的硬件架构，将特征提取、模型训练、匹配与识别等模块进行划分和优化。

然后，利用硬件加速技术，提高算法的运算速度和效率。

此外，还需要考虑功耗、实时性等因素，以实现低功耗、高效率的声纹识别系统。

五、实验与分析为了验证基于SOPC的声纹识别算法的性能，我们进行了大量实验。