一种嵌入式MP3音频点播系统的设计与实现

1 引言
    随着信息化、智能化、网络化的发展，嵌入式系统技术也随之提高。目前，嵌入式系统已广泛用于信息家电、移动通信、工业控制、军事电子等领域。嵌入式MP3音频点播系统是一种基于局域网、具有交互功能的点播系统。它能通过局域网与控制中心进行双向传输，不仅可从局域网下载播放MP3的歌曲，也可扩展USB接口，利用现有的移动存储设备实现音频数据的存储和备份。

2 系统功能及实现方案
    嵌入式系统由底层硬件、设备驱动、操作系统、应用中间软件及应用系统5部分组成。基于嵌入式系统的MP3音频点播系统可广泛用于卡拉OK厅、语音教室和公共广播等许多场所，它由一个网络服务器和多个客户端播放器组成，是基于局域网的C／S结构的点播系统。首先在服务器中存储丰富的歌曲，用户可通过播放器自带的网络功能登陆服务器，以获取歌曲进行播放．同时该点播系统也可通过USB存储设备播放本地歌曲，也可将服务器上的音乐下载到本地USB存储设备上。
    服务器端采用Windows操作系统的PC机作为服务器：客户端采用Linux作为操作系统；采用S3C2410作为处理器；选MiniGUI编写控制界面，并通过socket编程与服务器连接。MP3播放终端服务器与客户端之间采用FTP(File Transfer Protoco1)网络通信协议传递数据，常用的FTP服务器为ServerU。

3 系统硬件设计
    S3C2410内部集成有ARM920T内核和常用外围组件。由于它是一款专为手持设备设计的低功耗处理器．因此可以降低手持设备成本，具有较高的性价比。该系统采用模块化设计思想，依据功能可划分为网络、存储、解码、触摸屏、按键、电源、USB接口、UART接口等模块。其硬件结构如图1所示。

3．1 处理器模块S3C2410
    它的功能和特性如下：①具有较高的处理速度，通过内部锁相环，最高可在203 MHz的系统时钟下运行；②具有极低的功耗．其核心供电电压为1．8 V，外围I／O口使用3．3 V电压；③具有3种低功耗控制方式，甚至可关闭CPU中除唤醒逻辑外的所有功能，极大地降低了功耗；④与其他ARM器件相比，S3C2410片上集成了更多的外设接口，如外部存储控制器、LCD，DMA，USBl．1，SD，M。MC卡控制器、UART，SPI接口、I2C总线控制器和I2S总线控制器、I2S音频接口、PWM定时器、看门狗、117个外部I／O口、24个外部中断源、A／D转换器和触摸屏接口、实时时钟及片上PLL的时钟产生等。使用集成接口，有利于功能的扩展。
3．2 存储模块
    存储模块由一片64 MB的SDRAM和两片16 MB的Flash组成，可为系统提供足够的存储空间。Flash存储器是一种可在系统电擦写，掉电后信息不丢失的存储器。与Flash存储器相比，SDRAM不具有掉电保持数据的特性，但存取速度大大高于Flash存储器，且具有读／写特性。因此系统中SDRAM主要用作程序的运行空间、数据及堆栈区。
3．3 解码模块
    决定MP3音质的关键是主控解码器件中的数模转换器(DAC)单元和耳机功率放大器单元。DAC负责把解码的数字音频流转换成可驱动耳机发音的模拟音频信号；耳机放大器则可把模拟音频信号放大到可驱动耳机的功率。该系统选用的解码器是UDAl380。S3C2410则通过I2S总线与解码器UDAl380通信。
3．4 网络模块
    S3C2410自身并没有网络控制器，接入以太网时需增加独立的以太网控制器，在此选用DM9000作为以太网控制器。该器件具有通用的处理器接口、10M／IOOM自适应、4 K双字节静态存取存储器、低功耗、高处理性能，可支持3．3~5V的容差。

