三、计划规划
3.1 体系功用完结原理
该体系为完结自主能量收集以及多用户播映器的功用，以主操控芯片AT32UC3A为中心，归纳运用液晶显现、多通道操控电路、用户接口、内存及外部存储设备和电源等部分来完结体系功用。根本的体系硬件结构框图如下：
图2 体系硬件结构框图
体系各个部分彼此和谐，以完结体系的整体功用，以下是体系各个组成部分的完结原理：
3.1.1 主控芯片功用
该体系的主控芯片为AT32UC3A，之所以选用该芯片作为该体系的主控芯片，因为该芯片有以下功用：
1、强壮的音频处理才干：AVR32微操控器的中心是AVR32 CPU内核，其特色是供应了一系列覆盖面较广、往往只在高端CPU和DSP上才有的指令。因为具有这样的高功用，所以它不再需求定制音频解码器硬件，它能以稍高于20MHz的运算才干解码立体声MP3音频流。因为其最高速度可达72MHz，因而其CPU还留有满足的功用裕量来处理AAC和AAC+等“负荷较重”的音频格局。而剩下的功用裕量还能够运转操作体系和完结有必要的文件存储和通讯功用。
2、高功用的D/A转化器：数字音频信号在解压之后，有必要转化为模仿音频才干经过一组扬声器播映出来。AVR32供应了一个Hi-Fi立体声16位DAC用于立体声输出。因而，它只需求一个很小的外部功放来发生线路输出、耳机输出或外部扬声器所需的输出电平。
3、丰厚的外部衔接：尽管AVR32微操控器中的闪存和SRAM足以存储用户固件、解码音频和缓冲通讯数据，但片上存储器的巨细并不足以缓冲几秒以上的音频内容。不过AVR32的可选存储器规模很宽，其间三种最受欢迎的便是SD/MMC卡、USB大容量存储器和NAND闪存。AVR32能够恣意组合这几种存储器用于存储音频内容。其间，SD卡接口支撑高达2GB的高速大容量SD卡;USB主机接口能衔接惯例USB记忆棒，也可用于接入一个带USB插头的媒体播映器、相机或手机。
关于主控芯片及渠道的具体信息将在后文中介绍。
3.1.2 能量收集模块
太阳能收集
现在的太阳能收集技能比较老练，该体系中运用太阳能电池作为收集太阳能的设备，并将其转化成电能。扼要的作业原理图如下：
图3 太阳能收集原理图
该部分的中心为充放电操控器，在阳光充足的状况下太阳能电池阵列吸收光能并发生电能，充放电操控器将该电能充入蓄电池组，一起为播映器供应必要的电能。在阳光不充足的状况下，充放电操控器则从蓄电池组提取能量供应播映器。
振荡能量收集
当时振荡能量收集技能有多种，该体系中运用最传统的做法，即运用一块悬挂的磁铁，将线圈放置在一个改变的磁场中发生电磁感应，发电机则经过电磁感应来完结能量转化。
图4 轰动能量收集原理图
该部分中心仍为充放电操控器，振荡能量转化设备转化的能量经过充放电操控器存储在蓄电池中或给播映器供电，若无振荡状况下，则直接运用蓄电池给播映器供电。
3.1.3 播映器功用模块
MP3解码电路
音频以数字信息的格局存储在介质中，因而在播映歌曲的时分要运用音频解码电路进行转化，将数字量转化为模仿量并输出，因而需求MP3解码电路以完结这一功用。最常见的MP3音频解码电路由音频解码器，可变采样率ADC和立体声DAC，耳机扩大电路构成。而AT32UC3A芯片集成的强壮功用能够完结解码电路的大部分功用，因而，只需求再参加一个很小的功放来发生线路输出、耳机输出或扬声器所需求的电平。
多通道操控电路
