2025年計算機嵌入式考試詳解試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.以下關于嵌入式系統(tǒng)的描述中，錯誤的是（）A.通常具有實時性要求B.硬件可裁剪以適應特定需求C.必須運行操作系統(tǒng)D.軟件需固化在非易失性存儲器中2.ARMCortexM3內核采用的指令集是（）A.ARMv6MB.ARMv7MC.ARMv8MD.Thumb23.STM32F407系列微控制器的最高主頻為（）A.72MHzB.168MHzC.216MHzD.480MHz4.I2C總線的典型傳輸速率中，快速模式的速率是（）A.100kbpsB.400kbpsC.1MbpsD.3.4Mbps5.實時操作系統(tǒng)（RTOS）中，任務的狀態(tài)不包括（）A.運行態(tài)B.就緒態(tài)C.掛起態(tài)D.阻塞態(tài)6.嵌入式系統(tǒng)中，常用的非易失性存儲器是（）A.SRAMB.DRAMC.NORFlashD.SDRAM7.UART通信中，若波特率為115200，數(shù)據位8位，停止位1位，無校驗位，則每秒最多傳輸?shù)淖址麛?shù)約為（）A.11520B.10472C.9600D.80008.以下不屬于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)調試工具的是（）A.JLinkB.STLinkC.KeilMDKD.MATLAB9.關于DMA（直接內存訪問）的描述，正確的是（）A.必須通過CPU參與數(shù)據傳輸B.適用于高速數(shù)據傳輸場景C.只能在內存和外設間傳輸D.會增加CPU的中斷負擔10.嵌入式Linux系統(tǒng)中，根文件系統(tǒng)的作用是（）A.存儲內核鏡像B.提供啟動引導程序C.包含系統(tǒng)運行所需的基本文件和目錄D.管理硬件驅動二、填空題（每空1分，共20分）1.嵌入式系統(tǒng)的核心要素包括專用性、實時性和__________。2.ARMCortexM4內核相比CortexM3增加了__________指令集，適用于數(shù)字信號處理場景。3.STM32微控制器的時鐘源通常包括內部RC振蕩器、外部高速晶振（HSE）和__________。4.SPI總線采用__________（全雙工/半雙工）通信方式，需要__________根信號線（不包括片選）。5.實時操作系統(tǒng)中，任務調度的兩種主要策略是__________和時間片輪轉。6.嵌入式系統(tǒng)中，ADC（模數(shù)轉換器）的分辨率為12位時，最大量化誤差為__________（以滿量程電壓Vref為參考）。7.I2C總線的從機地址通常為__________位（7位或10位），其中最低位表示__________（讀/寫）方向。8.嵌入式系統(tǒng)低功耗設計中，常見的低功耗模式包括睡眠模式、停止模式和__________。9.嵌入式Linux的啟動流程通常為：引導加載程序（Bootloader）→__________→根文件系統(tǒng)掛載。10.在STM32HAL庫中，初始化UART外設的函數(shù)是__________，發(fā)送數(shù)據的函數(shù)是__________。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述嵌入式系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的主要區(qū)別。2.說明ARMCortexM系列內核中NVIC（嵌套向量中斷控制器）的作用及主要功能。3.比較SPI和I2C總線的優(yōu)缺點，各列舉兩種典型應用場景。4.實時操作系統(tǒng)中，任務優(yōu)先級反轉的定義是什么？如何解決？5.設計一個基于STM32的溫濕度采集系統(tǒng)，需說明硬件組成（至少3個模塊）、軟件流程（至少4個步驟）及關鍵寄存器配置（至少2個）。四、綜合題（每題10分，共20分）1.某嵌入式系統(tǒng)需要通過CAN總線實現(xiàn)兩個節(jié)點間的通信，節(jié)點A發(fā)送“2025Exam”字符串，節(jié)點B接收并通過UART轉發(fā)至PC。