4 系统软件设计
    该音频点播系统选用Linux操作系统，其软件结构如图2所示。从软件角度看，嵌入式Linux操作系统分为引导加载程序、内核、文件系统及用户应用程序4部分。其一用于完成初始化RAM、初始化串口、设置Linux启动参数、调用Linux内核映像等功能；其二为特定于具体硬件的定制内核以及控制内核引导系统的参数；其三为含根文件系统和建立Flash存储器设备上的文件系统；其四为特定于用户的应用程序，即为播放程序。

4．1 文件系统
    因为系统需要一种以结构化格式存储和检索信息的方法．所以需要文件系统的参与。Linux下的常用文件系统由RAMDISK，JFFS2．CRAMFS等组成。所谓文件系统就是用户程序与文件的集合，在Linux PC机上存放到一个统一的目录下，然后通过工具打包成一个映象(image)文件，这通常为压缩过程，烧写到板子上后，待Linux内核完成启动后，逐个挂接这些文件系统映象文件并做解包工作。当然第一个挂接的就是根文件系统(rootf)，待rootf提供Shell后，即可通过Shell命令mount来挂载其他文件系统(FS)了。
    该系统设计选用RAMDISK文件系统。RAMDISK文件系统的特点是：当Linux内核运行时都会把文件系统数据块的信息拷贝到SDRAM中，即相当于在SDRAM中划出一块区域模拟PC机的硬盘，既然在SDRAM中，当然是可读可写的，断电后则无法保存相关信息。
    RAMDISK中的重要目录：
    (1)／bin：保存大多数init，busybox，shell文件管理实用程序等二进制文件。
    (2)／dev：包含用在设备中的所有设备节点。
    (3)／etc：包含系统的所有配置文件。
    (4)／lib：包含所有必须的库，如libc，libdl等。
[!--empirenews.page--]4．2 用户应用程序
    应用程序负责与服务器网络通信，向服务器发送请求、下载歌曲、播放歌曲，并对整个播放过程进行控制管理。通过240x320TFT触摸式彩屏LCD把信息呈现给用户，用户可通过触摸屏和按键向系统发送请求。系统播放终端程序简要流程见图3。

    应用程序主要分为主程序mainplay．c和Mp3play，Ftplib，Song_select，Song_list，Config_data这5个模块。mainplay．c主要用于生成主界面和下级界面、各菜单的管理、接收和传递用户的请求，并调用各模块完成相应的任务。设计中采用MilaiGUI实现界面编程。MiniGUI是一个图形用户界面支持系统，键盘和鼠标动作，产生由应用程序不断轮询的事件，这些事件发送到具有焦点的窗口，而且应用程序把这些事件交由与该窗口联系的例程来处理。<minigui／minigui．h>，<minigui／comm．．h>和<minigui／window．h>是所有的MiniGUI应用程序都必须包括的头文件。MiniGUI程序的入口点为MiniGUIMain，即：

    int MiniGUIMain (int argc, const char* argv[])

    main函数已经在MiniGUI中定义，该函数在MiniGUI初始化工作后调用MiniGUIMain函数。所以，每个MiniGUI应用程序中无论是server端程序MGINIT，还是客户端应用程序．其入口点都为MiniGUIMain函数。其参数argc和argv与C程序main函数的参数argc和argv的含义是一样的。
    Config data为配置数据管理模块，用于实现配置参数的输入和管理．同时实现配置界面的生成。FTP电控柜议库函数存放在Ftplib模块中，通过该模块可建立套接字，与服务器连接、通信，并下载文件。Song_list负责歌曲列表的管理，实现目录的切换，以完成循环播放歌曲、随机播放歌曲、单首循环播放歌曲的管理功能。
    这5个模块中的核心为Mp3play模块。它包含了MP3的解码代码，通过该模块调用解码驱动程序，实现歌曲的解码播放、前进、后退、音量控制等，以完成MP3音乐文件的最终播放。

5 结语
    嵌入式网络MP3播放终端集成了网络化和数字化的优点，是嵌入式系统在音频领域中的一个典型应用。从系统实现及效果看，该系统达到了设计要求，且操作简单，适合于各种层次的用户。若改用无线方式进行设计，可通过无线网络随时随地下载、收听信息，这种播放器必将更受用户的欢迎。