引言
随着mp3播放器作为消费类产品的普及，MP3的设计与生产也越来越多。在当前的MP3播放器中，一般有以下几种设计方案：
① MCU内置硬解码模块。典型的芯片有Atmel公司的AT89C51SNDI等芯片。
② 外置独立的MP3硬解码芯片。此种方案的好处是可以使用众多的MCU，可根据需要任意选择。硬解码芯片典型的有VS1011B、STA013等芯片。
③ 使用功能强大的MCU进行软解码，如使用DSP或是高性能的ARM。此种方案较为灵活，通过软件升级即可实现产品的升级。
MP3播放器的存储介质一般采用Flash存储芯片。随 着USB技术和闪存技术的发展，优盘已经成为一种大众化的电子产品被广泛使用，但优盘一般只是作为PC的移动存储器。本文研究的一种方案是在上述MP3设计方案②的基础上，外扩优盘读写电路，使存储介质使用普通的优盘。这样可以解决普遍使用的优盘只能作为PC外设存储数据用的问题，使U盘的使用范围扩展到MP3上。更大的意义还在于，本文提出了一种在以嵌入式系统、MCU为核心的消费类电子产品或工业产品中，将优盘作为数据存储器使用的设计方案，为在微计算机测控系统、仪器仪表、无纸化数据记录仪、数码相机等产品中添加优盘外设功能提供有益的参考。
1 硬件设计
S3C44B0X是Samsung公司开发生产的为嵌入式设备提供的一个低成本、高性能的ARM7TMDI核处理器，其最高运行频率可达66 MHz。SL811HS是Cypress公司的一款遵从USB1.1协议的嵌入式Host/Slave USB芯片；可以支持低速和高速模式，能自动侦测低速模式1. 5 Mbps设备和高速模式12 Mbps全速设备。由于具有8位数据总线的支持，使该芯片可以较为简单地与微控制器相连，SL811HS芯片与S3C44B0X的接口较为简单。本系统中ARM读/写优盘原理框图如图1所示。
SL811HS的控制命令和数据均通过D0～D7传输，A0为数据或地址选择线。当A0置为低电平时，D0～D7上传输的是SL811HS片内寄存器的地址；反之当A0置为高电平时传输的则为数据。nWR、nRD、nCS、nRST0分别为写控制线、读控制线、片选线和复位线，S3C44B0X通过这几根控制线完成对SL811HS片内缓冲区的读写、片选和复位等操作。INT是SL811HS的中断请求信号线。当SL811HS检测到优盘插入、拔出时，通过将INT线拉高通知S3C44B0X。S3C44B0X可以通过查询SL811HS片内状态寄存器来得知是优盘插入或是拔出。对状态寄存器进行写操作可以清除中断，但需要注意的是ARM的结构特性。ARM内部通常是Little Endian方式存储和使用4字节对齐方式[1]，并且当采用16位数据总线时，地址线ADDR0是无效的[2]。在本系统中，SL811HS芯片A0端是与ADDR1相连接的。
VS1011B是一款单芯片的MP3解码芯片，在国际MP3业余爱好者中影响较大，集成解码、A/D转换、音频放大等功能。VS1011B与S3C44B0X接口为SPI接口，其连接电路原理框图如图2所示。
VS1011B的控制与数据传输是通过SPI接口完成的，DREQ、xDCS、xCS、nRST1分别为数据请求端口、数字片选信号线、片选线、复位线。在VS1001B的新模式下，SDI（Serial Data Interface）数据和SCI（Serial Command Interface）数据传输可以共享ARM的一个SPI接口；而在兼容模式下，SDI数据传输要用DCLK、SDATA串行接口，SCI数据传输用SPI接口。为了简化电路，此处选用了新模式。
2 软件设计
2.1 优盘读写软件的实现
USB组织定义了海量存储设备类（mass storage class）的规范。这个类规范包括4个独立的子类规范：USB Mass Storage Class Control/Bulk/Interrupt (CBI) Transport 、USB Mass Storage Class BulkOnly Transport、USB Mass Storage Class ATA Command Block、USB Mass Storage Class UFI Command Specification。其中优盘属于海量存储设备，遵循bulkonly传输协议，子类采用UFI命令集。本设计软件的总体结构如图3所示。其中两条点画线之间的部分为读/写优盘的软件结构。
2.1.1 USB物理层协议的实现
该部分实现S3C44B0X对SL811HS芯片的直接底层数据的读写，包括对SL811HS的初始化及读/写一个字节的函数。限于篇幅，此处只列出对SL811HS芯片的初始化程序：
/*********************************
函数名称：SL811_Init
函数功能：初始化SL811HS芯片
输入参数：无
返回值：无
*********************************/
void SL811_Init(void){
//初始化U盘为未插入状态
bFlags.bits.SLAVE_ONLINE = FALSE;
bFlags.bits.SLAVE_FOUND = FALSE;
bFlags.bits.SLAVE_REMOVED = FALSE;
bFlags.bits.SLAVE_ENUMERATED = FALSE;
bFlags.bits.SLAVE_IS_ATTACHED = FALSE;
//允许硬件产生SOF（Start of Frame）
SL811Write(CtrlReg,0x04);
DelayMs(100);
SL811Write(CtrlReg,0x01);
//设置SOF，1 ms中断
SL811Write(cDATASet,0xe0);
//设置为主机工作模式
SL811Write(cSOFcnt,0xae);
SL811Write(EP0Status,0x50);
//地址设为0
SL811Write(EP0Counter,0);
//允许数据发送
SL811Write(EP0Control,0x01);
SL811Write(IntEna,0x20);
//清中断
SL811Write(IntStatus,INT_CLEAR);
}
2.1.2 USB设备协议层的实现