手把手教你 RISC-V CPU (下) : 工程與實踐

胡振波，擁有上海交通大學電子工程系學士學位和微電子學碩士學位。國內RISC-V社區活躍的貢獻者，具有超過10處理器研發經驗，在Marvell和Synopsys等企業負責過多款高性能和低能耗處理器研發工作。 2018年，創辦了RISC-V處理器IP和芯片解決方案公司-----芯來科技。

第 1章　開源蜂鳥E203 MCU總體介紹　1
1．1　蜂鳥E203 MCU的系統結構和特性　1
1．2　蜂鳥E203 MCU的存儲資源　2
1．2．1　片上存儲資源　2
1．2．2　片外Flash存儲資源　2
1．3　蜂鳥E203 MCU的外設資源　3
1．4　蜂鳥E203 MCU的地址分配　3
1．5　蜂鳥E203 MCU的時鐘域劃分　4
1．6　蜂鳥E203 MCU的電源域劃分　5
1．7　蜂鳥E203 MCU的低功耗模式　5
1．8　蜂鳥E203 MCU的全局復位　6
1．9　蜂鳥E203 MCU的上電流程控制　7
1．10　蜂鳥E203 MCU的頂層引腳　7
1．11　蜂鳥E203 MCU的GPIO復用功能　8
1．12　蜂鳥E203 MCU的中斷處理　9
1．12．1　蜂鳥E203處理器核的異常和中斷處理　9
1．12．2　蜂鳥E203處理器核的中斷接口　11
1．12．3　CLINT模塊生成計時器中斷和軟件中斷　12
1．12．4　PLIC管理多個外部中斷　13
第 2章　開源蜂鳥E203 MCU的外設　17
2．1　蜂鳥E203 MCU的外設概述　17
2．2　PLIC　17
2．3　CLINT　18
2．4　LCLKGEN　18
2．4．1　LCLKGEN簡介　18
2．4．2　LCLKGEN的寄存器　18
2．5　HCLKGEN　18
2．5．1　HCLKGEN簡介　18
2．5．2　HCLKGEN的寄存器　19
2．6　GPIO　19
2．6．1　GPIO的功能　19
2．6．2　GPIO的寄存器　19
2．6．3　I/O結構和IOF模式　20
2．6．4　MCU各外設復用GPIO引腳　20
2．6．5　GPIO中斷　21
2．6．6　GPIO_PADDIR寄存器　21
2．6．7　GPIO_PADIN寄存器　21
2．6．8　GPIO_PADOUT寄存器　21
2．6．9　GPIO_INTTEN寄存器　22
2．6．10　GPIO_INTTYPE0和GPIO_INTTYPE1寄存器　22
2．6．11　GPIO_INTSTATUS寄存器　22
2．6．12　GPIO_IOFCFG寄存器　22
2．7　SPI　22
2．7．1　SPI的背景知識　22
2．7．2　SPI的特性　25
2．7．3　SPI的寄存器　25
2．7．4　SPI數據線　26
2．7．5　QSPI0的寄存器配置　26
2．7．6　QSPI1和QSPI2的寄存器配置　38
2．8　I2C　41
2．8．1　I2C的背景知識　41
2．8．2　I2C的功能　42
2．8．3　I2C的寄存器　43
2．8．4　I2C的接口數據線　43
2．8．5　I2C_PRE寄存器　43
2．8．6　I2C_CTR寄存器　44
2．8．7　I2C_TX寄存器和I2C_RX寄存器　44
2．8．8　I2C_CMD寄存器　45
2．8．9　I2C_STATUS寄存器　45
2．8．10　I2C的常用操作序列　46
2．9　UART　48
2．9．1　UART的背景知識　48
2．9．2　UART的特性和功能　49
2．9．3　UART的寄存器　49
2．9．4　UART的接口數據線　50
2．9．5　UART_DLL寄存器和UART_DLM寄存器　50
2．9．6　UART_RBR寄存器　51
2．9．7　UART_THR寄存器　51
2．9．8　UART_FCR寄存器　52
2．9．9　UART_LCR寄存器　52
2．9．10　UART_LSR寄存器　53
2．9．11　UART_IER寄存器　53
2．9．12　UART_IIR寄存器　54
2．10　PWM　54
2．10．1　PWM的背景知識　54
2．10．2　PWM的功能和特性　54
