嵌入式数字音频解码系统的设计与实现

Ｐ Ｈ Ｉ Ｌ Ｉ Ｐ Ｓ 公 司 出 品 的 全 双 工 低 功 耗 音 频 编 、解 码 专 用 芯 片 Ｕ Ｄ Ａ１ ３ ４ １ Ｔ Ｓ作为音频文件的解码芯片［ ４ ］ 。 芯片采用 Ｓ Ｓ Ｏ Ｐ ２ ８封装。该芯
凭借体 积小 、功耗低 、 集 成度高 ，处理 速度快等优 点” ， 嵌 入式系 统作为现代计算机技术重要的组成部分已得到广泛 应用。 嵌入式数字音 频系统可以实现对音频信号的采集 、 存储 、 处理 、 压缩和解码播放等功 能 ，已成为 当 今 嵌入式系统应用研究的热门领 域 。 本设计 以嵌入式系统和数字音频系统为基础 ， 研究嵌入式技术在数
存储 、去噪及解码播放。 系统体系结构如图 １所示 。
Ｒ Ａ Ｍ 中， 最后将控制权交给操作系统 的 Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ ， 跳转到内核 的人 口地 址处运行 ，随 即启动操作系统 ，再 由操作系统引导其他应用程序 。
内存缓 冲区
部 总线
（ 三 ）系统 内核 的 移 植
送到设备 ；（ ５ ） 检测设备状态 ，处理设备 出现的错误 。 Ｉ Ｉ Ｓ接 口上连接音频编解码芯片 Ｕ Ｄ Ａ１ ３ ４ １ Ｔ Ｓ的驱动程序包 括了对
￥ ３ Ｃ ２ ４ １ ０ 是 三星公 司推 出的一款 ３ ２位 Ｒ Ｉ Ｓ Ｃ处理器 ，其 内核基于
Ａ Ｒ Ｍ９ ２ ０ Ｔ， 采用 ０ ． １ ８ 微 米工艺 ， 其 主频达 到 ２ ０ ３ ＭＨＺ， 带有 ＭＭＵ功能 ，
同时采用新型总线结构 ，可以实现 Ｍ Ｍ Ｕ 、Ａ Ｍ Ｂ Ａ Ｂ Ｕ Ｓ 、 Ｈ ａ ｒ ｖ ａ ｒ ｄ 的高速 缓 冲体系结构 ，支持 Ｔ ｈ ｕ ｍ ｂ ｌ ６位 的压缩指令集 ，能以较小的存储空间 需 求 ，获得 ３ ２ 位的系统性 能。
ＵＣ ／ Ｏ Ｓ中进行任务调度 时，会把 当前任务的 Ｃ Ｐ Ｕ寄存器存放 到该任务
本设计以 Ｕ Ｐ — Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ ２ ４ １ ０开发板 为实验 系统 的硬件平 台 ， 该平台核 心资源包 含 ￥ ３ Ｃ ２ ４ １ ０ 微处理器及 系统应用开发 的大部分设备 。
（ 一 ）Ａ Ｒ Ｍ处 理 器
操作系统移植的主要工作是修改与处理器相关 的文件 。 在￥ ３ Ｃ ２ ４ １ ０
上 的移植 ＵＣ ／ ＯＳ操作系统时微处理器 必须满足［ ５ ］ ： （ １ ） 开发平 台的 Ｃ编译器必须能产生可重人代码 ，可重入 Ｃ ２ ４ ｌ ｏ Ｃ ｋ 理 器
Ｉ Ｉ ｓ 总 线ｊ ． ［
２ ０ １ ３年第 ２ ２ 期
电子信息科学与技术
嵌入式数字音频解码 系统 的设计 与实现
■陈其松
研究低成本 、高品质的数字音频解码 系统的设计与实现 。解码 系统
线接 口。 ￥ ３ Ｃ ２ ４ １ ０ 的Ｉ Ｉ ｓ 接 口提供单独发送， 接收数据模式 和同时发送接 收数据模式 ， 其 中的单独发送， 接 收模式又分为正常传输模 式和 Ｄ Ｍ Ａ传
