ZED-Board从入门到精通系列（七）——Vivado+SDK实现MP3播放

2023-12-10 11:32:58

本文将给出通过Vivado IDE开发Zynq平台上PS裸机应用程序的流程。通过与本系列博客（三）对比，读者将看到Vivado开发更高效、快捷。

MP3我们都听过，现在我们可以用ZED-Board来听。板子上有音频芯片ADAU1761，可以实现录音、放音，但不具有MP3解码功能。Zynq 双核ARM9做MP3软件解码应该是可以实现的，但是博主本人有一颗VS1003，可以实现MP3硬件解码，软件将得以简化，对MP3解码原理感兴趣的可以深入研究如何利用CortexA9+ADAU1761实现MP3播放。电路图如下：

利用Zynq MIO实现VS1003控制，这样只和PS有关，PL完全可以丢弃。在本节基础上，读者可以尝试将SPI模块移到PL上实现，这样可以降低PS部分IO读写频率，提高CPU利用率。实物连接图如下：

Zynq板子外接用排母，为了使用杜邦线，需要一个双公排针，可以用普通单排2.54mm排针压制而成

下面介绍软件开发流程。建立Vivado工程，命名为MP3Player，过程遵循上节Vivado建立工程步骤，略。

进入IDE后，点击左侧流程管理器中的IPI Integrator下的Create Block Design。这个工具是2013.1版本后才出现的，将取代XPS完成系统集成。

在编辑区右键，选择Add IP...，名称保持默认design_1.bd

搜索框中输入zynq，双击第一个，添加IP到电路图中。

添加完成后，自动进行布线连接，点下图中圆圈区域 Run Block Automation。

等待完成，结果如下图所示。

可以看到，DDR和固定IO自动进行了连接。这是因为我们建立工程时选择了ZedBoard DVK，这样就能按照板子描述自动连接引脚到相应外设。

另外看到，默认状态下使能了M_AXI_GP0，可以将PL部分带AXI从接口的IP连接到PS进行控制。本节不需要，所以必须禁用，否则验证设计时会报错。双击方块，见下图

看到了熟悉又陌生的画面，有些像XPS中Zynq视图，但精简了很多。单击左侧“PS-PL Configuration"，界面如下：

将AXI GP0接口后的勾取消选择，确认，回到IPI。

验证设计，在空白处右键，点击Validate Design。无误，点确认即可。

在上图位置点Generate Block Design，确认。

在Sources窗口中找到design_1，右键选择生成顶层HDL包装。确认。

直接点左侧流程中的Generate Bitstream，一步到位。完成比特流大约需要5~8min。

完成后，先Open Implementated Design，再导出到SDK。

完成后，先Open Implementated Design，再导出到SDK。如果没有做这一步，上图中第二项会变成灰色。

后面就是SDK开发了，和本系列教程（三）中相同。建立Application工程，C工程，模板helloworld。将代码改为下面：

#include <stdio.h>
#include "platform.h"
#define MIO_BASE 0xE000A000
#define DATA0	0x40
#define DATA0_RO  0x60
#define DIRM_0	0x204
#define OEN_0	0x208
void delay(unsigned int t)
 {
 	unsigned int i,j;
	for(j=0;j<t;j++)
	{
		for(i=0;i<600;i++);
	}
 }


/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
/* MAIN function                                                                                          */
/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

#define VS_XRESET_0		DrvGPIO_ClrBit(MIO_BASE + DATA0,12)
#define VS_XRESET_1		DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + DATA0,12)
#define VS_DREQ     DrvGPIO_GetBit(MIO_BASE + DATA0_RO,11)
#define VS_XDCS_0	DrvGPIO_ClrBit(MIO_BASE + DATA0,10)
#define VS_XDCS_1	DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + DATA0,10)
#define VS_XCS_0	DrvGPIO_ClrBit(MIO_BASE + DATA0,13)
#define VS_XCS_1	DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + DATA0,13)
#define SPI_MOSI_0	DrvGPIO_ClrBit(MIO_BASE + DATA0,0)
#define SPI_MOSI_1	DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + DATA0,0)
#define SPI_SCL_0	DrvGPIO_ClrBit(MIO_BASE + DATA0,9)
#define SPI_SCL_1	DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + DATA0,9)


void DrvGPIO_ClrBit(volatile unsigned int * p,int idx);
void DrvGPIO_SetBit(volatile unsigned int * p,int idx);
unsigned char DrvGPIO_GetBit(volatile unsigned int * p,int idx);
void init_vs1003(void);
void VS_Reset(void); //VS1003软复位及初始化
void VS_Write_Reg(unsigned char addr,unsigned char hdat,unsigned char ldat); //向VS1003的功能寄存器写入一个字
unsigned int VS_Read_Reg(unsigned char addr); //从VS1003的功能寄存器读取一个字
void VS_Send_Dat(unsigned char dat); //向VS1003发送音频数据
void VS_Flush_Buffer(void); //清空VS1003的数据缓冲区
void VS_sin_test(unsigned char x); //正弦测试
void LoadPatch(void); //为VS1003打补丁
void SPI_WriteByte(unsigned char x);