2．10．3　PWM的寄存器　55
2．10．4　PWM模塊的輸出信號　55
2．10．5　TIMx_CMD（x=0，1，2，3）寄存器　55
2．10．6　TIMx_CFG（x=0，1，2，3）寄存器　56
2．10．7　TIMx_TH（x=0，1，2，3）寄存器　57
2．10．8　TIMx_CH0_TH（x=0，1，2，3）寄存器　57
2．10．9　TIMx_CH1_TH（x=0，1，2，3）寄存器　58
2．10．10　TIMx_CH2_TH（x=0，1，2，3）寄存器　58
2．10．11　TIMx_CH3_TH（x=0，1，2，3）寄存器　59
2．10．12　TIMx_CNT（x=0，1，2，3）寄存器　60
2．10．13　PWM_ENT_CFG寄存器　60
2．10．14　PWM_TIMER_EN寄存器　61
2．11　WDT　62
2．11．1　WDT的背景知識　62
2．11．2　WDT的特性、功能和結構　62
2．11．3　WDT的寄存器　63
2．11．4　通過WDOGCFG寄存器對WDT進行配置　63
2．11．5　WDT的計數器計數值寄存器—WDOGCOUNT　64
2．11．6　通過WDOGKEY寄存器解鎖　65
2．11．7　通過WDOGFEED寄存器“餵狗”　65
2．11．8　WDT的計數器比較值寄存器—WDOGS　66
2．11．9　通過WDOGCMP寄存器配置閾值　66
2．11．10　WDT產生全局復位　66
2．11．11　WDT產生中斷　67
2．12　RTC　67
2．12．1　RTC的背景知識　67
2．12．2　RTC的特性、功能和結構　67
2．12．3　RTC的寄存器　68
2．12．4　通過RTCCFG寄存器進行配置　68
2．12．5　RTC的計數器計數值寄存器—RTCHI/RTCLO　69
2．12．6　RTC的計數器比較值寄存器—RTCS　70
2．12．7　通過RTCCMP寄存器配置閾值　70
2．12．8　RTC產生中斷　70
2．13　PMU　70
2．13．1　PMU的背景知識　70
2．13．2　PMU的特性、功能和結構　71
2．13．3　PMU的寄存器　72
2．13．4　通過PMUKEY寄存器解鎖　72
2．13．5　通過PMUSLEEP寄存器進入休眠模式　73
2．13．6　通過PMUSLEEPI0～PMUSLEEPI7寄存器配置休眠指令序列　73
2．13．7　通過PMUBACKUP系列寄存器保存關鍵信息　75
2．13．8　通過PMUIE寄存器設置喚醒條件　75
2．13．9　通過PMUWAKEUPI0～PMUWAKEUPI7寄存器配置喚醒指令序列　76
2．13．10　通過PMUCAUSE寄存器查看喚醒原因　77
第3章　開源蜂鳥E203 MCU硬件開發平台　78
3．1　Nuclei FPGA開發板　78
3．1．1　Nuclei DDR200T開發板簡介　79
3．1．2　Nuclei DDR200T開發板的硬件功能模塊　80
3．1．3　蜂鳥E203 MCU的功能引腳分配　88
3．2　蜂鳥JTAG調試器　89
3．3　總結　90
第4章　軟件編譯過程　91
4．1　GCC工具鏈　91
4．1．1　GCC工具鏈簡介　91
4．1．2　binutils　92
4．1．3　C運行庫　93
4．1．4　GCC命令行選項　94
4．2　準備工作　94
4．2．1　安裝Linux　94
4．2．2　準備HelloWorld程序　94
4．3　編譯過程　95
4．3．1　預處理　95
4．3．2　編譯　96
4．3．3　彙編　96
4．3．4　鏈接　97
4．3．5　一步到位的編譯　99
4．4　ELF文件　99
4．4．1　ELF文件的種類　99
4．4．2　ELF文件的段　100
4．4．3　查看ELF文件　100
4．4．4　反彙編　101
4．5　嵌入式系統編譯的特殊性　102
4．6　總結　103
第5章　嵌入式開發的特點與RISC-V GCC工具鏈　104
5．1　嵌入式系統開發的特點　104
5．1．1　交叉編譯和遠程調試　104