该播映器规划有面向多用户的功用(最多4用户)，该功用首要由多通道操控电路来完结。在该功用中，选用分时多缓冲技能：首要把时刻分为很小的时刻片段，时刻段的个数等于通道个数，每个时刻片段照应不同的歌曲情切，主控芯片依据恳求读取FLASH存储器中的数据，并将其按恳求次序放入内存，并送给解码器，解码得到的信号经4路高速操控开关选通4个音频输出口。因为时刻空隙很小，人耳无法分辩，所以确保了歌曲播映的完整性。其扼要原理图如下：
图5 多通道操控原理图
贮存单元
该体系的贮存单元首要有外部存储器接口、SRAM内存、FLASH存储和USB接口。
外部存储器接口
考虑到硬件渠道内置存储空间较小的问题，并结合主控芯片AT32UC3A的外部接口特色，该体系选用外部存储器来贮存歌曲，该存储器能够是高速大容量的SD卡或USB记忆棒。
SRAM内存
该部分作为体系的内存，用于处理和运算，确保体系的正常运转。
FLASH存储
FLASH存储设备用于寄存体系的操控程序。
USB通讯接口
体系供应USB通讯接口以便利体系与外部设备的互联，该USB接口能够用于下载歌曲等操作。
3.1.4 电源办理
该部分首要包含四个部分：电池、充放电操控器、太阳能能量收集电路和振荡能量收集电路，在充放电操控器的操控下，完结个部分的和谐供电，一起运用AT32UC3A芯片的电源办理，使体系完结最低功耗。
3.2 硬件渠道选用及资源装备
3.2.1 硬件渠道挑选
该体系选用EVK1105作为渠道进行相关的研制和制造作业，理由如下：
1、其主控芯片强壮的音频处理功用
EVK1105硬件渠道选用了AVR高功用32位微操控器AVR32，而AVR32微操控器的中心是AVR32 CPU内核，其特色是供应了一系列覆盖面较广、往往只在高端CPU和DSP上才有的指令。因为具有这样的高功用，所以它不再需求定制音频解码器硬件，它能以稍高于20MHz的运算才干解码立体声MP3音频流。因为其最高速度可达72MHz，因而其CPU还留有满足的功用裕量来处理AAC和AAC+等“负荷较重”的音频格局，一起UC3A器材还可处理两个音频接口。在高质量立体声输出方面，该芯片集成了一个内置FIR和Comb滤波器的立体声16位比特流音频DAC;至于4声道或全环绕声，则可运用IIS接口来衔接外部音频编解码器。两个接口均由运用AVR32 外设 DMA 操控器的驱动器供应支撑，能够大幅削减 CPU 开支。而剩下的功用裕量还能够运转操作体系和完结有必要的文件存储和通讯功用，这大大的增强了体系功用和稳定性。2、杰出的存储器挑选规模
尽管AVR32微操控器中的闪存和SRAM足以存储用户固件、解码音频和缓冲通讯数据，但片上存储器的巨细并不足以缓冲几秒以上的音频内容。可是AVR32的可选存储器规模很宽，其间三种最受欢迎的便是SD/MMC卡、USB大容量存储器和NAND闪存。AVR32能够恣意组合这几种存储器用于存储音频内容。其间，SD卡接口支撑高达2GB的高速大容量SD卡;USB主机接口能衔接惯例USB记忆棒，也可用于接入一个带USB插头的媒体播映器、相机或手机。NAND闪存接口最多可支撑两块芯片，而且能供应对单层(SLC)和多层单元(MLC)ECC的硬件支撑，这便为音乐文件的存储供应了海量的空间。
3、十分低的功耗
AVR32系列的功耗不到2.0mW/MHz，因而只需两块AA电池，就能继续150小时的音频播映。而在只要实时时钟运转的待机形式下，相同的电池可维持9年多的时刻。
4、丰厚的外部接口
EVK1105还供应了很多的外设和接口，比方高保真音频接口、10/100以太网口、无线模块接口、外联接口、麦克风、数模转化和液晶显现器。这大大的简化了电路的规划，进步了体系的稳定性。
