基于LPC2214和uC／OS-II 的音頻處理方案
基于ARM平臺和實時操作系統的嵌入式技術應用得越來越廣泛，因此，在開發一款工控手持設備中，也基于這樣的平臺來實現。針對該工控手持設備對音頻編解碼功能的特殊要求，并綜合考慮了成本及可靠性的要求，最終采用了基于LPC2214和uC／0S-II的嵌入式平臺，結合一款性能優越的音頻編解碼芯片——VSl003來實現。
1 基于LPC2214和uC／OS-II的嵌入式平臺
目前流行的ARM芯片內核有ARM7TDMI、ARM720T、ARM9TDMI、ARM922T、ARM940T、ARM946T、ARM966T和ARMl0TDMI等。Philips LPC2214是基于ARM7TDMI-S的高性能32位RISC微控制器。它集成了Thumb
擴展指令集，256KB可在系統中編程的片內Flash和可在應用中編程的16KB RAM，向量中斷控制器，外部總線控制器，2個UART，I2C串行接口，2個SPI串行接口，2個定時器(7個捕獲／比較通道)，可提供多達6個PWM輸出的PWM單元，8通道10位ADC，實時時鐘，看門狗定時器以及112個通用I／O引腳。通過可編程的片內鎖相環(PLL)可實現LPC2214最高為60MHz的CPU時鐘頻率。相對眾多ARM系列產品來說，Philips公司生產的LPC2214是一款性價比較高的ARM7芯片。
嵌入式實時操作系統有助于提高系統可靠性和開發效率，且能夠充分發揮32位CPU的多任務處理能力。常見的嵌入式操作系統有Linux、Windows CE、VxWorks、Nuckus、uC／0S-II等。其中uC／OS-II是一個可移植、可固化、可裁剪的占先式實時操作系統，其周邊的配套產品也比較完善，如uC／FS、uC／GUI等產品都為其應用增強了實用性。相對其他操作系統而言，uC／OS-II正常運行只需十幾或幾十KB的Flash空間和SRAM空間，并且其所需的授權費用也相對較低。結合以LPC2214為核心的硬件平臺，在這里采用了uC／OS-II作為該設備的嵌入式操作系統。
由上述分析可知，選擇LPC2214和uC／OS-II相結合的嵌入式平臺是一種較為經濟而實用的方法。
2 音頻解碼芯片的選擇
LPC2214與uC／OS-II相結合的平臺具有比較強大的處理能力，但在許多應用場合中仍顯不足。在本文所介紹的應用中，系統需要具有音頻編解碼功能，音頻的編解碼方式包括軟件編解碼和硬件編解碼。如果采用軟件編解碼的方式，則對處理器的處理速度要求一般在50MIPS以上，而LPC2214的處理速度僅有70MIPS左右。顯然倘若采用這種方式，LPC2214處理能力將受到很大限制。所以，采用專門的音頻處理芯片來處理音頻數據對該平臺來說是個正確的選擇。這里選用一款性能優越的音頻解碼芯片——VSl003。
VSl003音頻解碼芯片為VSl0XX系列的第三代產品，是芬蘭VLSI Solution Oy公司生產的單片MP3／WMA／MIDI解碼和ADPCM編碼芯片。它內部包含一個高性能、低功耗的DSP處理核(VSDSP)，一個工作內存，一片可供用戶程序使用的5．5KB RAM，一個串行SPI總線接口，一個高質量的采樣頻率可調的過采樣DAC以及一個16位的過采樣ADC。VSl003的內部構造如圖1所示。
摘要 對LPC2214和uC／OS-II相結合的嵌入式平臺的性能進行大概的分析；介紹音頻編解碼芯片VSl003的特點及其讀寫控制協議的實現方式；著重介紹如何采用VSl003為基于LPC2214和uC／OS-II的嵌入式平臺提供音頻處理接口。
關鍵詞 VS1003 LPC2214 uC／OS-II 音頻編碼 音頻解碼
