基于Coldfire和uClinux的硬盘MP3

便携式闪存（nandflash）mp3一路热销，闪存芯片也曾一度面临缺货，在这样的情况下，使用容量更大成本更低的硬盘作为存储介质的hdd-mp3播放器便应运而生。最为著名的硬盘mp3品牌苹果的ipod系列硬盘mp3已经取得了极大的成功，在3年时间内总共卖出了超过1千万台。笔者所在的公司——华恒科技也开发了支持 microdrive 微硬盘和1.8寸笔记本硬盘的mp3播放器解决方案，所采用的处理器是飞思卡尔半导体（freescale，原motorola半导体）的mcf5249。本文将就基于mcf5249的硬盘mp3产品设计作简单的介绍。

硬件设计

硬盘mp3播放器功能更加丰富、界面更加友善、操作更加灵活，可以支持更加复杂的文件系统以及文件管理、操作、检索等功能。需要支持运行更加复杂的软件。同时由于采用硬盘作为存储介质，功耗的问题更加突出。而通过软件可以实现更加灵活的电源管理功能。这就对处理器提出了更高的要求，除了完成音乐编解码处理以外，处理器控制能力也大大加强。目前市面上的硬盘mp3播放器采用的芯片有：freescale 的mcf5249/scf5250、sigmatel的stmp3550/3560等。在这之前已经有cd机和iriver的硬盘mp3播放器基于mcf5249取得成功。

有bga & qfp 2种封装

主要功能:

·存储容量：10g

·105×60×19mm

·160g

·160×128像素的背光液晶显示屏

·mp3/wma/asf/wav

·usb 2.0接口

·fm调频收音

·数码录音功能

·支持多达38种语言显示

·5向导航式控制键

·6种均衡模式

·配备液晶线控

·支持wma和光纤输入输出

·锂电池，可以连续播放16小时

图一 iriver ihp-100：基于通用嵌入式处理器mcf5249的硬盘mp3

mcf5249以coldfire 32位微处理机体系结构为基础，主频120mhz-140mhz，带有96kb的芯片内sram，8kb的指令高速存、两个独立的uart和16位计时器、以及一个pll时钟。此芯片还带有ide/ata界面可支持cd-rom 或硬盘/cf 卡、软件监视时钟、gpio 线路、两个 i2c 接口、qspi、4 通道dma、和一个非粘合性sdram 控制器。另外，该器件还集成了一个芯片内12位dac和一个增强型乘法(emac)累加器，用于为音频及其他应用提供快速运算和信号处理所需的dsp功能。

freescale的mcf5249 微处理器设计用于音频电子设备、成像、保安/指纹识别认证和工业控制应用，工作频率为140 mhz 时性能可达125 dhrystone 2.1 mips，而功耗仅为每兆赫1.3mw。

图二 mcf5249 芯片内部架构

和sigmatel stmp3xxx系列解码芯片相比，mcf5249属于通用型32位嵌入式微处理器，和其类似的处理器如samsung 的arm9处理器s3c2410，目前已经有用其开发的闪存式mp3播放器。通用处理器的系统总线具有更强的驱动能力，可以扩展支持多种硬件模块、实现多种接口功能，如usb2.0、mono/cstn/tft lcd、有线/无线网络、红外、蓝牙等等。图三为一般硬盘mp3的硬件系统架构图。

图三 硬盘mp3 player系统架构图

针对硬盘mp3产品应用，华恒科技在推出支持微硬盘的便携式mp3播放器解决方案的同时，还和freescale联合推出了具有无线音乐服务器功能的hosea system开发系统，见图四：

图四 基于mcf5249的硬盘mp3播放器和无线音乐服务器

由于硬盘 mp3 的功能更加丰富，系统更加复杂，在硬件设计时需要更多的考虑器件的排布和走线的规范。mcf5249既有bga封装，也有qfp封装的芯片，开发商可以从实际硬件设计能力、产品尺寸要求、成本控制等方面综合考虑以决定选用的器件和pcb的层数。

和普通mp3不同的是，硬盘mp3要更多的考虑功耗方面的因素，以延长产品连续工作时间。需要通过多种手段来降低系统的耗电量，主要有以下几个方面：

·硬盘休眠。需要增加系统的缓存（sdram），以便预先将音乐读到内存中，以便让硬盘有空闲，而不需要

连续运转。

·lcd控制。通过灵活设置lcd背光亮度、动态调节自动关闭lcd背光、关闭lcd等方式降低lcd显示引起的功耗。

·cpu降频。mcf5249通过软件进行mp3、jpeg等的解码播放。经实际测试，cpu的主频和功耗几乎成线形关

系，所以当运行的应用不需要高主频时将cpu主频降低可以有效的降低功耗。

·关闭不需要的工作模块，如通讯、传输端口等等。

下表给出的是硬盘mp3主要器件及实现的主要功能：

项目 器件 功能介绍 处理器 freescale coldfire5249 140mhz rom amd am29lv320 支持固件升级 ram hynix hy57v281620hct 可缓存3-4首mp3音乐 lcd 多种单色、cstn、tft lcd ·可显示6-8行文字、图形，背光可调

