摘要：本文詳細介紹了嵌入式系統的特點以及嵌入式系統開發的流程，分析基于嵌入式Linux的MP3播放器的關鍵技術，設計和實現了一種基于嵌入式系統的 MP3 播放器。該播放器利用 QT 技術和開源的音頻解碼器 libmad編程實現，運行在嵌入式 Linux和 ARM9 硬件平臺。最后就今后播放器開發過程中一些問題進行了探討。

關鍵字：嵌入式???? Linux ??MP3 ??播放器??? QT

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Designand implementation of MP3 player based on embedded Linux

ZHAO Peng

(Department of Computer Science and Technology, Taiyuan NormalUniversity, Taiyuan ,Shanxi?030012)

Abstract：This paper gives the characteristic of the embedded system and theprocess of the embedded system development. Based on the analysis of the MP3 playerkey technology a kind of MP3 player is designed and implemented by use of QTtechnology and open-source audio decoder library libmad. It can run on theLinux and ARM9 hardware platform. At last the paper gives some issues in thefarther research.

Key words：embedded; Linux; MP3 player; QT;

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我們身處在物聯網、云計算、3G和三網合一這樣的一個風起云涌的時代，在這些技術背后有一個很重要的技術支撐平臺——嵌入式系統開發。更有人提出我們現在身處在后PC時代，即嵌入式時代。嵌入式不僅廣泛應用于工業控制、通信設備、信息家電、醫療儀器等領域，而且大量應用于手機、PDA等消費類電子設備。MP3 作為高質量音樂壓縮標準，數據壓縮比率大，回放質量高。在這些個人消費電子設備中實現 MP3播放功能顯得十分有必要。本文在研究分析了 MP3 文件格式與解碼原理后，詳細介紹了基于 Linux 操作系統的嵌入式MP3 播放器的設計與實現過程。

1.??????前言

??? 嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適用于應用系統，對功能、可靠性、成本、體積、功耗等方面有特殊要求的專用計算機系統^[1]。

嵌入式產品的特點：從性能角度看，嵌入式產品范圍廣，不同的產品的方向不同，這些方向主要有：體積、成本、功耗、穩定性、實時性、功能和外觀等。從技術角度看，軟硬件結合，操作系統在嵌入式產品中的應用越來越廣，所有的通用計算機技術都有可能被應用在嵌入式產品中，需要和具體行業技術結合，開發難度大，周期短。

嵌入式系統與一般PC系統的區別

l? 嵌入式系統專用于特定的應用，而PC是通用計算機；

l? 使用多種類型的處理器與處理器的體系結構；

l? 關注成本；

l? 大多有功耗約束；

l? 經常在極端的環境下運行；

l? 系統資源比PC少的多；

l? 需要專用工具和方法進行開發設計；

l? 嵌入式系統的數量遠遠超過PC.

2.??????嵌入式產品開發的流程

嵌入式產品開發流程：

l? 開發前期準備工作

需求分析，可行性分析；

l? 具體的技術開發

?硬件設計、嵌入式系統構建、驅動編程、應用編程、GUI開發、電源管理、啟動時間、算法優化、實時性優化、系統測試、產品模具結構設計及組裝；

l? 開發后期工作

?用戶體驗測試、產品送檢、小批量生產測試、大批量生產；

3.??????基于嵌入式Linux的MP3播放器的技術

3.1??Linux文件I/O

文件是Linux系統中最基本也是最重要的一個概念。Linux系統提供的一個非常重要的功能就是文件系統。Linux遵循一切都是文件的理念，因此，絕大多數交互操作都可以使用類似文件的讀取和寫入等來實現，即使所操作的對象不是普通的文件愛你，而是硬件設備，也是一樣來對待，從而實現了一定的統一。

文件只有被打開才能被訪問。文件可以以只讀方式或者只寫的方式來打開，也可以兩者兼有。一個被打開的文件通常使用文件描述符的唯一標識進行引用，這個描述符是打開文件的元數據到它本身的映射。在Linux系統內核中，文件描述用一個非負的整數來表示，文件描述符在用戶空間共享，允許用戶應用程序通過文件描述符來直接操作文件。當打開一個現存文件或者創建一個新文件時，內核就會向進程返回一個文件描述符，當讀寫一個文件時，用open或者creat返回的文件描述符用來標識這個文件，將它作為參數傳遞給read或者write。

3.2??Linux進程和線程編程

進程就是指系統正在執行的程序，也就是隊列中正在執行的任務，進程是一個具有一定獨立功能的程序關于某個數據集合的一次運行活動。通俗的講程序是一個包含可以執行代碼的文件，是一個靜態的文件。而進程是一個開始執行但是還沒有結束的程序的實例。就是可執行文件的具體實現。一個程序可能有許多進程，而每一個進程又可以有很多子進程。在系統里面只有進程沒有程序，為了區分各個不同的進程，系統給每一個進程分配了一個ID以便識別。為了充分的利用資源，系統還對進程區分了不同的狀態，將進程分為新建、運行、阻塞、就緒和完成五個狀態。

每個進程至少需要一個線程。進程由兩部分組成：進程內核對象，地址空間。線程也由兩部分組成：線程內核對象，操作系統用它來對線程實施管理。線程堆棧，用于維護線程在執行代碼時需要的所有函數參數和局部變量。進程是不活潑的。進程從來不執行任何東西，它只是線程的容器。線程總是在某個進程環境中創建的，而且它的整個壽命期都在該進程中。