要求：（1）畫出簡化的硬件連接圖（標注主要芯片及接口）；（2）寫出節(jié)點A的CAN發(fā)送函數(shù)關鍵代碼（基于HAL庫）；（3）寫出節(jié)點B的CAN接收中斷服務函數(shù)及UART轉發(fā)代碼。2.設計一個基于FreeRTOS的多任務系統(tǒng)，包含三個任務：按鍵檢測任務（周期100ms）、LCD顯示任務（周期200ms）、串口數(shù)據處理任務（優(yōu)先級最高）。要求：（1）說明任務優(yōu)先級分配原則；（2）畫出任務狀態(tài)轉換圖（標注觸發(fā)條件）；（3）寫出任務創(chuàng)建及調度啟動的關鍵代碼（基于FreeRTOSAPI）。答案一、單項選擇題1.C（嵌入式系統(tǒng)不一定運行操作系統(tǒng)，如簡單的單片機系統(tǒng)可運行裸機程序）2.B（CortexM3基于ARMv7M架構）3.B（STM32F407最高主頻168MHz）4.B（I2C快速模式速率400kbps）5.C（RTOS任務狀態(tài)通常為運行、就緒、阻塞，掛起態(tài)非標準狀態(tài)）6.C（NORFlash是非易失性存儲器，其他為易失性）7.B（每字符10位，115200/10=11520，實際因協(xié)議開銷約10472）8.D（MATLAB是仿真工具，非嵌入式調試工具）9.B（DMA無需CPU參與，適用于高速傳輸）10.C（根文件系統(tǒng)包含/bin、/etc等基礎目錄）二、填空題1.資源受限性2.DSP（數(shù)字信號處理）3.外部低速晶振（LSE）4.全雙工；4（SCLK、MOSI、MISO、CS）5.搶占式調度6.Vref/(2^12×2)或Vref/81927.7；讀/寫8.待機模式（或深度睡眠模式）9.內核啟動（或內核初始化）10.HAL_UART_Init()；HAL_UART_Transmit()三、簡答題1.主要區(qū)別：（1）專用性：嵌入式系統(tǒng)針對特定功能設計，通用計算機為通用計算；（2）資源受限：嵌入式硬件（存儲、算力）嚴格受限，通用計算機資源豐富；（3）實時性：嵌入式多有實時要求，通用計算機側重吞吐率；（4）軟件固化：嵌入式軟件常固化在Flash中，通用計算機運行于硬盤；（5）功耗約束：嵌入式需低功耗設計，通用計算機無嚴格限制。2.NVIC作用：管理中斷優(yōu)先級和響應順序，實現(xiàn)中斷嵌套。主要功能：（1）中斷使能/禁止控制；（2）中斷優(yōu)先級分組（搶占優(yōu)先級和子優(yōu)先級）；（3）支持中斷掛起和清除；（4）嵌套中斷處理（高優(yōu)先級中斷可打斷低優(yōu)先級）；（5）系統(tǒng)異常（如HardFault）管理。3.優(yōu)缺點比較：SPI：全雙工，高速（可達幾十Mbps），需4根線（SCLK、MOSI、MISO、CS），無應答機制，適合短距離高速傳輸（如Flash、LCD驅動）；I2C：半雙工，低速（最高3.4Mbps），僅2根線（SCL、SDA），有應答機制，支持多從機尋址，適合多設備低速通信（如傳感器、EEPROM）。4.優(yōu)先級反轉：低優(yōu)先級任務持有高優(yōu)先級任務所需資源時，中優(yōu)先級任務搶占低優(yōu)先級任務，導致高優(yōu)先級任務被延遲的現(xiàn)象。解決方法：（1）優(yōu)先級繼承：低優(yōu)先級任務持有資源時，臨時提升其優(yōu)先級至等待該資源的最高優(yōu)先級任務的優(yōu)先級；（2）優(yōu)先級天花板：為資源分配固定優(yōu)先級天花板，任務持有資源時優(yōu)先級提升至天花板值；（3）互斥信號量：RTOS提供的特殊信號量，內置優(yōu)先級繼承機制。5.硬件組成：（1）主控模塊：STM32F103C8T6（或其他型號）；（2）傳感器模塊：DHT11（溫濕度傳感器，單總線接口）；（3）通信模塊：CH340（USB轉UART，用于與PC通信）；（4）電源模塊：3.3V穩(wěn)壓芯片（如AMS1117）。軟件流程：（1）系統(tǒng)初始化：時鐘配置（HSE8MHz→PLL72MHz）、GPIO初始化（傳感器接口、UART引腳）；（2）傳感器初始化：發(fā)送起始信號，等待DHT11響應；（3）數(shù)據采集：讀取40位數(shù)據（8位濕度整數(shù)+8位濕度小數(shù)+8位溫度整數(shù)+8位溫度小數(shù)+8位校驗）；（4）數(shù)據處理：校驗數(shù)據有效性，轉換為實際溫濕度值（如溫度=溫度整數(shù)部分）；（5）數(shù)據傳輸：通過UART將溫濕度值發(fā)送至PC（如“溫度：25℃，濕度：60%”）。