·良好的用户界面。支持浏览硬盘中的档案；支持中文简体、

繁体、英文显示文件名称及mp3 tag信息；支持mp3 id3

tag，作者、目录名及歌曲标题显示；支持播放时间显示、

播放进度条显示；支持修改并保存播放器的参数设置

·可察看不同分辨率的jpeg图片 usb2.0及 ieee 1394a 1394:oxfw911-plus usb:cypress cy7c68300 可以通过usb2.0或 ieee 1394a接口访问播放器的硬盘，快速

读写、交换mp3音乐文件， 具有移动硬盘功能 ide界面 日立 1.8寸 20gb硬盘 播放器能够正常读写硬盘上的文件 cf界面 cf type i/ii 接口 支持读写cf卡/microdrive/magicstor微硬盘 立体音乐播

放 philips uda1380tt ·支持符合iso/iec 11172-3 及iso/iec13818-3标准的单双声

道mp3文件播放。支持mp3文件的bitrate 为8kbps至0kbps。

支持最大44.1khz采样频率音频播放，snr 90db以上。

·支持播放时快进、快退、上一首、下一首、暂停、停止；支

持多首歌曲的随机播放；支持单首及多首歌曲的重复播放；

·a-b复读功能 音频输入接

口 philips uda1380tt

内置微型麦克风 ·接microphone，可录入语音

·通过line in接口可录cd音乐，mcf5249进行实时压缩，保存

为wav格式的音乐文件 按键 5向键/功能键/hold键 可以配合ui接口控制mp3播放器运作 电源管理 ltc3455，内置充电电路

3.6v 可充电锂离子电池

发光led二极管 ·可通过usb接口、电源接口充电

·红绿灯充电状态显示；充电时间<3小时

·支持lcd backlight自动关闭的时间调整；支持lcd对比度调

整；支持lcd休眠时间调整

·支持硬盘休眠

·支持系统自动关机时间调整 收音 philip tea5767hl 支持fm stereo接收；可预存20个电台；支持手动、自动电台

搜索 hosea特有

的通讯功能 irda

eth: davicom dm9000e

802.11b: dlink dwl650 ·支持红外遥控

·支持播放网络上的音乐，支持共享

·支持无线局域网共享音乐

hosea system可涉及的应用：

图五 基于无线局域网的消费类电子产品应用

软件系统

mcf5249能够实现如此丰富的功能，归功于其具有的更强的通用计算、处理能力，使得其可以支持更加复杂的软件，支持多任务、多进程，甚至完善的操作系统如uclinux、flexos等。uclinux是一种优秀的嵌入式linux版本，针对nommu（没有内存管理）的cpu，它继承了标准linux操作系统的稳定性、强大网络功能和出色的文件系统等主要优点。嵌入式linux操作系统以其低廉的价格、强大的功能以及易于移植的特性吸引越来越多的客户，成为新兴的力量，众多商家也纷纷转向了嵌入式linux。

linux为嵌入操作系统提供了一个极有吸引力的选择，它是一个和unix相似、以核心为基础、完全内存保护、多任务多进程的操作系统。支持广泛的计算机硬件,包括 x86 ,alpha , sparc , mips , ppc, arm, nec , motorola 等现有的大部分芯片。程序源码全部公开，任何人可以修改并在gnu通用公共许可证(gnu general public license)下发行,这样，开发人员可以对操作系统进行定制，再也不必担心像ms windows 操作系统中“后门”的威胁。同时由于有gpl的控制，大家开发的东西大都相互兼容，不会走向分裂之路。linux用户遇到问题时可以通过internet向网上成千上万的linux开发者请教,这使最困难的问题也有办法解决。linux 带有unix用户熟悉的完善的开发工具，几乎所有的unix系统的应用软件都已移植到了linux上。linux还提供了强大的网络功能，有多种可选择窗口管理器（x windows）。其强大的语言编译器gcc、g++ 等也可以很容易得到。不但成熟完善、而且使用方便。

由于linux秉承开源共享的原则，我们可以在网络上找到大量的资源，基于嵌入式linux操作系统进行开发，可以较为方便的实现丰富的软件功能。

可扩展性

结合我们强大的硬件设计能力，目前华恒科技已经基于mcf5249+uclinux操作系统实现了多种接口功能及产品应用，如图六所示。

图六 华恒科技基于mcf5249+uclinux实现包含硬盘mp3在内的多种行业应用

可以肯定，基于普通的asic解码芯片是无法实现上述如此丰富功能的产品应用的。当市场提出更高的要求、更加复杂的应用……可以想象，传统的mp3开发厂商将处于怎样一个窘迫的境地。

基于 mcf5249 的硬盘 mp3 产品已经初步具备 mpeg4 视频播放功能。个人数码娱乐设备不仅功能上被快速地丰富和完善，也逐步显现出与网络/设备之间更强的互通性的要求，以获得同步的资讯、更广袤的网络资源。

未来的消费类电子产品必将以具有支持音视频多媒体、多功能、低功耗、高性价比等优点的产品为主流。华恒科技作为国内嵌入式linux技术开发的先驱，在消费类电子行业，将为用户提供从基本参考设计到完善解决方案多个层面的大力支持。