3.3??QT編程

目前的桌面機操作系統大多有著美觀、操作方便、功能齊全的GUI（圖形用戶界面），例如KDE或者GNOME。GUI（圖形用戶界面）是指計算機與其使用者之間的對話接口，可以說，GUI是當今計算機技術的重大成就。它的存在為使用者提供了友好便利的界面，并大大地方便了非專業用戶的使用，使得人們從繁瑣的命令中解脫出來，可以通過窗口、菜單方便地進行操作。^[2]

在嵌入式系統中，GUI的地位也越來越重要，但是不同于桌面機系統，嵌入式GUI要求簡單、直觀、可靠、占用資源小且反應快速，以適應系統硬件資源有限的條件。另外，由于嵌入式系統硬件本身的特殊性，嵌入式GUI應具備高度可移植性與可裁減性，以適應不同的硬件條件和使用需求。

嵌入式GUI特點：

l? 體積小；

l? 運行時耗用系統資源小；

l? 上層接口與硬件無關，高度可移植；

l? 高可靠性；

l? 在某些應用場合應具備實時性

??? Qt/Embedded是Trolltech公司（目前已被Nokia收購）為嵌入式系統開發的Qt版本。從Qt 4.1版本開始，Qt/Embedded改名為Qtopia Core，又從Qt 4.4.1版本開始，Qtopia Core又改名為Qt for Embedded Linux.

4.??????基于嵌入式Linux的MP3播放器的設計與實現

??? 由于 Linux 具有開放源碼，軟件資源豐富，性能高效、穩定，支持多種體系結構，大小、功能都可定制，價格低廉等優點，本MP3 播放器系統基于嵌入式Linux操作系統來實現。而MP3 播放器的界面設計則采用Qt/Embedded技術，它是著名的Qt 庫開發商挪威 Troll-Tech 公司面向嵌入式系統的 Qt 版本。其特點是可移植性好，產品較成熟，開發文檔和SDK齊全，對內存資源需求少，顯示性能好等^[3]。

而對于 MP3 播放器一些底層功能的實現，可以基于一些開源音頻解碼庫，只要開發者遵循開發協議即可，這樣可以加快開發速度和減少開發成本。在本 MP3 播放器的設計和實現的過程中，主要采用 libmad 解碼庫。libmad是一個開源的高精度MPEG音頻解碼庫，它提供 24-bit 的PCM輸出。用 libmad 解碼庫對 MP3 文件進行解碼播放的音質比較好，而且使用libmad提供的API，可以實現 MP3 數據解碼和順序播放^[4]。

#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <stdlib.h> #include <fcntl.h> #include <sys/soundcard.h> #include <unistd.h> #define BUF_SIZE 4096 int audio_fd; unsigned char audio_buffer[BUF_SIZE];intmain(void){ //-- 1. 打開聲卡設備文件, 可寫的 audio_fd =open("/dev/dsp",O_WRONLY); //-- 2. 打開聲卡設備文件失敗 if(audio_fd< 0 ){ perror("openerror\n");exit(1);}//-- 3. 設置聲卡讀取格式int format;format =AFMT_S16_LE;if(ioctl(audio_fd,SNDCTL_DSP_SETFMT,&format) == -1){perror("SNDCTL_DSP_SETFMT");exit(1);}//-- 4. 設置聲卡的聲道int channels= 2;if(ioctl(audio_fd,SNDCTL_DSP_CHANNELS,&channels) == -1){perror("SNDCTL_DSP_CHANNELS");exit(1);}//-- 5. 設置聲卡的播放速度int speed =44100;if(ioctl(audio_fd,SNDCTL_DSP_SPEED, &speed) == -1){perror("SNDCTL_DSP_SPEED");exit(1);}//-- 6. 打開音樂文件int fd;fd =open("nuannuan.wav",O_RDONLY);if(fd<0){perror("opensound file error\n");close(audio_fd);exit(1);}int ret;while(1){//-- 讀音頻文件ret=read(fd,audio_buffer, sizeof(audio_buffer));if(ret<0){perror("readerror\n");break;}if(ret==0){break;}//-- 往聲卡設備文件中寫ret =write(audio_fd,audio_buffer,ret);if(ret<0){perror("writeerror\n");break;}} close(fd); //關閉文件 close(audio_fd); //關閉聲卡 return 0; }

5.??????小結

本系統實現了播放MP3的功能，達到了市場上其他MP3播放器的效果。需要進一步改進的是網絡功能，可以實現邊下載數據，邊播放音樂。還要做的增加Sqlite數據庫，對歌曲進行存儲和管理。

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參考文獻：

1.? 李亞鋒, 歐文盛. ARM 嵌入式 Linux系統開發從入門到精通 [M].北京:清華大學出版社,2007

2.? 倪繼利.Qt 及 Linux 操作系統窗口設計[M].北京:電子工業出版社,2006

3.? 博創科技.MP3 播放器與U盤設計[M].北京:清華大學出版社,2007

4.? 汪永好基于嵌入式 Linux 的 MP3 播放器的設計與實現[J].計算機工程與設計，2009

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作者簡介：

??? 趙鵬，1973年出生，太原師范學院計算機系講師，研究方向：數字圖書館，數據倉庫，軟件工程和嵌入式系統。發表論文十余篇，出版著作一部，參與多項省部級項目。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于嵌入式Linux的MP3播放器的设计与实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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