中颖SH86313的迷你小音箱软件开发简介

基于中颖SH86313的迷你小音箱软件开发简介
中颖电子股份有限公司资深工程师张钦
1.前言
近两年来，随着传统MP3播放器的逐渐淡出，一种称为迷你小音箱的产品又掀起了一股热潮，并且还在持续不断的热卖当中。

无论是卖场的数码柜台、传统的电器商店或是夜市地摊，都摆满了各种造型新颖的迷你音箱产品，不乏有消费者询问购买。

2.迷你小音箱方案概述
迷你小音箱是一种外观非常小巧的音箱产品，它打破了传统的音箱体积大，外观千篇一律的传统，具有体积小，携带方便，造型可爱的特点。

与传统音箱比起来，迷你小音箱可直接播放U盘或SD/MicroSD卡内的音乐，通过内置的可充电锂电池供电，大部分都有FM收音的功能，有的还带有液晶显示屏，此外也可通过Line-In接口当作桌面音箱使用，可谓功能强大，让用户能够享受到随身听音乐的好处。

迷你小音箱支持的音频文件格式主要是MP3，部分中高档产品还支持WMA格式和无损APE格式等等，也可以看成传统MP3播放器的变形，增加了大功率扬声器，以及支持U 盘播放的功能。

目前用于迷你小音箱产品的方案很多，但通常都采用具备MP3解码、USB Host和SD 接口的MCU主控，然后依靠软件来实现各种丰富的功能。

本文以下将针对中颖SH86313这颗MCU产品，介绍一下迷你小音箱的软件开发方案。

3.中颖SH86313主控简介
SH86313是中颖电子股份有限公司推出的一款增强型8051架构内核的音频解码类MCU主控，时钟频率可达到18MHz，CPU的执行效率较高，加上硬件MP3/WMA的解码模块和DMA方式的数据接口、内嵌64K大容量Flash ROM，足以满足各种复杂的应用需求。

产品支持MP3和WMA两种音频格式的硬件解码，内建5V to 3.3V和5V to 1.8V两个LDO，一个16bit Sigma Delta架构的16bit高精度DAC，一个多达10通道的8bit 高速ADC，内建PGA放大并支持录音功能，具有丰富的IO资源及外设接口，如USB1.1 OTG、MMC/SD、SPI、Infra-red，点阵/断码方式的LCD接口等，并都采用了DMA方式提高数据传输效率。

此外，相较其它同类IC，独有低功耗RTC模块，待机电流仅为20uA，同时提供内建RC和外部晶振两种时钟方式，特别适合低功耗需求。

除了丰富的硬件资源，中颖原厂还针对这颗主控提供了完善的SDK开发包，包括各种底层Driver和API函数，以及应用样例和源码，可广泛应用于iPhone docking，迷你小音箱，车载音响，甚至智能家家电等领域。

4.软件系统架构
由于功能较多，迷你小音箱软件较一般的MCU应用要复杂一些，因此我们可以采用纵向分层与横向分模块的软件系统架构，如图1所示。

图1
整个系统从纵向来看分为三层，最下面是硬件层，就是SH86313主控本身的硬件资源，中间的驱动层和上面的应用层则构成软件部分。

其中驱动层则是作为应用层各功能模块在调用硬件资源时的共同桥梁。

从横向来看，应用层按照不同的功能划分为了多个应用模块，可以满足迷你小音箱的多种功能需求，目前313的SDK提供了音乐播放、FM收音、录音、闹钟、万年历以及标准的FA T文件系统等功能模块。

驱动层按照硬件模块划分为不同的驱动模块，便于维护和调用，313的SDK当中也相应提供了解码模块，ADC模块，USB OTG模块，SPI模块，LCD 模块，DAC模块，RTC模块以及用于固件升级的SSP模块。

显然这样的系统架构是非常适合迷你小音箱应用的，图2是应用层采用横向分模块的程序流程图。

从图中可以看出，该系统架构具有如下优点：
主程序根据模式标志切换到相应的应用模块，主架构很简单
各模块之间彼此独立，需要进行功能切换时，当前模块结束后回到主循环进行新的模式判断即可
如根据应用不同，需要屏蔽或挑选不同的模块应用，可以通过宏定义方式屏蔽和打开模式控制的标志即可
开发时可分别针对不同的应用模块进行相应设计，适合多人同时开发
举例说明，假如用户需要添加FM功能
首先在宏定义中添加
#define MODE_FM
然后在主循环的最后添加相应的函数入口
else if(sys_mode== MODE_FM)
{
FM_loop();
}
注：FM_loop()为FM模式的入口函数，用于实现完整的FM应用。

