龙芯嵌入式系统软硬件平台设计

　　嵌入式系统是一个面向应用、高度裁减的专用计算机系统。随着应用场景的不断丰富，嵌入式系统越发重要。龙芯1号是龙芯中科技术股份有限公司（简称龙芯中科）推出的低功耗、低成本专用微处理器芯片，其面向嵌入式专用应用领域。掌握嵌入式系统的软硬件平台设计，不仅是从业者的需求，也是龙芯中科构建自主创新生态体系不可或缺的一环。本书第01章概要性地介绍嵌入式系统设计的特征，嵌入式系统的发展及应用、设计方法，并详细介绍了龙芯1B的开发工具。第02~04章介绍核心板、常用接口、人机接口这三大硬件平台。第05章和第06章分析嵌入式软件平台，包括汇编编程及启动引导程序、操作系统移植及驱动设计。第07章通过一个综合示例，带领读者实践从需求分析到软硬件平台设计的全流程。

　　符意德 毕业于西安交通大学。现为南京理工大学计算机科学与工程学院副教授、硕士生导师。长期从事本科生教学及教学方法研究，主讲过“微机原理及接口”“数字信号处理”“嵌入式系统”“硬件课程设计 II”等课程。教学成果显著：获得南京理工大学教学成果二等奖，获批教 育部产学合作协同育人项目一项；指导本科生参加第三届“龙芯杯”大学生计算机系统能力培养大赛，并在总决赛中获二等奖一项、三等奖一项。编著的《嵌入式系统设计原理及应用（第 2 版）》入选普通高等教育“十一五”国 家级规划教材，还主编了《嵌入式系统软硬件协同设计教程 基于Xilinx Zynq-7000》。

前言　xvii
第01章　嵌入式系统简介
1.1 嵌入式系统设计的特征 002
1.1.1 什么是嵌入式系统 002
1.1.2 嵌入式系统的设计要求 003
1.1.3 嵌入式系统设计需考虑的问题 004
1.2 嵌入式系统的发展及应用 005
1.2.1 嵌入式系统硬件发展阶段 005
1.2.2 嵌入式系统软件平台 008
1.2.3 嵌入式系统应用领域 012
1.3 嵌入式系统的设计方法 015
1.3.1 需求分析与规格说明 016
1.3.2 体系结构设计 017
1.3.3 构件设计 018
1.3.4 系统集成 019
1.4 嵌入式系统的开发工具 019
1.4.1 LoongIDE简介 020
1.4.2 LoongIDE的操作界面 021
1.4.3 LoongIDE工具中的项目基本操作 026
1.4.4 LoongIDE工具中的项目编译和调试 033
第02章 硬件平台一：核心板设计
2.1 核心板的组成结构 041
2.1.1 核心板的硬件总体结构 041
2.1.2 电源电路 042
2.1.3 时钟电路 043
2.1.4 复位电路 044
2.1.5 调试接口电路 044
2.2 龙芯1B微处理器体系结构 048
2.2.1 龙芯微处理器芯片的系列及特点 048
2.2.2 龙芯1B芯片的总体结构 049
2.2.3 龙芯1B芯片的处理器核寄存器组 050
2.2.4 龙芯1B微处理器的中断机制 055
2.3 板级总线 060
2.3.1 总线的基本功能 060
2.3.2 龙芯1B芯片的信号引脚 061
2.3.3 板级总线标准 062
2.4 存储器芯片分类及接口电路设计 063
2.4.1 存储器芯片分类 064
2.4.2 SROM类存储器接口电路设计方法 066
2.4.3 DRAM类存储器接口电路设计方法 069
2.4.4 NAND Flash类存储器接口电路设计方法 071
2.4.5 DDR类存储器接口电路设计方法 073
第03章 硬件平台二：常用接口设计
3.1 接口部件的基本原理 076
3.1.1 接口的控制方式 077
3.1.2 接口的寻址方式 079
3.2 GPIO部件 081
3.2.1 龙芯1B芯片的GPIO 081
3.2.2 GPIO的应用示例 084
3.3 UART部件 086
3.3.1 异步串行通信的概念 086
3.3.2 异步串行通信协议 087
3.3.3 龙芯1B芯片的UART部件 090
3.3.4 UART部件的应用示例 094
3.4 SPI部件 095
3.4.1 SPI基本原理 095
3.4.2 龙芯1B芯片的SPI部件 096
3.5 I2C部件 098
3.5.1 I2C总线协议结构 098
3.5.2 龙芯1B芯片的I2C部件 100
3.6 定时部件 103
3.6.1 定时部件的工作原理 103
3.6.2 PWM部件 104
3.6.3 RTC部件 105
3.6.4 看门狗部件 107
第04章 硬件平台三：人机接口设计
4.1 键盘接口设计 110
4.1.1 按键的识别方法 110
4.1.2 键盘接口设计示例 112
4.2 LED显示器接口设计 115
4.2.1 LED显示器控制原理 115
4.2.2 LED显示器接口设计示例 118
4.3 LCD接口设计 122
4.3.1 LCD显示器的基本原理 123
4.3.2 龙芯1B芯片中的LCD控制器 124
4.4 OLED显示器接口设计 126
4.4.1 OLED工作原理 126
4.4.2 OLED显示器接口设计示例 129
第05章 软件平台一：汇编编程及启动引导程序
5.1 汇编程序的编写规范 134
5.1.1 龙芯1B芯片的汇编指令集 134
5.1.2 汇编的伪指令及指示符 137
5.1.3 汇编程序示例 139
5.2 嵌入式系统应用软件结构 142
5.2.1 应用软件复杂度 142
5.2.2 应用软件结构 143
5.3 启动引导程序 146
5.3.1 启动引导程序架构 146
5.3.2 龙芯1B芯片的启动 147
5.3.3 PMON介绍 149
5.3.4 PMON的代码解析 150
5.3.5 PMON的编译与烧写 162
5.4 其他启动引导程序 164
第06章 软件平台二：操作系统移植及驱动设计
6.1 操作系统概述 166
6.1.1 操作系统的功能组成 166
6.1.2 实时操作系统的概念 167
6.1.3 单内核与微内核 170
6.1.4 内核移植 172
6.2 RT-Thread操作系统 173
6.2.1 RT-Thread概述 173
6.2.2 RT-Thread的架构 175
6.2.3 RT-Thread移植 176
6.3 RT-Thread的驱动编程 182
6.3.1 设备驱动程序原理 183
6.3.2 驱动编程的任务 183
6.3.3 RT-Thread驱动的架构 184
6.3.4 RT-Thread驱动编程示例 187
第07章 综合示例
7.1 示例的需求描述 191
7.1.1 系统需求 191
7.1.2 规格说明 192
7.2 示例系统体系结构设计 195
7.2.1 软件结构 195
7.2.2 硬件结构 197
7.3 示例系统构件设计 197
7.3.1 硬件构件设计 197
7.3.2 软件构件设计 199
7.4 示例系统集成 202
7.4.1 系统工程建立 202
7.4.2 测试及调试 216
附录 UML元素、关系、符号和图
A.1 UML元素 218
A.2 UML关系 218
A.3 UML符号 218
A.4 UML的图 219