RISC-V嵌入式开发实践：基于CH32V307微控制器

　　本书以沁恒微电子公司（WCH）的RSIC-V内核的CH32V307系列微控制器为蓝本，以知识要素为核心，以构件化为基础，阐述嵌入式技术基础与实践。本书介绍的AHL-CH32V307 硬件系统可以满足基础实践的需要。全书共13章，第1章简要阐述嵌入式系统的知识体系、学习误区与学习建议；第2章为RSIC-V架构微处理器简介；第3章介绍MCU存储器映像、中断源与硬件小系统；第4章以GPIO为例给出规范的工程组织框架，阐述底层驱动应用与设计方法；第5章介绍嵌入式硬件构件与底层驱动构件的基本规范；第6章阐述串行通信接口UART，并给出个带中断的实例。第1-6章囊括了学习一个微控制器人门环节的完整要素第7-12 章分别介绍了 SysTick 、Tim町、RTC 、Flash 在线编程 、ADC、DAC、SPU2C、TSC、DMA 、CAN 、 USB 、以太网模块及其他模块。第13章给出了外接部件、RTOS、嵌人式人工智能等应用案例。本书适用于高等学校嵌人式系统的教学或技术培训，也可供嵌人式系统与物联网应用技术人员研发时参考。

　　王宜怀，博士，苏州大学计算机科学与技术学院教授、软件工程系主任、博士生导师；苏州大学嵌入式系统与物联网研究所所长；苏州大学-沁恒RISC-V协同创新中心主任，江苏省计算机学会嵌入式系统与物联网专业委员会主任，中国软件行业协会嵌入式系统分会理事。曾获福建省八五期间电子信息应用先进个人、全国高等学校计算机教学成果奖一等奖、一流本科课程、江苏省高等教育教学成果一等奖、苏州大学五四青年特别感谢奖、苏州大学高尚师德奖等。致力于嵌入式系统与物联网、嵌入式人工智能、嵌入式软件工程等方向研究与教学工作，撰写嵌入式系统方面著作十余部，获得发明专利三十余项。