關鍵寄存器配置：（1）RCC_APB2ENR：使能GPIOA、USART1時鐘；（2）GPIOA_CRL：配置PA9（UARTTX）為復用推挽輸出，PA10（UARTRX）為浮空輸入；（3）USART1_BRR：設置波特率（如115200時，BRR=72MHz/(115200×16)=39.0625→0x271）；（4）USART1_CR1：使能USART、發(fā)送器（TE）、接收器（RE）。四、綜合題1.（1）硬件連接圖：節(jié)點A（STM32F407）→CAN控制器（如TJA1050）→CAN總線（雙絞線）→節(jié)點B（STM32F407）→CAN控制器（TJA1050）；節(jié)點B通過UART（CH340）連接PC。（2）節(jié)點ACAN發(fā)送函數(shù)（HAL庫）：```cCAN_TxHeaderTypeDefTxHeader;uint8_tTxData[8];uint32_tTxMailbox;voidCAN_Send_String(void){TxHeader.StdId=0x123;//標準幀IDTxHeader.ExtId=0x00;//不使用擴展IDTxHeader.RTR=CAN_RTR_DATA;//數(shù)據幀TxHeader.IDE=CAN_ID_STD;//標準標識符TxHeader.DLC=8;//數(shù)據長度8字節(jié)TxHeader.TransmitGlobalTime=DISABLE;strcpy((char)TxData,"2025Exam");//填充數(shù)據HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan,&TxHeader,TxData,&TxMailbox);}```（3）節(jié)點BCAN接收中斷及UART轉發(fā)代碼：```cCAN_RxHeaderTypeDefRxHeader;uint8_tRxData[8];voidHAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDefhcan){HAL_CAN_GetRxMessage(hcan,CAN_RX_FIFO0,&RxHeader,RxData);//通過UART轉發(fā)至PCHAL_UART_Transmit(&huart1,RxData,RxHeader.DLC,100);}```2.（1）任務優(yōu)先級分配原則：串口數(shù)據處理任務（最高優(yōu)先級，確保實時性）＞LCD顯示任務（中優(yōu)先級，需及時更新但非最緊急）＞按鍵檢測任務（最低優(yōu)先級，周期較長）。（2）任務狀態(tài)轉換圖：運行態(tài)→阻塞態(tài)：任務調用vTaskDelay()或等待信號量；阻塞態(tài)→就緒態(tài)：延遲時間到或等待的資源可用；就緒態(tài)→運行態(tài)：調度器選擇最高優(yōu)先級就緒任務；運行態(tài)→就緒態(tài)：被更高優(yōu)先級任務搶占（搶占式調度）。（3）任務創(chuàng)建及調度代碼：```cinclude"FreeRTOS.h"include"task.h"voidvKeyTask(voidpvParameters){for(;;){//按鍵檢測邏輯vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));}}voidvLCDTask(voidpvParameters){for(;;){//LCD顯示邏輯vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(200));}}voidvUARTTask(voidpvParameters){for(;;){//串口數(shù)據處理邏輯vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(50));}}intmain(void){