构建一个基于RT-Spark的3线程FreeRTOS MP3播放器

还记得那些专为播放MP3而生的便携式设备吗?在智能手机无所不能之前，拥有一个专门用于音乐的独立设备，曾是顶级的科技配件。为了我在棉兰老州立大学——IIT的固件编程期末考试项目，我决定回到过去，从零开始打造一款个人MP3播放器。

但我并不想让它只是一个简单的Arduino循环。我想要用STM32微控制器和FreeRTOS构建一个工业级的多线程系统。

这是我的故事：如何将一块裸机的RT-Spark板变成一个功能完整的多任务音频播放器。

愿景与硬件

目标很明确：打造一款能够播放8首不同曲目的设备，配备实体音量旋钮、LCD界面、诊断用RGB指示灯以及独特的曲目选择机制。

为了实现这一点，我的硬件栈包括：

•大脑：RT-Spark板上的STM32F407ZG。

•语音：一款ES8388音频编解码器，通过I2C进行控制通信，通过I2S(带DMA)实现流畅、不间断的音频流传输。

•用户界面：由FSMC驱动的LCD显示屏和内置RGB LED灯。

•控制部分：一个标准的电位器和一组连接在面包板上的按钮。

“二进制”音轨选择器的实际应用

我希望用户交互体验能像真正的硬件破解一样。我采用了一种二进制选择系统，而不是简单的“下一个/上一个”按钮设计。

如项目视频所示，我在面包板上连接了一排触觉按钮。通过同时按下三个按钮(BTN2、BTN3 和 BTN4)，可以输入一个 3 位二进制数(0 到 7)，从而选择 8 个预设音轨中的其中一个。

输入组合后，按下主选择按钮即可播放歌曲。系统会立即给出视觉反馈：LCD屏幕上显示“确认曲目”，并点亮车载RGB LED灯，变为绿色。随后你有5秒的紧张“等待时间”来确认选择。如果确认，音乐将开始播放;若不确认，设备将直接恢复之前正在播放的内容。这是一种高度精准、触觉化的设备交互方式!

用FreeRTOS掌控混乱

当你同时进行音频流媒体播放、读取模拟音量旋钮、轮询按钮以及更新LCD时，标准的while(1)循环会迅速变成一个缓慢、卡顿的混乱状态。为了解决这个问题，我采用了FreeRTOS将任务分发到三个独立且协同工作的线程中：

UI与音频引擎(线程1)：该线程是主要的执行者。它安全地更新LCD屏幕，显示曲目名称和系统状态(如“正在播放”或“已停止”)。同时，它控制关键的RGB指示灯——当曲目正在播放时亮蓝色，播放停止时亮红色，在曲目选择阶段则亮绿色。

输入采集线程(线程2)：该线程持续监控物理面包板上的按钮，计算二进制轨道选择，管理5秒超时逻辑，并监视一个专用按钮以立即停止或恢复音乐播放。

音量监视器(线程3)：一个专用线程会持续监控连接到面包板上的电位器。如演示所示，只需轻轻旋转该旋钮，即可立即调整输出音量，将原始的ADC值转换为干净的百分比，并传输至音频编解码器。

结果

当我插上扬声器，听到合成音符在调整物理音量旋钮时完美播放，同时看到LCD屏幕实时更新——那一刻，纯粹是创作者的魔法。

使用DMA(直接内存访问)处理音频，意味着CPU在播放音乐时几乎无需负担，从而为实时操作系统留出充足处理能力，使其能够无缝地管理界面和输入。

这个项目在内存管理、硬件中断和实时操作系统方面都是一次极为宝贵的学习经历。它证明了，只要采用合适的架构，单个MCU就能优雅地同时处理十几个任务!

本文编译自hackster.io