基于ARM平臺和實時操作系統的嵌入式技術應用得越來越廣泛，因此，在開發一款工控手持設備中，也基于這樣的平臺來實現。針對該工控手持設備對音頻編解碼功能的特殊要求，并綜合考慮了成本及可靠性的要求，最終采用了基于LPC2214和uC／0S-II的嵌入式平臺，結合一款性能優越的音頻編解碼芯片——VSl003來實現。
1 基于LPC2214和uC／OS-II的嵌入式平臺
目前流行的ARM芯片內核有ARM7TDMI、ARM720T、ARM9TDMI、ARM922T、ARM940T、ARM946T、ARM966T和ARMl0TDMI等。Philips LPC2214是基于ARM7TDMI-S的高性能32位RISC微控制器。它集成了Thumb
擴展指令集，256KB可在系統中編程的片內Flash和可在應用中編程的16KB RAM，向量中斷控制器，外部總線控制器，2個UART，I2C串行接口，2個SPI串行接口，2個定時器(7個捕獲／比較通道)，可提供多達6個PWM輸出的PWM單元，8通道10位ADC，實時時鐘，看門狗定時器以及112個通用I／O引腳。通過可編程的片內鎖相環(PLL)可實現LPC2214最高為60MHz的CPU時鐘頻率。相對眾多ARM系列產品來說，Philips公司生產的LPC2214是一款性價比較高的ARM7芯片。
嵌入式實時操作系統有助于提高系統可靠性和開發效率，且能夠充分發揮32位CPU的多任務處理能力。常見的嵌入式操作系統有Linux、Windows CE、VxWorks、Nuckus、uC／0S-II等。其中uC／OS-II是一個可移植、可固化、可裁剪的占先式實時操作系統，其周邊的配套產品也比較完善，如uC／FS、uC／GUI等產品都為其應用增強了實用性。相對其他操作系統而言，uC／OS-II正常運行只需十幾或幾十KB的Flash空間和SRAM空間，并且其所需的授權費用也相對較低。結合以LPC2214為核心的硬件平臺，在這里采用了uC／OS-II作為該設備的嵌入式操作系統。
由上述分析可知，選擇LPC2214和uC／OS-II相結合的嵌入式平臺是一種較為經濟而實用的方法。
2 音頻解碼芯片的選擇
LPC2214與uC／OS-II相結合的平臺具有比較強大的處理能力，但在許多應用場合中仍顯不足。在本文所介紹的應用中，系統需要具有音頻編解碼功能，音頻的編解碼方式包括軟件編解碼和硬件編解碼。如果采用軟件編解碼的方式，則對處理器的處理速度要求一般在50MIPS以上，而LPC2214的處理速度僅有70MIPS左右。顯然倘若采用這種方式，LPC2214處理能力將受到很大限制。所以，采用專門的音頻處理芯片來處理音頻數據對該平臺來說是個正確的選擇。這里選用一款性能優越的音頻解碼芯片——VSl003。
VSl003音頻解碼芯片為VSl0XX系列的第三代產品，是芬蘭VLSI Solution Oy公司生產的單片MP3／WMA／MIDI解碼和ADPCM編碼芯片。它內部包含一個高性能、低功耗的DSP處理核(VSDSP)，一個工作內存，一片可供用戶程序使用的5．5KB RAM，一個串行SPI總線接口，一個高質量的采樣頻率可調的過采樣DAC以及一個16位的過采樣ADC。VSl003的內部構造如圖1所示。
3 VSl003控制協議的實現
VSl003通過一個工作于從模式的SPI串行總線與主機進行數據和控制信息的交流。音頻數據通過串行數據接口(SDI)傳送；控制數據則通過串行控制接口(SCI)來傳送。控制數據總是為16位，通過讀／寫不同的寄存器來實現對VS1003的控制。
VSl003的SPI接口具有兩種工作模式：VSl002新模式和VSl001兼容模式。設置SM_SDINEW為1，使VSl003處于VSl002新模式。當SMSDISHARED為O時，控制信號和數據信號的傳送分別采用xCS和xDCS作為同步信號；而當SMSDISHARED為1時，共用xCS作為同步信號。沒置SM_SDINEW為O．使VSl003處于VSl001兼容模式，該模式僅以xCS作為同步信號。