因而，咱们决议运用EVK1105作为本音乐播映器的硬件渠道。
3.2.2 EVK1105的具体功用
EVK1105的硬件渠道结构如下：
图6 EVK1105渠道
EVK1105硬件渠道资源介绍及其装备：
CPU：AT32UC3A0512首要特性如下
高功用，低功耗AVR32UC 32位微操控器
精简略周期RISC指令集，含DSP指令集
“读-改-写”三步操作和位元处理操作
1.49 DMIPS/MHz功用体现
在FLASH中66 MHz下，高达91 DMIPS的运转速度(1等候状况)
在FLASH中33 MHz下，高达49 DMIPS的运转速度(0等候状况)
内存保护单元
多层次总线体系
经过为进步功用而设的独立总线上，完结高功用数据传输
15个外设DMA通道，进步外设通讯速度
512K Bytes
单周期拜访速度高达33 MHz
预取缓冲，优化了指令履行功率，到达最高速度
4ms页面编程时刻和8ms整片擦除时刻
100,000次写周期，15年数据保存才干
FLASH安全确定和用户自定义装备区
64K Bytes
兼容SDRAM/SRAM存储器总线(16位数据总线和24位地址总线)
主动向量低延时中止服务，带可编程优先级
电源时钟办理，含内部RC时钟和1个32KHz晶振
两个多用途振荡器和双锁相环(PLL)，答应独立CPU频率，不受USB频率影响
看门狗守时器，实时时钟守时器
Device 2.0全速，以及On-The-Go(OTG)低速和全速
经过专用的DMA通道完结灵敏的端点装备和办理
片上收发器，含上拉电阻
802.3以太网媒体拜访操控器
支撑媒体独立接口(MII)和简化MII(RMII)
3个外部时钟输入，PWM，接纳和多种计时才干
内部高速FLASH
独立波特率发生器，支撑SPI，IrDA和ISO7816接口
支撑硬件握手操作，RS485接口和调制解调线路
内部高速SRAM，全速单周期拜访
支撑I2S协议和通用依据结构协议
外部存储器接口，用于AT32UC3A0扩展
中止操控器
采样速率最高可达50 KHz
Nexus Class 2+，运转操控，非强加数据和程序盯梢
体系功用
通用串行总线
10/100 Mbps的以太网MAC接口
1个三通道16位守时/计数器(TC)
1个7通道16位脉宽调制操控器(PWM)
4个通用 同步/异步 接纳/发送器(USART)
2个主/从串行外设接口(SPI)，带片选信号
1个同步串行协议操控器
1个主/从2-wire接口(TWI)，兼容400kbit/s I2C
1个8通道10位模数转化器
16位立体声比特流
片上调试体系(JTAG接口)
100脚 TQFP(69 GPIO引脚)，144脚 LQFP(109 GPIO引脚)
5V输入容差I/Os
3.3V单电源供电或1.8V-3.3V双电源供电
外部设备和接口：
高保真音频接口
该音频接口作为本播映器的耳机的插口。
电压挑选接口
为硬件渠道供应强壮的能量支撑。
USB接口
与PC通讯，作为下载音乐文件的接口。无线模块接口
该接口支撑IEE802.15.4™/Zigbee® 和蓝牙，作为无线收听音乐和操控播映器的接口。运用该接口用户能够随时对播映器的播映状况进行调整，而且该无线通讯是双向的，因而，用户能够不用去寻觅播映器，而只在耳机上就能够对播映器进行操控。
五向接触按键
按键直接对音乐播映器进行操控
LED灯
显现音乐播映器当时的用户数目，运用户能够实时的了解当时的用户数量。
2寸QVGA液晶显现器
