DIY你的电子玩具：FLAC高保真数字音频播放器，方案设计、硬件平台、软件架构

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一、项目概述
        1.1 引言
        目前，大部分的音乐文件都是以mp3格式来保存的，mp3是一种有损的音频压缩格式，它无法完美地再现原版音乐。随着存储器容量的扩大、网络带宽的增加、处理器性能的增强以及人们对生活品质要求的提高，无损音乐越来越受到人们的青睐，对无损音乐播放器的需求也就越来越大。
         
        1.2 项目背景/选题动机
        我们希望能在AVR单片机上实现一个“FLAC高保真音频播放器”。播放器用ATMEL的EVK1105套件来实现，它将从SD卡、U盘和网络中读取音频文件，并对其进行解码及播放。该播放器能播放高保真音频文件，具有设备体积小、操作简单和便于携带使用等优点。
         
        二、需求分析
        2.1 功能要求

       

•                                         音频播放：能支持FLAC格式的音频播放
         
  
•                                         音频文件的存储介质：支持SD卡、移动硬盘、U盘、网络流中音频文件的读取和播放
         
  
•                                         力争实现对APE格式的支持
  

         
        2.2 性能要求

       

•                                         播放文件的采样频率：48-96kHz
         
  
•                                         播放文件的采样精度：16/24位字长
  

         
        三、方案设计
        3.1 系统功能实现原理
        系统通过读取本地存储器（SD卡、U盘、移动硬盘）上的音频文件，或者从网络接口获取数据流，得到音频数据，然后通过AT32UC3A0512 MCU进行解码播放操作。
         

       

        图1 系统硬件结构框图

         
        3.2 硬件平台选用及资源配置
        系统使用AVR EVK1105开发板，该开发板资源配置如下：
         

       

•                                         AT32UC3A0512处理器，最高主频66MHz；
  

         

       

•                                         立体声音频输出；
  

         

       

•                                         全彩QVGA(320*240)LCD显示屏；
  

         

       

•                                         JTAG接口；
  

         

       

•                                         USB OTG接口；
  

         

       

•                                         SD和MMC读卡器；
  

         

       

•                                         10/100Mbps的以太网接口；
  

         

       

•                                         TLV320AIC23B编解码芯片
  

         
        3.3系统软件架构
        系统组件可分解为如下图所示的模块：
         

       

         

        图2 系统模块图

         
         
        系统层模块
        文件系统：由于要读取SD卡、U盘上的文件，所以要在底层实现一个文件系统，如fat。
         
        网络协议栈：播放器可以接收网络流媒体，这需要网络协议栈的支持，如LwIP。
         
        设备驱动：由于程序中会使用LCD、按键、SD card读卡器、USB接口、网络接口、编解码芯片，需要为它们实现驱动。
         
        应用层模块
         
        音频获取：
         
        从网络流或者SD卡、U盘中读取音频文件。
         
        音频解码：
         
        解码音频数据，并进行播放。
         
        播放器UI：
         
        用于控制播放的过程，例如开始播放、停止播放，以及响应用户的其它操作请求。
         
        3.4 系统软件流程
         

       

         

        图3 程序运行流程图

         

        系统在启动之后，进行相关的初始化工作。初始化结束、进入了开始界面之后，若用户按下按钮播放音乐，那么就选择播放本地音频或者网络音频：若选择本地音频文件，则读取SD卡、U盘、移动硬盘中的相应文件并进行播放；若选择网络音频文件，则接收网络音频数据流并进行播放。播放完毕后，重新回到开始界面。

         

        3.5 系统预计实现结果
         
        该系统能够播放SD卡、U盘和移动硬盘上存储的FLAC文件，也可以播放网络流媒体；由按键来控制播放器，在LCD上显示音频信息。此外，争取实现对APE格式文件的支持。