作為從機工作模式，VSl003通過一個信號線DREQ指示是否允許主機傳送數據。當DREQ為高時，VSl003至少可以接收32KB的SDI數據或者SCI控制命令。
在這里，以VSl002新模式且SMSDISHARED設置為O為例介紹VSl003通信協議的實現。圖2描述了SDI工作時序，它以xDCS為同步信號，隨著時鐘信號DCLK的變化，數據根據SCL_MODE的設置依次從高位或低位送出。
SCI協議包括1個控制指令字節、1個地址字節和1個16位數據字。每次讀/寫控制可以操作一個寄存器。讀命令和寫命令分別為0x03和0x02。這兩種控制命令的工作時序分別如圖3和圖4所示。
4 電路設計
本設計最終要實現的目標是一款具有人機界面及數據存儲功能的工控手持設備，通過人機對話界面發送控制命令來操縱VSl003，以實現錄放音功能。
4.1 硬件電路設計
VSl003的所有數據和控制命令均通過SPI總線接口實現，因此與LPC2214的接口實現比較簡單，包括3條SPI數據線和4條控制線，如圖5所示。
4.2 軟件設計
VSl003的控制軟件設計，是在系統成功地移植了uC／OS-II操作系統以及ZLGFS文件系統的條件下進行的。具體軟件設計中，首先對LPC2214與VSl003控制接口的幾個功能引腳進行相疵的配置，然后使
能SPI并設置其工作模式。此后，利用uC／OS-II多任務的特點，建立一個專門的任務用于實現系統的錄放音功能。在該任務創建完畢后，首先完成對VSl003的初始化工作；然后任務進入等待循環中，等待系統發出相應的控制指令。當該任務接收到錄音指令時，調用相應的錄音功能函數啟動錄音功能，并將錄音數據寫入指定的文件中；當接收到播放功能指令時，調用播放功能函數，播放指定的音頻文件；當接收到中斷指令時．將退出錄放音功能，任務回到循環等待中。
1 基于LPC2214和uC／OS-II的嵌入式平臺
目前流行的ARM芯片內核有ARM7TDMI、ARM720T、ARM9TDMI、ARM922T、ARM940T、ARM946T、ARM966T和ARMl0TDMI等。Philips LPC2214是基于ARM7TDMI-S的高性能32位RISC微控制器。它集成了Thumb
擴展指令集，256KB可在系統中編程的片內Flash和可在應用中編程的16KB RAM，向量中斷控制器，外部總線控制器，2個UART，I2C串行接口，2個SPI串行接口，2個定時器(7個捕獲／比較通道)，可提供多達6個PWM輸出的PWM單元，8通道10位ADC，實時時鐘，看門狗定時器以及112個通用I／O引腳。通過可編程的片內鎖相環(PLL)可實現LPC2214最高為60MHz的CPU時鐘頻率。相對眾多ARM系列產品來說，Philips公司生產的LPC2214是一款性價比較高的ARM7芯片。
嵌入式實時操作系統有助于提高系統可靠性和開發效率，且能夠充分發揮32位CPU的多任務處理能力。常見的嵌入式操作系統有Linux、Windows CE、VxWorks、Nuckus、uC／0S-II等。其中uC／OS-II是一個可移植、可固化、可裁剪的占先式實時操作系統，其周邊的配套產品也比較完善，如uC／FS、uC／GUI等產品都為其應用增強了實用性。相對其他操作系統而言，uC／OS-II正常運行只需十幾或幾十KB的Flash空間和SRAM空間，并且其所需的授權費用也相對較低。結合以LPC2214為核心的硬件平臺，在這里采用了uC／OS-II作為該設備的嵌入式操作系統。
由上述分析可知，選擇LPC2214和uC／OS-II相結合的嵌入式平臺是一種較為經濟而實用的方法。
