LPC1700系列為恩智浦半導體以第2代ARM Cortex-M3核心為基礎的微控制器，特別針對高性能低功耗的嵌入式系統應用，其支持最高120MHz時脈速度，最高512K位元FLASH以及64K位元SRAM.其集成豐富的外圍設備接口：以太網MAC、USB 2.0 Host/OTG/Device、CAN 2.0B、12位元ADC、10位元DAC、SPI/SSP、I2S、DMA等等。
Fig1.系統模塊圖
Helix MP3軟件解碼庫可解碼兼容于MPEG格式的MP3，并同時達成浮點和定點。其中定點特別針對32位元定點處理器達成最佳化。
本文介紹該方案的軟硬件設計，完整的軟件代碼可至恩智浦半導體官網下載http://ics.nxp.com/support/documents/microcontrollers/
二 系統概述
1.介紹
為快速搭建硬件平臺進行系統設計與測試，本方案使用現有的電路板：KEIL MCB1700評估板和ZLG的UDA1380音訊板。圖1展示本方案系統模塊圖。圖2展示系統實體照片。
MP3檔儲存于SD/MMC卡和USB快閃存儲器中。SD/MMC卡插于MCB1700評估板上的Micro SD卡插槽，該插槽連接至LPC1700的SPI/SSP接口。USB快閃存儲器如USB優盤，插于MCB1700板子上的USB主機埠。
解碼后的框架信息透過I2S接口導入UDA1380，將音箱或耳機音源線插于音訊子板的對應座上即可聽音樂。
透過2種方法可調節音量：調節音箱與耳機音量，或調節MCB1700電路板上的電位計。全套系統由單一USB電纜供電（+5V）。
2.特性
本系統具備以下特性：
●支持MPEG1/2/2.5 Layer 3 MP3.●支持固定位元率、變化位元率以及自由位元率模式。
●支持播放SDC/SDHC/MMC卡中的MP3并支持FAT12/16/32與長檔名。
●支持播放USB快閃存儲器中的MP3并支持FAT16.●全套方案使用40k位元ROM，50k位元RAM（其中40k位元用于MP3解碼）。
三 硬件設計
1.概述
MCB1700評估板和UDA1380音訊板之間的線路連接如圖3所示。
2.關于MCB1700評估板
KEIL公司的MCB1700評估板主要用于評估恩智浦LPC1700系列芯片。圖4展示該電路板及電路板上的模塊。
提醒：
1.跳線D+和D-必須置于「HOST」。
2.跳線AD0.2必須置于「ON」。
更多關于MCB1700評估板的詳細信息請參閱：http://www.keil.com/mcb1700/評估板原理圖請參閱：http://www.keil.com/mcb1700/mcb1700-schematics.pdf
3.關于UDA1380音訊板
UDA1380音訊板為ZLG Smart Cortex-M3-1700開發套件中的子板。UDA1380芯片為立體音訊轉碼器，可廣泛應用于MD、CD、MP3等播放器。其支持I2S資料框架格式，集成24位元ADC和DAC，ADC支持8-55kHz取樣頻率，DAC支持8-100kHz取樣頻率，支持3線（L3）以及I2C接口控制。圖5展示UDA1380音訊板原理圖。
四 軟件設計
1.軟件方塊圖
圖6為本方案軟件模塊方塊圖。
下面分別介紹此軟件模塊。
1.1主程序模塊
主程序模塊負責全套系統管理與調度主要負責：
●系統初始化。
●于SD/MMC卡和USB快閃存儲器中讀取MP3文件。
●調用MP3解碼庫解碼。
●播放解碼后框架數據。
●狀態顯示與信息打印。
1.2 Helix MP3解碼器
Helix MP3解碼器可解碼與MPEG兼容的MP3，并可達成浮點和定點，其中定點特別針對ARM處理器達成最佳化，可在任何支持長乘法運算以及長乘法與加法運算的32位元定點處理器上運行。
詳細信息請參閱：https://datatype.helixcommunity.org/Mp3dec
1.3 USBHostLite協定堆疊
USBHostLite為簡化版的USB Host協定堆疊，可用于連接USB主機埠上的USB大量儲存設備。其具備以下限制：
●僅支持控制和批量傳輸。
●僅支持大量儲存設備。
●僅支持FAT16檔案系統格式。
●不支持長檔名。
●僅能連接位于根目錄底下的檔案。
詳細信息請參閱：http://ics.nxp.com/support/software/usb.host.msc/
1.4 SD/MMC卡檔案系統
此方案于SD/MMC卡上使用FatFs檔案系統。FatFs被廣泛應用于小型嵌入式系統中的FAT檔案系統。具備支持FAT12/16/32、長檔名、多項物理驅動器與分區等特點。
詳細信息請參閱：http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html
提醒：FAT檔案系統中長檔名（Long File Name；LFN）為微軟專利，用于商業用途須取得微軟授權。
1.5 UDA1380驅動器
UDA1380驅動器提供API函數用于配置與控制UDA1380芯片，使該芯片可接收自LPC1700發送的音訊資料流程。其中主要的2個API函數分別用于初始化及音量控制。
2.軟件的達成
圖7展示基本軟件流程圖。
主程序首先進行初始化，包含I2S、UDA1380、UART以及USBHostLite與FatFs檔案系統。下一步為讀取USB快閃存儲器根目錄中的指定MP3檔案，并自動查找SD/MMC卡中根目錄下的MP3檔，最后按順序依序播放。
提醒：本方案采用的USBHostLite僅提供基本檔案讀寫功能，并不支持查找功能，因此將已給予特定名稱的MP3（如usb_01.mp3）放于USB快閃存儲器根目錄之下，播放時可跳過查找直接播放此類MP3.
