本書介紹龍芯1B（LS1B）芯片的原理與應(yīng)用開發(fā)，以培養(yǎng)讀者的動手能力和增強(qiáng)讀者的工程素養(yǎng)為目標(biāo)，按照項(xiàng)目驅(qū)動的思路展開知識的講解和實(shí)踐操作。本書基于LS1B開發(fā)套件，講解LS1B的結(jié)構(gòu)及原理，還介紹進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需掌握的GPIO、UART等外設(shè)的基本原理與常用庫函數(shù)，以及國產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)RT-Thread的原理及應(yīng)用開發(fā)。最后通過一個綜合設(shè)計(jì)——基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈，讓讀者熟悉嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程。
1.由易到難 循序漸進(jìn)。嵌入式系統(tǒng)簡介 → 裸機(jī)編程 → 操作系統(tǒng) → 綜合設(shè)計(jì)
2.案例多，設(shè)計(jì)實(shí)例+編程示例。理論與實(shí)踐相結(jié)合。介紹常用外設(shè)的基本原理、常用庫函數(shù)，并給出設(shè)計(jì)實(shí)例。介紹基于RT-Thread操作系統(tǒng)的基本操作與編程示例。
3.有綜合設(shè)計(jì)：基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈。帶領(lǐng)讀者熟悉嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程。
孫冬梅
博士后，南京工業(yè)大學(xué)副教授。現(xiàn)任江蘇省儀器儀表學(xué)會理事、江蘇省射頻識別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會委員。微課程“龍芯嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用”獲 2020 年江蘇省高校微課教學(xué)比賽三等獎。編著的圖書《嵌入式 Linux 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用——基于國產(chǎn)龍芯 SoC》入選 2020 年江蘇省高等學(xué)校重點(diǎn)教材。
第01章 概述
1.1 嵌入式系統(tǒng)簡介 002
1.2 LS1B 簡介 003
1.3 LS1B 開發(fā)套件 003
第02章 LS1B 開發(fā)套件硬件平臺
2.1 外部接口 007
2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 007
2.3 最小系統(tǒng)（核心板）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 010
2.3.1 電源電路 010
2.3.2 時鐘電路 011
2.3.3 復(fù)位電路 011
2.3.4 存儲器電路 013
2.4 下載調(diào)試接口 014
2.4.1 串口控制臺調(diào)試程序 014
2.4.2 下載程序到 Flash 016
第03章 軟件開發(fā)基礎(chǔ)和集成開發(fā)環(huán)境 LoongIDE
3.1 嵌入式系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 020
3.2 龍芯嵌入式開發(fā)工具 020
3.3 嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 021
3.4 嵌入式 C 語言開發(fā)基礎(chǔ) 022
3.4.1 數(shù)據(jù)類型和運(yùn)算符 022
3.4.2 4 種基本程序結(jié)構(gòu) 024
3.4.3 指針與數(shù)組 026
3.4.4 代碼規(guī)范 027
3.5 LoongIDE 簡介 031
3.6 LoongIDE 的下載和安裝 032
3.7 LoongIDE 的庫函數(shù) 032
3.8 第 一個嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目 033
3.8.1 新建項(xiàng)目向?qū)?033
3.8.2 項(xiàng)目調(diào)試運(yùn)行 036
3.8.3 下載到 Flash 存儲器中運(yùn)行 038
第04章 通用輸入輸出與外部中斷
4.1 GPIO 端口組成及功能 043
4.2 GPIO 的硬件結(jié)構(gòu) 044
4.2.1 GPIO 輸入 044
4.2.2 GPIO 輸出 044
4.2.3 GPIO 寄存器 045
4.3 GPIO 的常用庫函數(shù) 051
4.4 庫函數(shù)與寄存器的關(guān)系 053
4.5 GPIO 應(yīng)用—流水燈設(shè)計(jì)實(shí)例 054
4.6 中斷的原理 057
4.7 GPIO 中斷寄存器 058
4.8 GPIO 中斷庫函數(shù) 059
4.9 GPIO 應(yīng)用中斷—按鍵點(diǎn)燈設(shè)計(jì)實(shí)例 061
第05章 通用同步 / 異步通信
5.1 串行通信簡介 066
5.1.1 串行通信與并行通信 066
5.1.2 串行通信方式 066
5.1.3 串行異步通信和串行同步通信 066