第１章　概　述 １

　　１．１　初识嵌入式系统  １

　　　　１．１．１　运行硬件系统  １

　　　　１．１．２　实践体系简介  ３

　　　　１．１．３　编译、下载与运行第一个嵌入式程序 ４

　　１．２　嵌入式系统的定义、发展简史、分类及特点  ６

　　　　１．２．１　嵌入式系统的定义  ６

　　　　１．２．２　嵌入式系统的由来及发展简史  ７

　　　　１．２．３　嵌入式系统的分类  ８

　　　　１．２．４　嵌入式系统的特点  ９

　　１．３　嵌入式系统的学习困惑、知识体系及学习建议  １０

　　　　１．３．１　嵌入式系统的学习困惑 １０

　　　　１．３．２　嵌入式系统的知识体系 １３

　　　　１．３．３　基础阶段的学习建议 １４

　　１．４　微控制器与应用处理器简介 １６

　　　　１．４．１　MCU简介  １６

　　　　１．４．２　以 MCU为核心的嵌入式测控产品的基本组成 １７

　　　　１．４．３　MAP简介  １９

　　１．５　嵌入式系统常用术语 ２０

　　　　１．５．１　与硬件相关的术语 ２０

　　　　１．５．２　与通信相关的术语 ２１

　　　　１．５．３　与功能模块相关的术语 ２２

　　本章小结  ２３

　　习　　题  ２４

第２章　RISC V架构微处理器  ２５

　　２．１　RISC V概述与青稞 V４F微处理器简介  ２５

　　　　２．１．１　RISC V概述  ２５

　　　　２．１．２　青稞 V４F微处理器内部结构概要  ２７

　　　　２．１．３　寄存器通用基础知识及相关基本概念 ２８

　　　　２．１．４　青稞 V４F微处理器的内部寄存器  ２９

　　２．２　寻址方式与机器码的获取方法 ３０

　　　　２．２．１　指令保留字简表与寻址方式 ３１

　　　　２．２．２　机器码的获取方法 ３２

　　２．３　RISC V基本指令分类解析  ３４

　　　　２．３．１　数据传送类指令 ３４

　　　　２．３．２　数据操作类指令 ３６

　　　　２．３．３　跳转类指令 ３７

　　　　２．３．４　CSR类指令  ３８

　　　　２．３．５　其他指令 ３９

　　２．４　汇编语言的基本语法 ３９

　　　　２．４．１　汇编语言的格式 ３９

　　　　２．４．２　常用伪指令简介 ４１

　　本章小结  ４３

　　习　　题  ４４

第３章　存储器映像、中断源与硬件最小系统 ４５

　　３．１　CH３２V３０７系列 MCU概述 ４５

　　　　３．１．１　CH３２V３０７系列 MCU命名规则 ４５

　　　　３．１．２　CH３２V３０７存储器映像  ４６

　　　　３．１．３　CH３２V３０７中断源  ４７

　　３．２　CH３２V３０７的引脚图与硬件最小系统  ５０

　　　　３．２．１　CH３２V３０７的引脚图  ５０

　　　　３．２．２　CH３２V３０７硬件最小系统原理图  ５２

　　３．３　由 MCU构建通用嵌入式计算机 ５４

　　　　３．３．１　嵌入式终端开发方式存在的问题与解决办法 ５５

　　　　３．３．２　提出GEC概念的时机、GEC的定义与特点  ５６

　　　　３．３．３　由CH３２V３０７VCT６构成的GEC  ５７

　　本章小结  ６２

　　习　　题  ６２

第４章　GPIO及程序框架  ６４

　　４．１　GPIO通用基础知识  ６４

　　　　４．１．１　GPIO概念  ６４

　　　　４．１．２　输出引脚的基本接法 ６４

　　　　４．１．３　上拉下拉电阻与输入引脚的基本接法 ６５

　　４．２　软件干预硬件的方法 ６６

　　　　４．２．１　GPIO构件 API ６６

　　　　４．２．２　第一个C语言工程:控制小灯闪烁  ６８

　　４．３　认识工程框架 ７０

　　　　４．３．１　工程框架及所含文件简介 ７０

　　　　４．３．２　了解机器码文件及芯片执行流程 ７２

　　４．４　GPIO构件的制作过程  ７４

　　　　４．４．１　端口与GPIO模块———对外引脚与内部寄存器 ７４

　　　　４．４．２　GPIO基本编程步骤并点亮一盏小灯  ７７

　　　　４．４．３　GPIO构件的设计  ７８

　　４．５　第一个汇编语言工程:控制小灯闪烁  ８３

　　　　４．５．１　汇编工程文件的组织 ８３

　　　　４．５．２　汇编语言小灯测试工程主程序 ８４

　　４．６　实验一　 熟悉实验开发环境及GPIO编程  ８８

　　本章小结  ９１

