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