用于显现播映器的播映状况，如歌曲、音量和歌词等信息，运用户能够实时了解到体系的状况，并依据自己的喜爱和需求对体系状况进行调整。
数模转化
为完结高品质音乐享用供应确保。
综上所述，依据EVK1105强壮的音频处理功用，丰厚的外部结构，较低的功耗以及杰出的外部存储器扩展，该体系选用这个渠道进行相关的开发和制造。
3.3体系软件架构
结合UC/OS-II实时操作体系的特色，该音乐播映器的软件架构选用分层规划，整个软件体系杰出体系裁剪快捷化、软件渠道重用性最大化的特色。该音乐播映器的软件架构总共有四层：体系引导层、UC/OS操作体系层、动态加载专用驱动层和多使命应用层。
图7 音乐播映器软件架构
体系引导层
体系引导层是体系加电之后运转的榜首段方针码。首要完结根本硬件的初始化，然后初初始化要害外围硬件，最终为内核设置发动参数并加载内核。
(2)UC/OS-II操作体系层
UC/OS-II操作体系层是UC/OS-II操作体系内核，经过裁剪，完结最小功用集。本层首要包含硬件驱动、进程操控办理、内存办理、文件体系和体系调用接口。其间，进程操控办理包含进程通讯和进程调度。
(3)动态加载专用驱动层
动态加载式专用驱动层环绕该音乐播映器专用硬件，选用加载方法完结驱动规划，并构成音乐播映器专用硬件加载式驱动层，该层首要包含无线接口驱动、LCD 驱动、键盘驱动、麦克风驱动、音频接口驱动、USB驱动和外部存储接口驱动。
(4)多使命应用层
多使命应用层是该音乐播映器专用功用的应用层完结。该层选用1个进程运转多个线程的机制完结多使命操作进程之间选用音讯行列通讯机制。与专用硬件加载驱动层照应，该层首要包含无线接口使命、界面显现使命、按键输入使命、麦克风处理使命、音频接口使命、USB数据复制使命和电源办理使命。多线程与音讯行列通讯机制不只完结了多使命处理。一起便利了该音乐播映器功用扩大,为设备演进打下了杰出基础。
3.4体系软件流程
体系的软件流程图如下：
图8 程序运转流程图
EVK1105上电后，开端初始化，然后初始化UC/OS-II操作体系，完结初始化后体系创立各项使命，并创立一个优先级最高的监督使命，最终发动操作体系，体系依照优先级调度运转各项使命，并一向监督各项使命的运转状况，直到关机键被按下。
3.4 体系估计完结成果
1、太阳能和振荡能能够供应整个体系所需的绝大部分能量，完结真实意义上的环保和自主供能。
2、依据太阳能电池板的特性，完结太阳能的最大转化，进步太阳能供电比重。
3、多用户播映功用，在UC/OS-II实时操作体系的操控下，能够随时添加或删减收听的用户的数目，最多能够一起为4个用户播映音乐，并将当时的用户数量用LED灯的方法显现出来。
4、凭借EVK1105上的无线接口，是每个用户都能够无线收听音乐，脱节耳机线的捆绑，愈加自在的享用音乐的美好。一起，凭借耳机上的按键完结音乐播映器的防丢掉功用。
5、运用具有DSP指令的AT32UC3A系列CPU，完结高品质的音乐播映。
6、凭借AT32UC3A上的USB等高速接口，完结音乐文件的海量存储。
四、立异点
该体系在功用上和体系规划上首要有以下几点立异：
振荡能量收集
尽管现在已有一些振荡能量收集的计划，可是大多局限于微型传感器的运用，该体系将收集到的振荡能量用于音乐播映器，使得能量的收集手法愈加丰厚。
辅佐寻觅功用
针对便携式产品不易寻觅的特色，该体系参加辅佐寻觅，体系各部分能够进行声响应对，为用户供应的便利。
多用户播映功用
该功用使得单个音乐播映器不再局限于只为单个用户播映歌曲的现状，而是能够一起为多个用户供应不同的音乐。