#include "mp3.h"

void print(char *str);

int main()
{
    init_platform();

    print("Hello World\n\r");
	unsigned int i;


	init_vs1003();

	VS_Reset(); //VS1003复位初始化
	VS_sin_test(200); //正弦测试，可以听到一声滴
	VS_Flush_Buffer();
	for(i = 0;i<sizeof(mp3_table);i++)
	{
		VS_Send_Dat(mp3_table[i]);
	}
	while(1)
	{
        DrvGPIO_ClrBit(MIO_BASE + DATA0,7);
		delay(40000);
		DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + DATA0,7);
		delay(40000);
	}
    return 0;
}





void DrvGPIO_ClrBit(volatile unsigned int * p,int idx)
{
	(*p) &= ~(1<<idx);
}
void DrvGPIO_SetBit(volatile unsigned int * p,int idx)
{
	(*p) |= (1<<idx);
}
unsigned char DrvGPIO_GetBit(volatile unsigned int * p,int idx)
{
	return (((*p)&(1<<idx))>>idx);
}
void init_vs1003(void)
{
	DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + OEN_0,7);
	DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + DIRM_0,7);
	DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + OEN_0,0);
	DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + DIRM_0,0);
	DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + OEN_0,9);
	DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + DIRM_0,9);
	DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + OEN_0,10);
	DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + DIRM_0,10);
	DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + OEN_0,12);
	DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + DIRM_0,12);
	DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + OEN_0,13);
	DrvGPIO_SetBit(MIO_BASE + DIRM_0,13);

}


void SPI_WriteByte(unsigned char x)
{
	unsigned char i=0;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		if(x&0x80)
		{
			SPI_MOSI_1;
		}
		else
		{
			SPI_MOSI_0;
		}

		SPI_SCL_0;

		SPI_SCL_1;

		x<<=1;
	}
}
/******************************************************************
 - 功能描述：向VS1003的功能寄存器中写入数据（一个字，即两个字节）
 - 隶属模块：VS1003B模块
 - 函数属性：外部，用户可调用
 - 参数说明：addr是功能寄存器的地址
             hdat是要写入的高字节
             ldat是要写入的低字节
 - 返回说明：无返回
 ******************************************************************/

void VS_Write_Reg(unsigned char addr,unsigned char hdat,unsigned char ldat)
{
	while(!VS_DREQ);     //VS1003的DREQ为高电平时才接收数据
	VS_XCS_0;            //打开片选，SCI有效，这样才能对功能寄存器进行读写
	SPI_WriteByte(0x02);  //写入操作码0x02   00000010 （功能寄存器写操作）
	SPI_WriteByte(addr);  //写入寄存器地址
	SPI_WriteByte(hdat);  //写入高字节
	SPI_WriteByte(ldat);  //写入低字节
	VS_XCS_1;            //关闭片选，SCI无效
}
/******************************************************************
 - 功能描述：VS1003软复位及初始化（设置时钟频率及音量）
 - 隶属模块：VS1003B模块
 - 函数属性：外部，用户可调用
 - 参数说明：无
 - 返回说明：无
 ******************************************************************/

void VS_Reset(void)
{
	VS_XRESET_1;
	delay(100);
	VS_XRESET_0;
	delay(100);
	VS_XRESET_1; //硬件复位，XRESET低电平有效
	delay(100);

	VS_Write_Reg(0x00,0x08,0x04);//软件复位，向0号寄存器写入0x0804   SM_SDINEW为1   SM_RESET为1
	VS_Write_Reg(0x03,0x98,0x00);//时钟设置，向3号寄存器写入0x9800   SC_MULT  为4   SC_ADD  为3   SC_FREQ为0
	VS_Write_Reg(0x0b,0x00,0x00);//音量设置，左右声道均最大音量