5.1.4 串行異步通信的數(shù)據(jù)傳輸形式 067
5.1.5 串行異步通信的參數(shù)配置 067
5.1.6 串行通信協(xié)議的電氣特性和電路連接方式 068
5.2 UART 結(jié)構(gòu)及工作方式 071
5.2.1 UART 結(jié)構(gòu) 071
5.2.2 串行異步通信的工作方式 072
5.2.3 UART 相關(guān)寄存器 072
5.3 UART 的常用庫函數(shù) 073
5.4 UART 應(yīng)用—串口發(fā)送/接收設(shè)計(jì)實(shí)例 075
第06章 定時器
6.1 常用定時器結(jié)構(gòu)及工作方式 079
6.2 PWM 輸出和 PWM 定時器 079
6.2.1 PWM 結(jié)構(gòu)及工作方式 080
6.2.2 LS1B 中 PWM 的常用庫函數(shù) 081
6.2.3 PWM 輸出應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例 082
6.2.4 PWM 定時器應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例 084
6.3 RTC 定時器 085
6.3.1 RTC 結(jié)構(gòu)及工作方式 085
6.3.2 LS1B 中 RTC 的常用庫函數(shù) 086
6.3.3 RTC 定時器應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例 091
6.3.4 RTC 時鐘功能應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例 092
6.4 WDT 093
6.4.1 WDT 結(jié)構(gòu)及工作方式 093
6.4.2 LS1B 中 WDT 的常用庫函數(shù) 093
6.4.3 WDT 應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例 095
第07章I2C 總線
7.1 I2C 總線通信簡介 100
7.1.1 I2C 總線介紹 100
7.1.2 硬件結(jié)構(gòu) 101
7.1.3 軟件協(xié)議工作時序 101
7.1.4 I2C 總線的讀/寫操作 102
7.2 I2 C 總線的結(jié)構(gòu)和功能 104
7.3 I2C 總線的常用庫函數(shù) 104
7.4 I2C 總線上掛載的模塊 108
7.5 I2C 模塊 AT24C02 應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例 108
7.6 I2C 模塊 DS3231 應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例 113
7.7 I2C 模塊 OLED 應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例 118
第08章串行外設(shè)接口（SPI）
8.1 SPI 總線概述 123
8.1.1 SPI 定義 123
8.1.2 SPI 多從機(jī)配置 124
8.1.3 SPI 工作時序模式 124
8.1.4 常見串行通信協(xié)議對比 125
8.2 SPI 模塊的結(jié)構(gòu)和功能 126
8.3 SPI 模塊的常用庫函數(shù) 127
8.4 SPI 模塊應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例 130
實(shí)例 1：SPI 串口數(shù)據(jù)的發(fā)送 130
實(shí)例 2：SPI 串口數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn) W25Q32讀/寫 132
第09章 CAN 總線
9.1 CAN 總線簡介 136
9.1.1 硬件協(xié)議及編碼方式 136
9.1.2 CAN 總線協(xié)議 136
9.2 CAN 總線模塊結(jié)構(gòu)和功能 139
9.3 CAN 總線模塊常用庫函數(shù) 141
9.4 CAN 總線模塊應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例 144
實(shí)例：CAN0 和 CAN1 數(shù)據(jù)的收發(fā) 144
第 10章 RT-Thread 內(nèi)核及其實(shí)現(xiàn)
10.1 嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng) 151
10.1.1 實(shí)時操作系統(tǒng) 151
10.1.2 主流嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng) 152
10.1.3 小而美的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng) RT-Thread 152
10.2 RT-Thread 在 LS1B 上的實(shí)現(xiàn) 154
10.3 RT-Thread 內(nèi)核及在FinSH Shell中運(yùn)行調(diào)試 155
10.3.1 LS1B 目錄結(jié)構(gòu)及內(nèi)核啟動過程 155
10.3.2 在 FinSH Shell 中運(yùn)行和調(diào)試程序 158
10.4 RT-Thread 的內(nèi)核基礎(chǔ) 166
第 11章 RT-Thread 的線程管理
