RISC-V 嵌入式系统设计 pdf下载

以RISC-V MCU及系统为蓝本贯穿全书，精心设计教学内容
架构指令集等知识全涵盖，搭建完整知识体系
项目驱动教学促实践，强化解决实际问题的能力
首本高校级RISC-V实战教材：RISC-V入门教程，基于国产芯片CH32V307（沁恒微电子）
国家级教学成果转化教材，率先构建RISC-V课程体系”

本书以一个具体的RISC-Ⅴ嵌入式系统设计项目贯穿全书，从嵌入式微处理器系统架构到处理器内核、存储器、处理器外设与驱动，再到嵌入式操作系统层层展开，每一章的内容都紧扣所需设计的系统进行讲解，以项目驱动的方式进行教学。本书大部分章节都设置了案例和实战两个环节，案例部分具体介绍CH32V307 处理器的实现细节，实战部分则详细介绍了基于该处理器的系统设计。所有在实战环节介绍的代码都可以在配套的MCU开发板上进行验证。
为了便于教学和自学，本书各章都设置了思考题可以作为学生自学内容和作业。读者可以在机械工业出版社教育服务网（www.cmpedu.com）免费下载本书实战环节所介绍的代码、相关文档以及电子课件。
本书可以作为本科、高职院校计算机、电子信息、自动化专业的嵌入式系统课程入门教材。

凌明，男，1972年5月生，工学博士，中共党员，东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心教授，博士生导师。现任东南大学电工电子实验中心主任。长期致力于SoC设计及嵌入式系统研究与教学工作。主要研究方向包括：计算机体系结构及其量化分析、存储子系统等。先后参与了“核高基”国家重大专项、国家“863”、国家自然科学基金等科研项目的研发工作。作为主要参与者和执行负责人，先后研发了SEP3203、SEP4020和SEP6200三款自主SoC 芯片，获教育部科技进步二等奖一项，江苏省科技进步三等奖，一等奖各一项。作为主要参与者，设计和建设了东南大学国家示范微电子学院嵌入式系统方向课程群，出版相关教材 4本，创立并组织了十五届东南大学嵌入式系统设计邀请赛，获国家教学成果二等奖一项，江苏省教学成果二等奖一项。