　　习　　题  ９２

第５章　嵌入式硬件构件与底层驱动构件基本规范  ９３

　　５．１　嵌入式硬件构件 ９３

　　　　５．１．１　嵌入式硬件构件概念与嵌入式硬件构件分类 ９３

　　　　５．１．２　基于嵌入式硬件构件的电路原理图设计简明规则 ９４

　　５．２　嵌入式底层驱动构件的概念与层次模型 ９７

　　　　５．２．１　嵌入式底层驱动构件的概念 ９８

　　　　５．２．２　嵌入式硬件构件与软件构件结合的层次模型 ９８

　　　　５．２．３　嵌入式软件构件分类 ９９

　　５．３　底层驱动构件的封装规范  １００

　　　　５．３．１　构件设计的基本思想与基本原则  １００

　　　　５．３．２　编码风格基本规范  １０２

　　　　５．３．３　头文件的设计规范  １０５

　　　　５．３．４　源程序文件的设计规范  １０７

　　５．４　硬件构件及其驱动构件的复用与移植方法  １０８

　　　　５．４．１　硬件构件的复用与移植  １０８

　　　　５．４．２　驱动构件的移植  １０９

　　本章小结 １１０

　　习　　题 １１１

第６章　串行通信模块及第一个中断程序结构 １１２

　　６．１　异步串行通信的通用基础知识  １１２

　　　　６．１．１　串行通信的基本概念  １１２

　　　　６．１．２　RS２３２和RS４８５总线标准  １１４

　　　　６．１．３　TTL USB串口  １１５

　　　　６．１．４　串行通信编程模型  １１６

　　６．２　基于构件的串行通信编程方法  １１７

　　　　６．２．１　CH３２V３０７VCT６芯片的 UART对外引脚  １１７

　　　　６．２．２　UART构件API １１８

　　　　６．２．３　UART构件API的发送测试方法 １１９

　　　　６．２．４　printf的设置方法与使用  １２０

　　６．３　UART构件的制作过程  １２１

　　　　６．３．１　UART寄存器概述  １２１

　　　　６．３．２　利用直接地址操作的串口发送打通程序  １２１

　　　　６．３．３　UART构件设计  １２５

　　６．４　中断机制及中断编程步骤  １２９

　　　　６．４．１　关于中断的通用基础知识  １２９

　　　　６．４．２　RISC V非内核模块中断编程结构  １３２

　　　　６．４．３　CH３２V３０７VCT６中断编程步骤———以串口接收中断为例  １３４

　　６．５　实验二　串口通信及中断实验  １３７

　　本章小结 １３９

　　习　　题 １３９

第７章　定时器相关模块 １４１

　　７．１　定时器的通用基础知识  １４１

　　７．２　CH３２V３０７VCT６中的定时器  １４１

　　　　７．２．１　青稞 V４F内核中的系统定时器SysTick １４２

　　　　７．２．２　实时时钟RTC模块  １４６

　　　　７．２．３　Timer模块的基本定时功能  １４９

　　７．３　脉宽调制  １５１

　　　　７．３．１　脉宽调制PWM 的通用基础知识  １５１

　　　　７．３．２　基于构件的PWM 编程方法  １５４

　　　　７．３．３　脉宽调制构件的制作过程  １５７

　　７．４　输入捕获与输出比较  １６２

　　　　７．４．１　输入捕获与输出比较的通用基础知识  １６２

　　　　７．４．２　基于构件的输入捕获和输出比较编程方法  １６２

　　７．５　实验三　定时器及PWM 实验  １６７

　　本章小结 １６８

　　习　　题 １６９

第８章　Flash在线编程、ADC与DAC  １７０

　　８．１　Flash在线编程  １７０

　　　　８．１．１　Flash在线编程的通用基础知识  １７０

　　　　８．１．２　基于构件的Flash在线编程方法  １７１

　　　　８．１．３　Flash构件的制作过程  １７３

　　８．２　ADC  １７６

　　　　８．２．１　ADC的通用基础知识 １７６

　　　　８．２．２　基于构件的ADC编程方法  １８０

　　　　８．２．３　ADC构件的制作过程 １８３

　　８．３　DAC  １８６

　　　　８．３．１　DAC的通用基础知识 １８６

　　　　８．３．２　基于构件的DAC编程方法  １８７

　　８．４　实验四　ADC实验 １８９

　　本章小结 １９０

　　习　　题 １９０

第９章　SPI、I２C与TSC模块 １９２

　　９．１　串行外设接口SPI模块  １９２

