单片MPEG音频解码芯片的设计研究

摘要

论文的工作目标就是研究MPEG音频解码的算法及实现单片音频解码芯片的设计。利用软硬件协同设计的思想，复用AMBA、RISC32、UART等IP构建SOC平台，不仅缩短设计周期，提高了设计效率，并根据各个部分的特点，选择软件或硬件实现，达成优化的设计方案。由于便携播放器的要求，我们从降低芯片功耗，提高芯片性能等方面，提出了架构、算法的软硬件的实现方法，进行RTL级仿真，FPGA功能验证，板极验证，分析了ASIC方法实现的芯片功耗和面积。在单片音频解码芯片的实现过程中，贯穿了软硬件协同设计的方法。我们利用32位RISC核设计了定点MPEG音频实时解码芯片，实时解码MP3只需芯片工作频率为36.5MHz。采用JTC1/SC29/WG11提供的专门用于精度测试的音频码流进行测试，测试结果表明完全符合MPEG音频解码的精度要求，最后利用FPGA开发板验证了我们设计的单片MPEG音频解码芯片，并进行了板级验证。本文提出的软硬件协同设计思想和所构建的SOC平台具有非常广泛的通用性，真正实现产品开发的实时上市(timetomarket)。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 概述

1.2 相关研究及国内外现状

1.3 本文的工作及组织

第二章 MPEG音频编解码技术及相关理论

2.1 MPEG音频部分

2.1.1码流格式

2.1.2编解码理论和技术

2.2 SOC(System On Chip，片上系统)技术

2.2.1 IP复用技术

2.2.2软硬件协同技术

2.3 本章小结

第三章 解码芯片的软硬件协同设计

3.1 软硬件协同设计总体流程

3.2芯片设计要求

3.3芯片软硬划分算法

3.4解码芯片的软硬件划分

3.5硬件部分设计

3.5.1总线和CPU核的选定

3.5.2缓冲区考虑

3.5.3 IP核的设计

3.6软件部分设计

3.6.1软件的文件管理和主流程

3.5.2解码流程

3.7 硬件综合

3.8 软件编译

3.9 接口综合

3.10协同验证和功能仿真

3.11板级验证

3.12本章小结

第四章算法的优化及实现

4.1合成滤波器的算法

4.2 IMDCT算法及其优化实现

4.3 子带综合滤波器算法及其优化实现

4.3.1子带综合滤波器的标准算法

4.3.2子带综合滤波器的优化算法

4.4本章小结

第五章 音频解码芯片架构和实现

5.1软硬件划分

5.2 单片音频解码芯片的硬件架构

5.2.1单片音频解码芯片架构选择

5.2.2 AMBA总线及AHB2APB桥的设计

5.2.3 RISC32

5.2.4内部存储器

5.2.5 UART的设计

5.2.6 IIS的设计

5.2.7 LCD接口、通用I/O单元、海量存储器接口的设计

5.3软件设计实现

5.3.1启动代码的设计

5.3.2软件设计

5.4低功耗分析

5.5 本章小结

第六章 解码芯片实现结果分析和验证

6.1 软件编译

6.2 硬件综合

6.3 RTL级功能仿真

6.4解码结果分析

6.5 FPGA验证

6.5.1 FPGA硬件验证开发板

6.5.2 FPGA验证硬件验证开发工具介绍

6.5.3 FPGA验证流程

6.6 板极验证

6.6 小结

第七章总结与展望

参考文献

致 谢

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