Verfügbarkeit: Embedded Systems mit RISC-V und ESP32-C3

Embedded Systems mit RISC-V und ESP32-C3: eine praktische Einführung in Architektur, Peripherie und eingebettete Programmierung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Ritschel, Patrick (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Heidelberg dpunkt.verlag 2023
Ausgabe:	1. Auflage
Schlagworte:	Mikrocontroller ESP32 Eingebettetes System
Online-Zugang:	Inhaltstext Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	xi, 334 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm x 16.5 cm
ISBN:	3864909376 9783864909375

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adam_text	VII INHALTSVERZEICHNIS I MIKROCONTROLLERGRUNDLAGEN 1 1 EINLEITUNG ................................................................................ 3 1.1 ZIEL DES BUCHS ................................................................................. 3 1.2 STRUKTUR DES BUCHES ...................................................................... 4 1.3 ZIELPUBLIKUM ................................................................................... 5 1.4 GEBRAUCHSANWEISUNG ...................................................................... 6 1.4.1 KONVENTIONEN ..................................................................... 6 2 HALLO, WELT! .............................................................................. 9 2.1 WAHL DER PROGRAMMIERSPRACHE ..................................................... 10 2.2 BENOETIGTE KOMPONENTEN FUER DIE APPLIKATIONSENTWICKLUNG .... 12 2.2.1 DEVELOPMENT BOARD ........................................................... 13 2.2.2 SOFTWARE FUER DIE ENTWICKLUNG .......................................... 16 2.3 DIE ERSTE APPLIKATION .................................................................... 19 3 DER MIKROPROZESSOR ................................................................ 23 3.1 PROZESSORARCHITEKTUR ...................................................................... 23 3.1.1 EINE KLEINE AUFGABE ........................................................... 24 3.1.2 DIE REGISTERBANK ............................................................... 27 3.1.3 DIE ARITHMETIC LOGIC UNIT (ALU) ................................. 30 3.1.4 DATENSPEICHER ................................................................... 32 3.1.5 BEFEHLSSPEICHER ................................................................. 35 3.1.6 STEUERWERK ......................................................................... 36 3.1.7 WEITERE EINHEITEN ............................................................. 37 3.1.8 DER PROZESSOR ..................................................................... 38 3.1.9 PIPELINE ............................................................................... 44 3.2 INSTRUCTION SET ARCHITECTURE .......................................................... 48 3.2.1 RISC-V ............................................................................... 49 3.2.2 SUM_UP_N IN ASSEMBLER ................................................ 56 3.2.3 SUM UP N-MASCHINENSPRACHE ........................................ 57 3.3 PERFORMANCE ................................................................................... 58 3.3.1 CONTROL AND STATUS REGISTERS .......................................... 59 3.3.2 FUNKTIONSAUFRUF ................................................................. 63 VIII INHALTSVERZEICHNIS 3.3.3 OPTIMIERUNG DES CODES ..................................................... 68 3.3.4 AENDERUNG DES VERFAHRENS ................................................ 70 4 DER MIKROCONTROLLER ................................................................ 73 4.1 AUFBAU EINES MIKROCONTROLLERS ...................................................... 73 4.1.1 TEST DES ZUFALLSZAHLENGENERATORS .................................... 76 4.1.2 DAS BUSSYSTEM ................................................................. 