RISC-V嵌入式系统设计
定价：￥79.00
作者： 凌明，张志鹏，杨勇
出版时间：2025-07
最新印次日期：2025-7
出版社：机械工业出版社
- 机械工业出版社
- 9787111783497
- 1-1
- 551060
- 平装
- 16开
- 2025-07
- 446
- 单片机技术与嵌入式系统
- 本科
内容简介
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。
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。
目录
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
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