11.1 進(jìn)程與線程 170
11.2 線程及其功能特點(diǎn) 170
11.3 線程工作機(jī)制 170
11.4 線程管理 173
11.4.1 線程調(diào)度器接口 173
11.4.2 線程管理接口 175
11.4.3 線程的相關(guān)問題 180
11.5 線程示例 180
11.5.1 動態(tài)線程和靜態(tài)線程 180
11.5.2 入口函數(shù)的重用 183
11.5.3 線程的時間片輪詢調(diào)度 185
11.5.4 線程讓出 189
11.5.5 線程搶占 191
11.5.6 線程恢復(fù) 193
11.5.7 線程掛起 195
11.5.8 線程睡眠 197
11.5.9 線程控制 197
11.5.10 線程的綜合運(yùn)用 198
11.6 空閑線程及鉤子 200
11.6.1 輸出線程間的的切換信息 201
11.6.2 計(jì)算 CPU 的使用率 203
第 12章 RT-Thread 的系統(tǒng)節(jié)拍與定時器管理
12.1 時鐘管理和時鐘節(jié)拍 209
12.2 時鐘節(jié)拍的實(shí)現(xiàn)方式 209
12.3 定時器基礎(chǔ) 210
12.4 動態(tài)定時器 212
12.5 靜態(tài)定時器 213
12.6 定時器控制接口 214
12.7 如何合理使用定時器 216
第 13章 RT-Thread 線程間同步與通信
13.1 中斷與臨界區(qū)的保護(hù) 218
13.1.1 線程搶占導(dǎo)致臨界區(qū)問題 218
13.1.2 如何進(jìn)入臨界區(qū) 221
13.1.3 臨界區(qū)的中斷服務(wù)程序 221
13.2 線程同步 222
13.2.1 使用開關(guān)中斷 222
13.2.2 使用調(diào)度器鎖 225
13.3 信號量 225
13.3.1 靜態(tài)信號量與動態(tài)信號量 225
13.3.2 使用信號量的線程優(yōu)先級反轉(zhuǎn) 232
13.3.3 使用信號量的生產(chǎn)者和消費(fèi)者例程 235
13.3.4 使用信號量解決哲學(xué)家就餐問題 239
13.4 互斥量 243
13.4.1 互斥量使用的基本例程 244
13.4.2 互斥量優(yōu)先級反轉(zhuǎn)例程 247
13.4.3 互斥量優(yōu)先級繼承例程 251
13.5 事件 254
13.6 郵箱基本使用 258
13.7 消息隊(duì)列 262
13.8 郵箱與消息隊(duì)列的區(qū)別 267
13.9 信號的概念及使用 268
13.9.1 信號的概念 268
13.9.2 信號的應(yīng)用例程 268
第 14章 RT-Thread 內(nèi)存管理
14.1 內(nèi)存管理基礎(chǔ)知識 273
14.2 RT-Thread 內(nèi)存管理基礎(chǔ) 274
14.3 動態(tài)內(nèi)存分配和使用 274
14.4 內(nèi)存池 276
14.5 內(nèi)存池靜態(tài)內(nèi)存分配 277
14.6 動態(tài)內(nèi)存管理 282
14.7 內(nèi)存環(huán)形緩沖區(qū) 285
第 15章 基于 RT-Thread 的LS1B的文件系統(tǒng)
15.1 文件系統(tǒng)、文件與文件夾 291
15.2 文件和目錄的接口 292
15.3 文件系統(tǒng)編程示例 293
第 16章 基于 RT-Thread 的LS1B網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
16.1 網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ) 300
16.1.1 TCP/IP 300
16.1.2 IP地址、端口與域名 300
16.1.3 網(wǎng)絡(luò)編程協(xié)議 301
16.2 TCP/IP 服務(wù)器端數(shù)據(jù)收發(fā)編程示例 302
16.3 TCP/IP 客戶端數(shù)據(jù)收發(fā)編程示例 312
第 17章 基于 RT-Thread 的LS1B設(shè)備操作
17.1 I/O 設(shè)備管理框架 317
17.2 RT-Thread 的設(shè)備接口 318
17.2.1 設(shè)備驅(qū)動必須實(shí)現(xiàn)的接口 318
17.2.2 設(shè)備驅(qū)動實(shí)現(xiàn)的步驟 319
17.2.3 編寫驅(qū)動并自動注冊 319
17.2.4 編寫應(yīng)用程序測試驅(qū)動 322
第 18章 嵌入式系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)
18.1 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 326
18.2 案例：基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧路燈 327
18.2.1 項(xiàng)目背景和需求 327
18.2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 327
18.2.3 硬件設(shè)計(jì) 328
18.2.4 軟件設(shè)計(jì) 330
18.2.5 智慧路燈的系統(tǒng)調(diào)試 334
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