5．1．2　移植newlib或newlib-nano作為C運行庫　105
5．1．3　引導程序以及中斷和異常處理　106
5．1．4　嵌入式系統的鏈接腳本　106
5．1．5　減小代碼規模　106
5．1．6　支持printf()函數　107
5．1．7　提供板級支持包　107
5．2　RISC-V GNU工具鏈　108
5．2．1　RISC-V GNU工具鏈的獲取　108
5．2．2　RISC-V GCC工具鏈的“-march”和“-mabi”選項　109
5．2．3　RISC-V GCC工具鏈的“-mcmodel”選項　113
5．2．4　RISC-V GCC工具鏈的預定義的宏　114
5．2．5　RISC-V GNU工具鏈的使用實例　115
第6章　RISC-V彙編語言程序設計　116
6．1　彙編語言概述　116
6．2　RISC-V彙編程序概述　117
6．3　RISC-V彙編偽指令　118
6．4　RISC-V彙編程序偽操作　118
6．5　RISC-V彙編程序示例　122
6．5．1　標籤　122
6．5．2　宏　122
6．5．3　定義常數及其別名　122
6．5．4　立即數賦值　123
6．5．5　標籤地址賦值　123
6．5．6　設置浮點數舍入模式　124
6．5．7　完整實例　124
6．6　在C/C++程序中嵌入彙編程序　125
6．6．1　GCC內聯彙編簡介　126
6．6．2　GCC內聯彙編的“輸出操作數”和“輸入操作數”部分　127
6．6．3　GCC內聯彙編的“可能影響的寄存器或存儲器”部分　128
6．6．4　GCC內聯彙編實例1　128
6．6．5　GCC內聯彙編實例2　129
6．6．6　小結　130
6．7　在彙編程序中調用C/C++語言中的函數　130
6．8　總結　131
第7章　開源蜂鳥E203 MCU的軟件開發平台　132
7．1　HBird SDK概述　132
7．2　HBird SDK的目錄結構　133
7．3　HBird SDK的底層實現解析　134
7．3．1　移植了newlib的樁函數　134
7．3．2　支持了printf()函數　135
7．3．3　提供系統鏈接腳本　136
7．3．4　系統啟動引導程序　140
7．3．5　系統中斷和異常處理　145
7．3．6　使用newlib-nano減小代碼規模　149
7．4　HBird SDK的使用　150
7．4．1　HBird SDK的環境配置與工具鏈安裝　150
7．4．2　HBird SDK的運行　154
第8章　集成開發環境——Nuclei Studio　158
8．1　Nuclei Studio的簡介、下載與啟動　158
8．1．1　Nuclei Studio簡介　158
8．1．2　Nuclei Studio的下載與啟動　158
8．2　使用Nuclei Studio進行蜂鳥E203MCU的開發　160
第9章　初試蜂鳥E203 MCU開發　168
9．1　蜂鳥E203 MCU在Nuclei DDR200T開發板中的實現　168
9．2　蜂鳥調試器的驅動程序的安裝和蜂鳥調試器的設置　175
9．3　基於HBird SDK運行HelloWorld程序　177
9．3．1　將程序下載到DDR200T開發板　177
9．3．2　將程序在DDR200T開發板上運行　178
9．3．3　將程序在DDR200T開發板上調試　180
9．4　基於Nuclei Studio運行HelloWorld程序　183
9．4．1　將程序下載到DDR200T開發板　183
9．4．2　將程序在DDR200T開發板上運行　186
9．4．3　將程序在DDR200T開發板上調試　187
第 10章　Benchmark實驗　190
10．1　實驗目的　190
10．2　實驗準備　190
10．3　實驗原理　190
10．3．1　Dhrystone簡介　191
10．3．2　Dhrystone示例程序　193
10．3．3　CoreMark簡介　194
10．3．4　CoreMark示例程序　195
10．4　實驗步驟　196