前　言
第1章 嵌入式系统概论 1
1.1 嵌入式系统的定义 1
1.2 嵌入式系统的分类与产业生态 3
1.2.1 基于实时性的分类 3
1.2.2 基于应用的分类 4
1.2.3 嵌入式系统的产业生态 5
1.3 如何学习嵌入式系统 7
1.3.1 嵌入式系统的知识体系 7
1.3.2 设计一个嵌入式系统：基于语音识别和蓝牙通信的直流电机控制系统 9
本章思考题 10
第2章 嵌入式微控制器与系统架构 11
2.1 嵌入式微处理器的硬件架构 12
2.1.1 嵌入式微处理器的总体架构 12
2.1.2 嵌入式微处理器的处理器内核 14
2.1.3 嵌入式微处理器的存储器 14
2.1.4 嵌入式微处理器的外设 16
2.1.5 嵌入式微处理器的互联架构 17
2.2 AMBA片上总线 19
2.2.1 AMBA规范概述 19
2.2.2 AHB的主要特点与工作原理 19
2.2.3 APB的主要特点与工作过程 22
2.3 案例：CH32V307 MCU的硬件架构 23
2.4 实战：基于CH32V307的语音识别控制系统的硬件架构 26
2.4.1 语音识别系统 26
2.4.2 电机控制系统 28
本章思考题 30
第3章 嵌入式处理器内核 31
3.1 嵌入式处理器内核概述 31
3.1.1 CPU的发展 31
3.1.2 CISC架构与RISC架构 34
3.1.3 流水线技术 35
3.2 RISC-Ⅴ指令集架构 40
3.2.1 RISC-Ⅴ指令集架构概述 40
3.2.2 RISC-Ⅴ处理器的编程模型（整数基础指令集） 42
3.2.3 RV32I指令集 47
3.3 案例：CH32Vx MCU的RISC-Ⅴ内核——青稞V4F 56
3.4 实战：在CH32V307 MCU上运行语音识别算法 58
3.4.1 MounRiver 开发工具 58
3.4.2 编译与链接的过程 66
3.4.3 语音信号特征提取 69
3.4.4 在CH32V307上语音信号特征提取算法实现 74
本章思考题 78
第4章 嵌入式微控制器的存储器 79
4.1 嵌入式系统的存储器概述 79
4.2 片上SRAM 80
4.3 片上FLASH存储器 83
4.4 片外存储器接口——FSMC 85
4.5 案例：CH32V307的片上存储器 87
4.5.1 CH32V3x的存储器 87
4.5.2 CH32V3x的启动设置 89
4.6 实战：使用CH32V307的片上存储器 89
4.6.1 使用片上FLASH存储用户数据 91
4.6.2 串口读写FLASH 94
本章思考题 99
第5章 嵌入式系统基础外设 100
5.1 外设的数据交互方式 101
5.2 外设中断与系统异常 102
5.2.1 中断概述 102
5.2.2 异常概述 102
5.2.3 RISC-Ⅴ处理器处理中断的过程 103
5.3 案例：CH32V307 MCU的外设 104
5.3.1 CH32V307 MCU 的外设与地址映射 105
5.3.2 CH32V307 MCU的中断控制器 107
5.3.3 CH32V307 MCU的底层软件包 108
5.3.4 GPIO 109
5.3.5　实战项目：流水灯闪烁实验 113
5.3.6 中断 115
5.3.7　实战项目：按键中断控制LED亮灭 123
5.3.8 TIMER 125
5.3.9 实战项目：精确定时LED闪烁 135
5.3.10 实战项目：输出PWM波形控制电机转速 137
5.3.11 ADC 141
5.3.12 实战项目：电压测量温度 154
5.3.13 实战项目：多通道电压采样 157
本章思考题 160
第6章 嵌入式系统串行通信外设 161
6.1 同步串行通信——SPI 161
6.1.1 SPI概述 161
6.1.2 CH32V307的SPI 162
6.1.3 SPI库函数 164
6.1.4 实战项目：SPI的FLASH读写 169
6.2 同步串行通信——I2C 181
6.2.1 I2C简介 181
6.2.2 CH32V307的I2C 182
6.2.3 I2C库函数 184
6.2.4 实战项目：环境温湿度测量 192
6.3 异步串行通信——UART 198
6.3.1 串口通信概述 198
6.3.2 CH32V307的USART 198
6.3.3 USART库函数 201
6.3.4 实战项目：串口数据收发 205
6.3.5 实战项目：串口蓝牙透传 208
本章思考题 219
第7章 高速通信接口 220
7.1 USB接口 220
7.1.1 USB接口简介 220
7.1.2 CH32V307的USB接口 221
7.1.3 实战项目：赤菟模拟键盘 223
7.1.4 实战项目：赤菟外挂键盘 229
7.2 以太网接口 233
7.2.1 以太网简介 233
7.2.2 CH32V307的以太网接口 234
7.2.3 实战项目：TCP Client网络通信 235
本章思考题 242
第8章 嵌入式系统的软件系统 243
8.1 嵌入式操作系统的基本原理 243
8.1.1 嵌入式操作系统的特点 243
8.1.2 常见的嵌入式操作系统 244
8.1.3 任务管理与调度 245
8.1.4 任务间通信 253
8.1.5 中断管理 257
8.2 实战：使用RT-Thread搭建语音识别系统的软件框架 264
8.2.1 使用RT-Thread Studio 264
8.2.2 实战项目：RT-Thread多任务设计 268
8.2.3 基于RT-Thread的语音识别系统 271
本章思考题 279
附 录 赤菟开发板资源 280