、
系 统 体 系 结 构
本系统处理器选用 Ａ Ｒ Ｍ处理器。以市场普及程度高且价格较低的
三星 ￥ ３ Ｃ ２ ４ １ ０微 处理器 和 Ｈ ＹＵ Ｎ ＤＡ Ｉ 公司的存储器芯片以及 Ｐ ｈ ｉ ｌ ｉ ｐ ｓ公
司的 Ｕ Ｄ Ａ １ ３ ４ １ Ｔ Ｓ 立体声音频解码芯 片为基本框架 ，实现音频的采集 、
ＵＤＡｉ ３４１ ＴＳ
（ ３ ） Ｕ Ｃ ／ Ｏ Ｓ 中通过处理器产生定 时器 的中断来实现多任务之 间的调
度， 所以处理器必须支持中断和产生一定 的定时 中断的能力 ， ＡＲ Ｍ９ ２ ０ Ｔ 处理器可 以产生定时器 中断 ； 图 Ｉ系统体系结 构 二、硬件结构
（ ４ ） 寄存器 的人栈和 出栈是 Ｕ Ｃ ／ Ｏ Ｓ操作系统 中多任务调度 的基础 ，
ｊ ’ Ｉ ｌ Ｃ 总 线
得是一个 函数可 以被多个任务调用 ，而不必担心会使数据破坏 ； （ ２ ） 程序中可以通过 Ｏ Ｓ ＿ Ｅ Ｎ Ｔ Ｅ Ｒ ＿ Ｃ Ｒ Ｉ Ｔ Ｉ Ｃ Ａ Ｌ ０ 或者 Ｏ Ｓ ＿ Ｅ Ｘ Ｉ Ｔ ＿ Ｃ Ｒ １ Ｔ Ｉ Ｃ Ａ Ｌ ０
宏来控制系统关闭或打开中断 ；
（ 二 ）引导程序的移植 引导 加载程 序是系统 加 电后运 行的第一 段软件代 码 ，Ｂ Ｉ Ｏ Ｓ进行 Ｃ Ｐ Ｕ 初始化 ，配置其他硬件并完成硬件检测和资 源分配 ，接着 判断出 事哪一个硬盘包含 了操作系统 ，再把 ＭＢ Ｒ 中的 Ｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ 读 到系统 的
字音频系统 中的应用。
一
片集成 了 Ａ Ｄ Ｃ 、Ｄ Ａ Ｃ 、数字 自动增益控制 、编码增益控制 ，该芯片支 持Ｉ １ Ｓ 总线格式 ，数据传输字长可为 １ ６ 位 ，１ ８ 位， ２ Ｏ 位。
三 、软件设计
（ 一 ）开 发 环 境
Ａ Ｄ Ｓ 是Ｍ ｅ ｔ ｒ ｏ ｗ ｅ ｒ ｋ ｓ 公司于 １ ９ ９ ３ 年开发的一套应用于嵌入式 软件开 发 的新一代集成开发环境 ， 是Ａ Ｒ Ｍ处理器平台下最主要 的开发工具也 是目 前最成熟的 Ａ Ｒ Ｍ开发工具。
的堆栈 中，再从另一个任务堆栈中恢 复工作 寄存器 。
（ 四 ）￥ ３ Ｃ ２ ４ １ ０平 台的音频驱动程序
设备驱动程序的主要功能有 ： （ １ ） 对设备进行初始化和释放 ； （ ２ 煽 动 或停止设备的运行 ； （ ３ ） 把设备上 的数据传送到内存 ； （ ４ ） 把数据从 内存传
输模式。
（ 三 ）音 频 编 解 码 芯 片
硬 件以 ￥ ３ Ｃ ２ ４ １ ０ 微处理器 、 存储 器芯片以及 Ｕ Ｄ Ａ Ｉ ３ ４ １ Ｔ Ｓ 立体声音频解码
芯片为基本框架 ，实现音频的采集、存储和解码播放 。软件完成操作 系
统、 设 备驱 动、 数 字滤波以及解码程序 的移植 。 本解码 系统具有 电 路设 计 简单，抗干扰性能好 ，解码质 量好 的优点。