	VS_XDCS_0;	     //打开数据片选，注意此时XCS（片选）为高电平，SDI有效
	SPI_WriteByte(0);    //写入数据，这里写入4个0，是无关数据，用来启动数据传输
	SPI_WriteByte(0);
	SPI_WriteByte(0);
	SPI_WriteByte(0);
	VS_XDCS_1;	    //关闭数据片选，SDI无效
}

/******************************************************************
 - 功能描述：向VS1003写入一个字节的音频数据（即用于播放的数据）
                注：调用前先将VS_XDCS置为0，打开数据片选
 - 隶属模块：VS1003B模块
 - 函数属性：外部，用户可调用
 - 参数说明：dat是要写入的字节
 - 返回说明：无
 ******************************************************************/

void VS_Send_Dat(unsigned char dat)
{
	VS_XDCS_0;    //打开SDI，此时可以向VS1003写入音频数据
	while(!VS_DREQ);  //VS1003的DREQ为高才能写入数据
	SPI_WriteByte(dat);//通过SPI向VS1003写入一个字节的音频数据
	VS_XDCS_1;   //关闭SDI
}

/******************************************************************
 - 功能描述：向VS1003写入2048个0，用于清空VS1003的数据缓冲区
             注：在播放完一个完整的音频（如一首完整的MP3）后，调用
             此函数，清空VS1003数据缓冲区，为下面的音频数据（如下
             一首MP3）作准备。
 - 隶属模块：VS1003B模块
 - 函数属性：外部，用户可调用
 - 参数说明：无
 - 返回说明：无
 ******************************************************************/

void VS_Flush_Buffer(void)
{
	unsigned int i;
	VS_XDCS_0;	   //打开数据片选，即开启SDI传输
	for(i=0;i<2048;i++)
	{
		VS_Send_Dat(0);
	}
	VS_XDCS_1;        //关闭数据片选
}

/******************************************************************
 - 功能描述：正弦测试，这是测试VS1003芯片是否正常的有效手段！！
 - 隶属模块：VS1003B模块
 - 函数属性：外部，用户可调用
 - 参数说明：x决定了正弦测试中产生的正弦波的频率，直接影响听到的
             声音的频率
 - 返回说明：无
 ******************************************************************/

void VS_sin_test(unsigned char x)
{
	VS_Write_Reg(0x00,0x08,0x20);//启动测试，向0号寄存器写入0x0820   SM_SDINEW为1   SM_TEST为1
	while(!VS_DREQ);   //等待DREQ变为高电平
	VS_XDCS_0;	    //打开数据片选 SDI有效
	SPI_WriteByte(0x53);//写入以下8个字节,进入正弦测试
	SPI_WriteByte(0xef);
	SPI_WriteByte(0x6e);
	SPI_WriteByte(x);   //参数x用来调整正弦测试中正弦波的频率   FsIdx (b7~b5):采样率表索引   S (b4~b0):正弦波的跃速   频率F=Fs X S / 128
	SPI_WriteByte(0);   //比如x=126 (0b 011 11110) FsIdx=011=3   Fs=22050Hz   S=11110=30    F=22050Hz X 30 /128 =5168 Hz
	SPI_WriteByte(0);
	SPI_WriteByte(0);
	SPI_WriteByte(0);
	delay(6000);      //这里延时一段时间，为了听到“正弦音”
	SPI_WriteByte(0x45);//写入以下8个字节，退出正弦测试
	SPI_WriteByte(0x78);
	SPI_WriteByte(0x69);
	SPI_WriteByte(0x74);
	SPI_WriteByte(0);
	SPI_WriteByte(0);
	SPI_WriteByte(0);
	SPI_WriteByte(0);
	VS_XDCS_1;	    //关闭数据片选 ，SDI无效
}

音频文件需要转换为C头文件，可以用matlab实现：

clear;
clc;
close all;

f = fopen(‘222.mp3‘,‘rb‘);
a = fread(f,‘uint8‘);
fclose(f);
fb = fopen(‘D:\Tutor_My\MP3Player\MP3Player.sdk\SDK\SDK_Export\mp3\src\mp3.h‘,‘w‘);
fprintf(fb,‘const unsigned char mp3_table[] = {\r\n‘);
fprintf(fb,‘0x%02x,\r\n‘,a(1:end));
fprintf(fb,‘\r\n};‘);
fclose(fb);

下载比特流，运行。通过耳机可以听到你转换的mp3。

完成上述工程，只需要10min，操作完全由Vivado+SDK完成，操作十分简单集中。

ZED-Board从入门到精通系列（七）——Vivado+SDK实现MP3播放

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