对于专业教师而言，在大学中讲授嵌入式系统相关课程是一个巨大的挑战。首先，嵌入式系统相关技术发展与演进迅速，新技术、新架构、新产品、新应用乃至新商业模式层出不穷；其次，嵌入式系统技术涉及电子与微电子、计算机体系架构、操作系统、中间件、人机交互、计算机网络、通信，甚至整机设计与制造等各领域，很难在有限的课时内将所有的知识点讲深讲透；最后，嵌入式系统对于性能、成本、功耗、实时性与高可靠性的高要求，决定了围绕应用目标开展软硬件协同设计和软硬件适配优化是嵌入式系统技术的本质特征，这需要开发者对SoC芯片的架构和软硬件协同工作机制具有非常深刻的理解。
面对这些挑战，编者所在的东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心依托电子科学与技术国家重点学科优势，将多年来承担的国家级、省部级科研项目的科研成果应用于教学。工程中心早在2005年就开展了软硬件协同的嵌入式系统教学实践与课程改革，建设了以自主SoC芯片为基础的系列嵌入式系统课程，并作为主要承办单位举办了“全国大学生嵌入式芯片与系统设计竞赛”，相关成果先后获得了2013年度江苏省教学成果二等奖和2018年度国家教学成果二等奖。
然而，在与部分学生和教师同行的交流中我们发现，虽然关于嵌入式系统的专著和相关教材很多，然而在真实的教学实践中似乎缺少一本既适合学校课程的系统教学，又适用于初学者自学上手的入门教材。另外，目前国内关于嵌入式系统教学的内容大多以ARM架构为例，而针对越来越受工业界和学术界关注的开放指令集架构RISC-Ⅴ的入门教材却比较匮乏。基于这些考虑，我们编写了本书。
本书主要针对本科或者高职院校相关专业的嵌入式系统入门课程来编写。本书的内容特色主要有以下三点。第一，突出系统性。为了便于课程组织和系统授课，本书强调嵌入式系统知识的系统性。因此本书的内容涵盖嵌入式系统开发所需掌握的基本知识体系，包括嵌入式处理器的基本架构、指令集、开发流程、驱动和嵌入式操作系统以及相关硬件知识。第二，突出入门性。本书以相对简单的RISC-Ⅴ MCU（南京沁恒微电子CH32V307）及系统为例进行介绍，而将相对深入和前沿的技术略去。第三，突出实践性。本书以一个具体的嵌入式系统设计项目贯穿全书，从嵌入式微处理器系统架构开始，到处理器内核、存储器、处理器外设与驱动，再到嵌入式操作系统，每一章的内容都紧扣所需设计的系统展开，以项目驱动的方式进行教学。本书在大部分章节都设计了案例和实战两个环节，案例部分具体介绍CH32V307 处理器的实现细节，实战部分则详细介绍基于该处理器的系统设计。所有在实战环节介绍的例程都可以在配套的MCU开发板上进行验证。
为了便于教学，书中各章都设置了思考题可以作为学生自学内容和作业。读者可以在机械工业出版社教育服务网（www.cmpedu.com）上免费下载本书实战环节所介绍的例程代码、相关文档以及电子课件。
线上支持资料
CH32V307资料下载https://www.wch.cn/products/CH32V307.html
本书在写作和出版过程中得到了“东南大学-沁恒RISC-Ⅴ内核微处理器技术联合研发中心”的资助；南京集成电路培训基地的王涛老师和史先强老师以及Verimake创新实验室的朱燕翔先生也多次参与了本书写作内容的讨论与技术支持；研究助理黄泽华同学作为课程助教参与了书中部分实验的设计和文字校对工作。在此一并表示衷心感谢！
由于编者水平有限，书中难免存在错漏之处，恳请读者批评指正。

编 者