78 4.1.3 ESP32-C3 MEMORY MAP ................................................... 81 4.2 SPEICHER ............................................................................................ 82 4.2.1 SPEICHERTECHNOLOGIEN ......................................................... 82 4.2.2 SPEICHERZUGRIFFE IN SOFTWARE ............................................ 88 4.2.3 CACHE .................................................................................. 98 4.2.4 LINKER .................................................................................. 107 4.3 PERIPHERIEMODULE ........................................................................... 109 4.3.1 PERIPHERIEZUGRIFF ................................................................. 110 4.3.2 DURCHFUEHRUNG DES ZUFALLSZAHLENTESTS ............................. 112 4.3.3 INFORMATIONEN DER HERSTELLER ............................................ 114 4.3.4 SPEICHERLAYOUT DER PERIPHERIE .......................................... 116 4.3.5 BITS ALS SCHALTER ................................................................. 117 4.4 BITMASKIERUNG .................................................................................. 118 4.4.1 KLASSISCHE AUSSAGENLOGIK ................................................ 119 4.4.2 BITWEISE OPERATOREN IN C ................................................ 120 4.4.3 BITMASKIERUNG ................................................................... 122 4.5 ZUSAMMENFASSUNG ........................................................................... 125 II PERIPHERIEMODULE 127 5 DIGITALE EIN-/AUSGABE ............................................................... 129 5.1 PERIPHERIE .......................................................................................... 129 5.2 PROJEKT PULSOXIMETER ..................................................................... 130 5.3 ELEKTROTECHNISCHE GRUNDLAGEN ...................................................... 132 5.3.1 STROM UND SPANNUNG ....................................................... 132 5.3.2 WIDERSTAND UND OHM SCHES GESETZ ................................ 134 5.3.3 HALBLEITER UND DIODE ......................................................... 135 5.3.4 SCHALTUNGSAUFBAU LED AN BATTERIE ......................... 138 5.4 LED SCHALTEN .................................................................................... 139 5.4.1 TRANSISTOR ............................................................................ 139 5.4.2 LOGISCHE FUNKTIONEN MIT CMOS .................................... 142 5.4.3 GPIO-MODUL ..................................................................... 144 5.4.4 SCHALTUNGSAUFBAU ESP32-C3 MIT LEDS ......................... 146 5.4.5 PIN-MULTIPLEXING ............................................................... 149 5.4.6 SET-/RESET-REGISTER ........................................................... 152 INHALTSVERZEICHNIS IX 5.4.7 BITFELD UND UNION IN C ..................................................... 152 5.4.8 GESAMTES MODUL KAPSELN ................................................ 154 5.4.9 API DES HERSTELLERS ........................................................... 156 5.4.10 OSZILLOSKOP ALS HILFSMITTEL ................................................ 157 5.4.11 KONDENSATOR ....................................................................... 159 5.4.12 LEISTUNG, ARBEIT, BATTERIELEBENSDAUER ........................... 160 5.5 TASTER ANSCHLIESSEN ........................................................................... 163 5.5.1 GPIO EINGANGSSIGNALPFAD ................................................ 164 6 INTERRUPTS UND EXCEPTIONS ........................................................ 171 6.1 EXCEPTIONS UND INTERRUPTS ............................................................ 172 6.1.1 RISC-V-AUSNAHMEBEHANDLUNG ........................................ 174 6.1.2 AKTIVIERUNG DES INTERRUPTS ............................................ 