　　　　９．１．１　SPI的通用基础知识  １９２

　　　　９．１．２　基于构件的SPI通信编程方法  １９５

　　９．２　集成电路互联总线I２C模块  １９９

　　　　９．２．１　I２C的通用基础知识  １９９

　　　　９．２．２　基于构件的I２C通信编程方法  ２０４

　　９．３　触摸感应控制器TSC模块 ２０８

　　　　９．３．１　TSC的基本原理  ２０８

　　　　９．３．２　基于构件的TSC编程方法 ２０９

　　９．４　实验五　SPI通信实验  ２１２

　　本章小结 ２１４

　　习　　题 ２１４

第１０章　DMA与CAN总线编程  ２１６

　　１０．１　CAN总线  ２１６

　　　　１０．１．１　CAN总线的通用基础知识  ２１６

　　　　１０．１．２　基于构件的CAN编程方法  ２２０

　　１０．２　DMA  ２２３

　　　　１０．２．１　DMA的通用基础知识  ２２３

　　　　１０．２．２　基于构件的DMA编程方法 ２２５

　　本章小结 ２２８

　　习　　题 ２２８

第１１章　USB与嵌入式以太网模块  ２２９

　　１１．１　USB的通用基础知识  ２２９

　　　　１１．１．１　USB概述  ２２９

　　　　１１．１．２　与 USB相关的基本概念  ２３２

　　　　１１．１．３　USB通信协议  ２３７

　　　　１１．１．４　从设备的枚举看 USB数据传输  ２４１

　　１１．２　CH３２V３０７的 USB模块应用编程方法  ２４６

　　　　１１．２．１　CH３２V３０７的 USB模块简介  ２４６

　　　　１１．２．２　CH３２V３０７作为 USB从机的编程方法  ２４６

　　　　１１．２．３　CH３２V３０７作为 USB主机的编程方法  ２５４

　　１１．３　嵌入式以太网的通用基础知识 ２５７

　　　　１１．３．１　以太网的由来与协议模型 ２５７

　　　　１１．３．２　以太网中的主要物理设备 ２６０

　　　　１１．３．３　相关名词解释 ２６２

　　１１．４　CH３２V３０７的以太网模块应用编程方法  ２６５

　　　　１１．４．１　CH３２V３０７的以太网模块简介  ２６５

　　　　１１．４．２　以太网底层驱动构件 ２６７

　　　　１１．４．３　以太网测试实例 ２６９

　　１１．５　本章小结 ２８４

　　习　　题 ２８４

第１２章　系统时钟与其他功能模块  ２８６

　　１２．１　时钟系统 ２８６

　　　　１２．１．１　时钟系统概述 ２８６

　　　　１２．１．２　时钟模块寄存器概要 ２８７

　　　　１２．１．３　时钟模块编程实例 ２８９

　　１２．２　电源模块与复位模块 ２９１

　　　　１２．２．１　电源模块 ２９１

　　　　１２．２．２　复位模块 ２９２

　　１２．３　看门狗 ２９２

　　　　１２．３．１　独立看门狗 ２９３

　　　　１２．３．２　系统窗口看门狗 ２９４

　　１２．４　数字视频接口与安全数字输入/输出  ２９６

　　　　１２．４．１　数字视频接口 ２９６

　　　　１２．４．２　安全数字输入/输出  ２９７

　　本章小结 ２９８

　　习　　题 ２９８

第１３章　应用案例  ２９９

　　１３．１　嵌入式系统稳定性问题 ２９９

　　１３．２　外接传感器及执行部件的编程方法 ３００

　　　　１３．２．１　开关量输出类驱动构件 ３００

　　　　１３．２．２　开关量输入类驱动构件 ３０３

　　　　１３．２．３　声音与加速度传感器驱动构件 ３０５

　　１３．３　实时操作系统的简明实例 ３０６

　　　　１３．３．１　无操作系统与实时操作系统 ３０６

　　　　１３．３．２　RTOS中常用的基本概念 ３０７

　　　　１３．３．３　线程的三要素、四种状态及三种基本形式  ３０８

　　　　１３．３．４　RTOS下的编程实例 ３１１

　　１３．４　嵌入式人工智能的简明实例 ３１２

　　　　１３．４．１　AHLＧEORS简介  ３１２

　　　　１３．４．２　AHLＧEORS的数据采集与训练过程  ３１４

　　　　１３．４．３　在通用嵌入式计算机GEC上进行的推理过程  ３１５

　　１３．５　沁恒 MCU的其他嵌入式实践资源简介 ３１６

　　　　１３．５．１　AHLＧCH５７３ ３１６

　　　　１３．５．２　AHLＧCH５７３ＧNBＧIoT  ３１７

　　　　１３．５．３　AHLＧCH５７３ＧCAT１ ３１８

参考文献 ３２０