10．4．1　在HBird SDK中運行Dhrystone示例程序　196
10．4．2　在Nuclei Studio中運行Dhrystone示例程序　198
10．4．3　在HBird SDK中運行CoreMark示例程序　200
10．4．4　在Nuclei Studio中運行CoreMark示例程序　202
第 11章　內聯彙編實驗　205
11．1　實驗目的　205
11．2　實驗準備　205
11．3　實驗原理　205
11．3．1　在C/C++程序中嵌入彙編程序　205
11．3．2　內聯彙編示例程序　206
11．4　實驗步驟　206
11．4．1　在HBird SDK中運行內聯彙編示例程序　206
11．4．2　在Nuclei Studio中運行內聯彙編示例程序　208
第 12章　GPIO實驗　213
12．1　實驗目的　213
12．2　實驗準備　213
12．3　實驗原理　213
12．3．1　GPIO簡介　213
12．3．2　GPIO示例程序　214
12．4　實驗步驟　215
12．4．1　在HBird SDK中運行GPIO示例程序　215
12．4．2　在Nuclei Studio中運行GPIO示例程序　216
第 13章　PWM實驗　220
13．1　實驗目的　220
13．2　實驗準備　220
13．3　實驗原理　220
13．3．1　PWM簡介　220
13．3．2　PWM示例程序　221
13．4　實驗步驟　222
13．4．1　在HBird SDK中運行PWM示例程序　222
13．4．2　在Nuclei Studio中運行PWM示例程序　224
第 14章　SPI實驗　227
14．1　實驗目的　227
14．2　實驗準備　227
14．3　實驗原理　227
14．3．1　SPI簡介　227
14．3．2　SPI示例程序　228
14．4　實驗步驟　229
14．4．1　在HBird SDK中運行SPI示例程序　229
14．4．2　在Nuclei Studio中運行SPI示例程序　231
第 15章　I2C實驗　235
15．1　實驗目的　235
15．2　實驗準備　235
15．3　實驗原理　235
15．3．1　I2C簡介　235
15．3．2　I2C示例程序　236
15．4　實驗步驟　237
15．4．1　在HBird SDK中運行I2C示例程序　237
15．4．2　在Nuclei Studio中運行I2C示例程序　238
第 16章　中斷相關實驗　243
16．1　實驗目的　243
16．2　實驗準備　243
16．3　實驗原理　243
16．3．1　計時器中斷和軟件中斷　243
16．3．2　計時器中斷和軟件中斷示例程序　244
16．3．3　外部中斷　244
16．3．4　外部中斷示例程序　245
16．4　實驗步驟　246
16．4．1　在HBird SDK中運行計時器中斷與軟件中斷示例程序　246
16．4．2　在Nuclei Studio中運行計時器中斷與軟件中斷示例程序　247
16．4．3　在HBird SDK中運行外部中斷示例程序　249
16．4．4　在Nuclei Studio中運行外部中斷示例程序　251
第 17章　FreeRTOS的移植與示例程序運行　253
17．1　RTOS概述　253
17．1．1　RTOS的定義　253
17．1．2　基於RTOS的開發與裸機開發　254
17．2　常用的實時操作系統　254
17．3　FreeRTOS概述　255
17．4　FreeRTOS在蜂鳥E203 MCU中的移植　257
17．5　FreeRTOS示例程序的運行　261
17．5．1　FreeRTOS示例程序　261
17．5．2　在HBird SDK中運行FreeRTOS示例程序　261
17．5．3　在Nuclei Studio中運行FreeRTOS示例程序　262
第 18章　獲取更多資源　265
18．1　開源蜂鳥E203 MCU文檔資源　265
18．2　開源蜂鳥E203 MCU嵌入式開發實驗　265
18．3　開源蜂鳥E203處理器教學資源　266
18．4　開源蜂鳥E203論壇　266