2 音頻解碼芯片的選擇
LPC2214與uC／OS-II相結合的平臺具有比較強大的處理能力，但在許多應用場合中仍顯不足。在本文所介紹的應用中，系統需要具有音頻編解碼功能，音頻的編解碼方式包括軟件編解碼和硬件編解碼。如果采用軟件編解碼的方式，則對處理器的處理速度要求一般在50MIPS以上，而LPC2214的處理速度僅有70MIPS左右。顯然倘若采用這種方式，LPC2214處理能力將受到很大限制。所以，采用專門的音頻處理芯片來處理音頻數據對該平臺來說是個正確的選擇。這里選用一款性能優越的音頻解碼芯片——VSl003。
VSl003音頻解碼芯片為VSl0XX系列的第三代產品，是芬蘭VLSI Solution Oy公司生產的單片MP3／WMA／MIDI解碼和ADPCM編碼芯片。它內部包含一個高性能、低功耗的DSP處理核(VSDSP)，一個工作內存，一片可供用戶程序使用的5．5KB RAM，一個串行SPI總線接口，一個高質量的采樣頻率可調的過采樣DAC以及一個16位的過采樣ADC。VSl003的內部構造如圖1所示。
摘要 對LPC2214和uC／OS-II相結合的嵌入式平臺的性能進行大概的分析；介紹音頻編解碼芯片VSl003的特點及其讀寫控制協議的實現方式；著重介紹如何采用VSl003為基于LPC2214和uC／OS-II的嵌入式平臺提供音頻處理接口。
關鍵詞 VS1003 LPC2214 uC／OS-II 音頻編碼 音頻解碼
基于ARM平臺和實時操作系統的嵌入式技術應用得越來越廣泛，因此，在開發一款工控手持設備中，也基于這樣的平臺來實現。針對該工控手持設備對音頻編解碼功能的特殊要求，并綜合考慮了成本及可靠性的要求，最終采用了基于LPC2214和uC／0S-II的嵌入式平臺，結合一款性能優越的音頻編解碼芯片——VSl003來實現。
1 基于LPC2214和uC／OS-II的嵌入式平臺
目前流行的ARM芯片內核有ARM7TDMI、ARM720T、ARM9TDMI、ARM922T、ARM940T、ARM946T、ARM966T和ARMl0TDMI等。Philips LPC2214是基于ARM7TDMI-S的高性能32位RISC微控制器。它集成了Thumb
擴展指令集，256KB可在系統中編程的片內Flash和可在應用中編程的16KB RAM，向量中斷控制器，外部總線控制器，2個UART，I2C串行接口，2個SPI串行接口，2個定時器(7個捕獲／比較通道)，可提供多達6個PWM輸出的PWM單元，8通道10位ADC，實時時鐘，看門狗定時器以及112個通用I／O引腳。通過可編程的片內鎖相環(PLL)可實現LPC2214最高為60MHz的CPU時鐘頻率。相對眾多ARM系列產品來說，Philips公司生產的LPC2214是一款性價比較高的ARM7芯片。
嵌入式實時操作系統有助于提高系統可靠性和開發效率，且能夠充分發揮32位CPU的多任務處理能力。常見的嵌入式操作系統有Linux、Windows CE、VxWorks、Nuckus、uC／0S-II等。其中uC／OS-II是一個可移植、可固化、可裁剪的占先式實時操作系統，其周邊的配套產品也比較完善，如uC／FS、uC／GUI等產品都為其應用增強了實用性。相對其他操作系統而言，uC／OS-II正常運行只需十幾或幾十KB的Flash空間和SRAM空間，并且其所需的授權費用也相對較低。結合以LPC2214為核心的硬件平臺，在這里采用了uC／OS-II作為該設備的嵌入式操作系統。
由上述分析可知，選擇LPC2214和uC／OS-II相結合的嵌入式平臺是一種較為經濟而實用的方法。
2 音頻解碼芯片的選擇