图2
5.各功能子程序架构
众所周知，单片机应用的开发需要选择合适的程序架构，以实现软件和硬件的最佳化搭配，达到优化资源利用和提高程序执行效率的目的。

迷你小音箱应用的软件设计可采用顺序任务执行与中断事件驱动的前后台程序架构。

其中前台程序采用的是顺序任务执行的方式，这种方式的优点是程序设计简单，思路清晰易理解，对于扫键和显示等对实时性相对要求不高的操作SH86313的硬件性能足以满足；而后台程序则主要是中断事件驱动方式，以满足应用中对实时性要求较高的一些操作，如红外通信协议的解码、Timer精确定时等等，此外还有根据不同消息引起的中断产生相应的事件标志。

如上一节所述，每个应用模块都是一个相对独立的子程序，具备一个应用的完整功能，因此，其程序架构都采用前后台方式。

其前台处理的基本架构一般包括初始化，子程序循环和退出当前模块这三部份组成。

其中子循环程序就是根据各种事件标志进行各个功能响应，既可以响应系统消息，也可以响应模式自己的消息。

以最主要的音乐模式举例，程序流程图如图3所示，整个程序架构是一个大循环，循环过程中根据事件标志顺序执行相应的任务处理。

图3
后台处理则主要是中断部分的响应，用于需要实时响应的操作。

例如实现红外遥控功能时，需要实时对红外数据进行解码，否则一旦没有及时处理就很可能丢失当前的红外操作命令。

6.基于SH86313的迷你小音箱软件实现注意事项
如前所述，迷你小音箱的各个功能模块的程序架构基本一致，都是采用顺序任务执行的前后台方式。

但在实现过程中，因为SH86313本身的一些特性还是有些需要注意的地方，下面分别加以说明。

首先，因为每个功能模块子程序都是一个循环，因此要特别注意Reset Watch Dog，以免造成不必要的系统重启。

音乐模式下，声音的播放是对实时性要求最高的，因此需要保证MPEG解码任务不会受到其他任务处理的影响。

以采样频率最高48KHz、立体声的MP3文件解码为例，一帧MP3数据是1152 Sample，播放时间为1152/(48000*2)=12ms，也即在12ms时间内，必须完成下一帧的解码，才能保证两帧之间的连续。

因此在程序处理的过程中，不能出现单个任务处理超过12ms的情况，并且应尽量减少单个任务的处理时间。

录音模式下，因为ADC采样是每采到一个Sample产生一次中断，以8000Hz的采样频率为例，两次ADC的采样间隔是1/8000=125us，因此必须在中断中马上将采到的数据填入缓存Buffer当中，否则一定会出现丢失语音数据的情况。

FM模式下，外挂的FM模块易受到其他高频时钟的干扰，因此最好将不用的硬件模块如PLL、MPEG、USB、SD等等全部关闭，以达到较好的收音和搜台效果。

闹钟和万年历功能的实现需要用到RTC，但是有时开发人员会发现RTC寄存器写入之后马上读取，则会出现数据没有写入的情况。

原因是SH86313的RTC用的是32KHz晶振的时钟，而SH86313本身系统时钟是12MHz，因此CPU执行的速度远快于RTC寄存器写入的速度。

具体实现时，应加上相应的Delay，才能正确读取。

在用SPI接口时需要注意的是，CS片选信号是通过I/O方式模拟的，因此信号的拉低一定要在开始一个操作之前，操作完成后一定要拉高片选信号，以此来做为结束一次操作的信号。

操作过程中保持片选线低电平。

在使用USB接口与智能手机等设备相连时，手机的USB默认是Device模式，因此如果需要让手机工作在USB Host模式时，需要通过OTG的转接线将手机与SH86313相连，否则无法成功连接。

其他的一些注意事项，建议开发人员仔细研读SDK中提供的Application Notes。

7.小结
基于SH86313主控开发一个迷你小音箱软件并不难，尤其是SDK当中已经包括了大量的样例源码和相关说明文档，最重要的是熟悉Datasheet，然后理解并定好整个软件的程序架构，在开发过程中碰到问题时仔细阅读FAQ和Application Notes，应该可以比较顺利的达成目标。