一步一步和我走，进入缤纷的嵌入式世界(连载1)

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大二的时候，我接触嵌入式这个词，虽然之前我已经有了近4年的C/C++设计经验。对嵌入式这个词汇还是无比的陌生，如今到管理嵌入式开发团队。想想恍如昨日做梦一样。若干年前，接触电脑可能还是个比较新鲜的事物，如今是不算什么了；可是说起嵌入式，恐怕就没PC那么熟悉了吧。大多数人眼中的嵌入式难道就是CPU+Linux? 国内许多培训机构，让连个C/C++都没搞清楚的人搞起 Linux 移植，搞嵌入式，真是一夜之间千树万树梨花开啊……

 

本人不才，我眼中的嵌入式世界不是大多数人眼中的Linux，诚然，嵌入式引入Linux这样的系统，无疑给嵌入式带来更多的用户体验、开发体验和全新的产品概念。但不能忽略，Linux不是万试万灵的药，很多时候我们需要VxWorks、uC/OS-II、RTEMS、WinCE，甚至是简单的不能再简单的前后台系统。所以，我特来CSDN找个部落格格，专门向大家讨论和学习嵌入式方面的内容，如嵌入式的软硬件开发、嵌入式的项目管理等。

 

就由我抛出个石块，连载一个简单的音乐播放器的制作过程，先为博客开个头吧，希望喜欢嵌入式的朋友向我拍砖，多多支持一下。

 

一个简单的音乐播放器，先大致的列举一下这个小播放器有哪些功能。

1.   首先能播放不少于4分钟的音乐或人声；

2.   音乐和人声的质量不能太差，采样频率不低于22KHz；

3.   音乐和人声都是单声道；

4.   音量尽可能的大；

5.   电脑的MP3能下载到该音乐模块上播放；

6.   可以由按键控制其播放、暂停；

7.   可以通过电脑控制其播放、暂停；

8.   音乐播放器可以用4.5V的电池或电池组工作；

9.   可以使用6V的低压直流电源工作；

10.BOM成本和开发成本尽可能的低。

 

好了，这份粗糙的功能列表就是我们努力的方向了，开始整体方案的设计。

1.   市面上流行很多音乐模块，但是采样率多集中在8KHz、12KHz、16KHz，诸如Winbond华邦Voice & Speech语音芯片、凌阳的SPCE061A。Winbond的芯片还不错，价格不贵，但是质量只能满足一般的电话级音质，想达到一个比较好的效果，令人担忧；SPCE061A号称语音单片机，内部DA只有10Bit，卖36块大洋，简直是抢。让我们做个比这个更好的……华邦的Voice&Speech芯片原理比较特别，有兴趣的可以了解一下。市面上大多数像SPCE061A的这种方案，首先将音频压缩成数字格式，然后通过CPU解码输出到DA上，信号经过放大后推动扬声器发声。我们就选定这个思路往下做。

2.   如果直接使用MP3解码，那么工作量必然加大。并且，通常能对MP3解码的CPU在 30MIPS以上。这样的CPU市面上可见的，ARM7是首选，一般这样的ARM都在3美金以上，那么整体的方案的成本就比较高。如果不压缩，单声道PCM音频，22KHz，16Bit，240秒将达到10Mbytes。显然这样会增加存储器的成本，压缩的优势明显，综合各种压缩算法，比较好的是ADPCM，算法的复杂度适中，对CPU的要求不高，压缩率也是非常可观，若是4bit压缩的话，约为PCM的0.25倍，22KHz，16Bit，240秒那么只有2.5Mbytes了。

3.   采用ADPCM，那么可选的CPU就非常多了，但是考虑到音质的问题，需要外置DAC，一般音频的外置DAC使用的是I2S接口，具有这个接口的芯片都是3个美金以上。另外，要求可更换音乐，那么音乐需要合适的存储器来存储，现在比较廉价的是NandFlash，并口的NandFlash，要么硬件上有Nandflash接口，要么通过IO软件做个Nandflash接口，一个要求硬件有专门的接口；一个要求硬件有超多的IO口，IO口还要满足一定的速率；Norflash可以不用考虑，基本上和并口Nandflash一样的问题，成本还不如并口Nandflash。所以，考虑串口的Nandflash，一般串口的Nandflash都是SPI接口。这里从开发工具、开发难度、整体成本考虑，选择号称1个美金的ARM，美国Luminary Micro的LM3S101。周立功代理，和他们代理砍了砍价，12块RMB搞定。

4.   有个设计难点，LM3S101有1个SPI接口，但是没有I2S接口，如何与I2S接口的DAC连接。通过仔细研究I2S的时序图，发现其和SPI接口非常相像，只是多了一个选择左右声道的信号。这里提出一个假设，可不可以通过硬件的SPI口加上一个GPIO，模拟I2S的接口。必须要使用硬件的SPI口，因为22KHz、16Bit的左右声道数据(单声道，左右声道数据一样)，带宽达到704Kbps，这个速度对任何用软件模拟SPI的单片机来说都是个不小的负担。LM3S101的SPI输出带宽可到10Mbps，这下放心了。

5.   Nandflash选择M25P32，意法半导体的，8块钱,4MBytes,可存360秒的22KHz、4Bit、单声道的ADPCM音频。这里又有个问题，LM3S101只有一个硬件SPI口，这里有两种设计，一种和DAC共用SPI口，片选隔开；另一种是软件模拟一个SPI口，一般音频DAC不带片选口，如果要用片选信号隔开，需要外加逻辑电路，为了减少成本，考虑使用软件模拟SPI口，使用4个GPIO。

6.   DAC有很多选则，这里选择便宜的82V731，16Bit双声道，选它因为便宜RMB 0.8元，并且比其他的I2S的DAC少了一个同步时钟线，上面我们说到，I2S是SPI+GPIO模拟出来的，根本无法提供一个同步时钟线，那么这里就有优势了。

7.   和电脑直接连接有很多方式：USB、UART、以太网甚至可以是蓝牙和IrDA。但是从成本的考虑，无论是BOM成本还是开发成本，使用UART显然是成本最低的，需要加一颗MAX3232做电平转换，选他主要是CPU是3.3V的电平，支持115200bps的波特率。

8.   放大器件选择TI的TPA0253，5V可到1W，3V可到0.3W，价格也不贵，0.7个美金。

9.   归总一下我们的思路：使用CPU将一种压缩音频格式从存储器件往DAC搬。CPU选择：LM3S101；存储器选择：M25P32；DAC选择：82V731；放大器件选择：Tpa0253。CPU与M25P32使用4个GPIO模拟SPI接口，至少要达到88Kbps的效率；CPU与DAC使用硬件SPI+GPIO口模拟的方式，带宽至少达到704Kbps；CPU与电脑使用UART口连接。

10.这里讲一下工具链：ARM的开发工具很多，考虑到使用调试的方便，采用IAR公司的EWARM Kickstart平台，32KB以下代码尺寸完全免费(晕，LM3S101的程序空间只有8KB)。个人觉得比ADS、RDS都好用，他号称拥有全球最先进的C-SPY调试器，不过姑且听之吧。我使用了蛮长时间的，的确是有点份量。PC端的工具那就用VC平台吧。原理图和PCB均使用Allegro制作。

今天晚上就到这吧，累了，下次我们说说具体硬件设计……(To be continued…)

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