LPC2214與uC／OS-II相結合的平臺具有比較強大的處理能力，但在許多應用場合中仍顯不足。在本文所介紹的應用中，系統需要具有音頻編解碼功能，音頻的編解碼方式包括軟件編解碼和硬件編解碼。如果采用軟件編解碼的方式，則對處理器的處理速度要求一般在50MIPS以上，而LPC2214的處理速度僅有70MIPS左右。顯然倘若采用這種方式，LPC2214處理能力將受到很大限制。所以，采用專門的音頻處理芯片來處理音頻數據對該平臺來說是個正確的選擇。這里選用一款性能優越的音頻解碼芯片——VSl003。
VSl003音頻解碼芯片為VSl0XX系列的第三代產品，是芬蘭VLSI Solution Oy公司生產的單片MP3／WMA／MIDI解碼和ADPCM編碼芯片。它內部包含一個高性能、低功耗的DSP處理核(VSDSP)，一個工作內存，一片可供用戶程序使用的5．5KB RAM，一個串行SPI總線接口，一個高質量的采樣頻率可調的過采樣DAC以及一個16位的過采樣ADC。VSl003的內部構造如圖1所示。
3 VSl003控制協議的實現
VSl003通過一個工作于從模式的SPI串行總線與主機進行數據和控制信息的交流。音頻數據通過串行數據接口(SDI)傳送；控制數據則通過串行控制接口(SCI)來傳送。控制數據總是為16位，通過讀／寫不同的寄存器來實現對VS1003的控制。
VSl003的SPI接口具有兩種工作模式：VSl002新模式和VSl001兼容模式。設置SM_SDINEW為1，使VSl003處于VSl002新模式。當SMSDISHARED為O時，控制信號和數據信號的傳送分別采用xCS和xDCS作為同步信號；而當SMSDISHARED為1時，共用xCS作為同步信號。沒置SM_SDINEW為O．使VSl003處于VSl001兼容模式，該模式僅以xCS作為同步信號。
作為從機工作模式，VSl003通過一個信號線DREQ指示是否允許主機傳送數據。當DREQ為高時，VSl003至少可以接收32KB的SDI數據或者SCI控制命令。
在這里，以VSl002新模式且SMSDISHARED設置為O為例介紹VSl003通信協議的實現。圖2描述了SDI工作時序，它以xDCS為同步信號，隨著時鐘信號DCLK的變化，數據根據SCL_MODE的設置依次從高位或低位送出。
SCI協議包括1個控制指令字節、1個地址字節和1個16位數據字。每次讀/寫控制可以操作一個寄存器。讀命令和寫命令分別為0x03和0x02。這兩種控制命令的工作時序分別如圖3和圖4所示。
4 電路設計
本設計最終要實現的目標是一款具有人機界面及數據存儲功能的工控手持設備，通過人機對話界面發送控制命令來操縱VSl003，以實現錄放音功能。
4.1 硬件電路設計
VSl003的所有數據和控制命令均通過SPI總線接口實現，因此與LPC2214的接口實現比較簡單，包括3條SPI數據線和4條控制線，如圖5所示。
4.2 軟件設計
VSl003的控制軟件設計，是在系統成功地移植了uC／OS-II操作系統以及ZLGFS文件系統的條件下進行的。具體軟件設計中，首先對LPC2214與VSl003控制接口的幾個功能引腳進行相疵的配置，然后使
能SPI并設置其工作模式。此后，利用uC／OS-II多任務的特點，建立一個專門的任務用于實現系統的錄放音功能。在該任務創建完畢后，首先完成對VSl003的初始化工作；然后任務進入等待循環中，等待系統發出相應的控制指令。當該任務接收到錄音指令時，調用相應的錄音功能函數啟動錄音功能，并將錄音數據寫入指定的文件中；當接收到播放功能指令時，調用播放功能函數，播放指定的音頻文件；當接收到中斷指令時．將退出錄放音功能，任務回到循環等待中。
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