178 6.1.3 EXCEPTION HANDLER ............................................................. 180 6.2 SCHICHTENARCHITEKTUR UND CALLBACK ............................................. 184 6.2.1 SCHICHTENARCHITEKTUR ......................................................... 185 6.2.2 CALLBACKS ............................................................................ 186 6.3 INTERRUPT BEI TASTENDRUCK ............................................................ 189 6.4 SOURCECODEVERWALTUNG .................................................................. 191 6.4.1 MODULE IN UNTERVERZEICHNISSEN ........................................ 191 6.4.2 KOMPONENTENMODELL DES ESP-IDF .................................. 191 6.4.3 VERSIONSVERWALTUNG ........................................................... 192 7 EXTERNE KOMPONENTEN DIGITAL ANSCHLIESSEN ........................... 195 7.1 DISPLAY ANSTEUERN ........................................................................... 196 7.2 KONFIGURATION IM ESP-IDF ............................................................ 199 7.3 PC-PROTOKOLL ................................................................................... 200 7.3.1 SMBUS ................................................................................ 205 7.4 SPI-SCHNITTSTELLE ............................................................................. 206 7.4.1 BIT-BANGING ....................................................................... 208 7.4.2 DMA: DIRECT MEMORY ACCESS .......................................... 209 7.4.3 DATEISPEICHERUNG AUF SD-KARTEN 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adam_txt	VII INHALTSVERZEICHNIS I MIKROCONTROLLERGRUNDLAGEN 1 1 EINLEITUNG . 3 1.1 ZIEL DES BUCHS . 3 1.2 STRUKTUR DES BUCHES . 4 1.3 ZIELPUBLIKUM . 5 1.4 GEBRAUCHSANWEISUNG . 6 1.4.1 KONVENTIONEN . 6 2 HALLO, WELT! . 9 2.1 WAHL DER PROGRAMMIERSPRACHE . 10 2.2 BENOETIGTE KOMPONENTEN FUER DIE APPLIKATIONSENTWICKLUNG . 12 2.2.1 DEVELOPMENT BOARD . 13 2.2.2 SOFTWARE FUER DIE ENTWICKLUNG . 16 2.3 DIE ERSTE APPLIKATION . 19 3 DER MIKROPROZESSOR . 23 3.1 PROZESSORARCHITEKTUR . 23 3.1.1 EINE KLEINE AUFGABE . 24 3.1.2 DIE REGISTERBANK . 27 3.1.3 DIE ARITHMETIC LOGIC UNIT (ALU) . 30 3.1.4 DATENSPEICHER . 32 3.1.5 BEFEHLSSPEICHER . 35 3.1.6 STEUERWERK . 36 3.1.7 WEITERE EINHEITEN . 37 3.1.8 DER PROZESSOR . 38 3.1.9 PIPELINE . 44 3.2 INSTRUCTION SET ARCHITECTURE . 48 3.2.1 RISC-V . 49 3.2.2 SUM_UP_N IN ASSEMBLER . 56 3.2.3 SUM UP N-MASCHINENSPRACHE . 57 3.3 PERFORMANCE . 58 3.3.1 CONTROL AND STATUS REGISTERS . 59 3.3.2 FUNKTIONSAUFRUF . 63 VIII INHALTSVERZEICHNIS 3.3.3 OPTIMIERUNG DES CODES . 68 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KOMPONENTEN . 248 8.6 ZUSAMMENFASSUNG . 248 III EMBEDDED SYSTEM 251 9 EMBEDDED BETRIEBSSYSTEM . 253 9.1 EMBEDDED APPLIKATIONSMODELL . 253 9.2 MULTITASKING . 255 9.3 ECHTZEITBETRIEBSSYSTEM . 257 9.3.1 FREERTOS . 258 9.4 NEBENLAEUFIGKEIT . 265 9.4.1 SEMAPHOR . 266 9.4.2 KRITISCHE REGION . 267 9.4.3 DEADLOCK . 269 9.4.4 PRODUCER/CONSUMER . 270 9.4.5 MESSAGE-QUEUE . 271 9.4.6 MUTEX UND SIGNALISIERUNG . 275 9.4.7 PRIORITAETEN BASIERTES SCHEDULING . 276 9.5 SYSTEMKONTEXT . 279 9.6 GERAETETREIBER . 281 9.6.1 POSIX-STANDARD . 282 10 INTERNET DER DINGE . 285 10.1 INTERNET . 285 10.1.1 WI-FI-KONFIGURATION . 288 10.1.2 BERKELEY SOCKETS . 290 10.1.3 UDP . 290 10.1.4 TCP . 292 10.1.5 DATENFORMATE . 294 10.1.6 HEADER . 298 INHALTSVERZEICHNIS XI 10.2 CLOUD-ZUGRIFF . 303 10.2.1 REST UND COAP . 303 10.2.2 MQTT-PROTOKOLL . 304 10.2.3 WEBSERVER . 306 10.3 BLUETOOTH . 307 10.3.1 NIMBLE STACK . 309 10.3.2 GENERIC ACCESS PROFILE (GAP) . 309 10.3.3 GATT-PROFIL UND ATT-PROTOKOLL . 310 10.4 POWER-MANAGEMENT . 314 10.4.1 SLEEP MODES . 315 10.4.2 POWER-MANAGEMENT-ALGORITHMUS . 316 11 SCHLUSSWORT . 317 IV ANHANG 319 A WEBSEITE ZUM BUCH . 321 A.L MATERIAL ZUM ESP32-C3 UND ESP-IDF . 321 A.2 BEISPIELE DES BUCHS . 321 A.3 UEBUNGSBEISPIELE . 322 A.4 ERRATA . 322 LITERATURVERZEICHNIS . 323 INDEX . 329
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