2.1音訊緩沖區（Audio Buffer）
音訊緩沖區為一長度4608位元的陣列，可存放1個完整解碼后的輸出框架。解碼時，1個音訊緩沖區可放置1個輸出框架。播放時，DMA控制I2S將此音訊緩沖區的資料發送至UDA1380.
2.2解碼流程
圖8為解碼流程圖。
MP3檔首先被加載至讀取緩沖區（Read Buffer）中，后續解碼即是針對此讀取緩沖區資料進行解碼。一般而言，可將其設置稍大，以減少檔案讀取次數。但讀取大容量檔案內容需較長時間，可能因此導致無法連續播放。在實際應用中，需根據檔案讀取速度、解碼速度、播放速度和可用RAM空間選擇合適的讀取緩沖區尺寸。
2.3播放流程
圖9為播放流程圖。
主程序啟動DMA傳送第1個框架資料后，傳送過程即開始，傳送完成后即中斷DMA.于DMA中斷服務程序時，繼續發送下一個音訊緩沖區資料。此流程以下列假設為基礎：在音訊緩沖區資料完成發送前，另一新框架已解碼并放置于下一個音訊緩沖區中。
2.4設計考量
本系統具備2項重要設計考量：
●如何使解碼與播放流程保持同步？
●如何確保播放流暢？
針對第一個問題，我們導入全域變量：音訊緩沖區陣列（包含2到3個音訊緩沖區）。其中一個音訊緩沖區用于播放，另外一個或兩個用于解碼。若所有音訊緩沖區狀態皆標志為「滿」，解碼器則不會被啟動。等到其中一個音訊緩沖區資料被播放其狀態標志位元為「空」，主程序即啟動解碼器并將解碼后框架放置于「空」的音訊緩沖區里，并將標志位元設為「滿」。
針對第二個問題，其設計考量多個因素：檔案讀取速度、解碼速度與播放速度等。
MP3播放一個框架的固定時間為26ms.本方案MCU在100MHz時脈速度下運行，使用Helix MP3解碼器的速度約為每框架10ms，此即表示僅有16ms時間供CPU處理所有其它任務。在剩余任務里，讀取MP3檔案內容并填充讀取緩沖區將占用較多時間，因此選擇合適的讀取緩沖區顯得更加重要。
本方案從USB快閃存儲器讀取4k位元檔案資料耗時約8ms.從SD/MMC卡里讀取8k位元耗時約2ms.因此從USB快閃存儲器讀取檔案時，我們將讀取緩沖區長度設為4k位元，雖然讀取SD/MMC卡可相當快速，但受限于可使用的RAM空間，我們將讀取緩沖區長度設為8k位元，以確保播放流暢性。
五 測試結果
本方案分別采用2G/4G/8G Micro SD/SDHC卡與2G USB快閃存儲器進行測試并取得良好播放效果。
此方案可播放大部分MP3檔案，但受限于解碼速度，播放320kbps的MP3會造成部分問題。由于USBHostLite僅支持FAT16檔案系統，因此最高僅支持2G USB快閃存儲器。且USBHostLite不支持長檔名，因此USB快閃存儲器中MP3名稱只能為8.3格式。
圖10與圖11分別顯示播放過程中序列埠輸出信息。
六 結論
本文介紹以恩智浦LPC1700和Helix MP3軟件解碼庫為基礎的MP3播放器解決方案。此方案充分發揮LPC1700芯片的高性能與豐富外圍設備。
隨著更多新產品發布，如具備外部存儲器匯流排的Cortex-M3 LPC1800系列，以及具備DSP功能的Cortex-M4 LPC4300系列，恩智浦半導體MCU將大幅擴展其在音訊處理應用上的領域。
