計算機三級嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)模擬試題及答案一、選擇題1.以下關(guān)于嵌入式系統(tǒng)的描述，錯誤的是（）A.嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的B.嵌入式系統(tǒng)一般不具備操作系統(tǒng)C.嵌入式系統(tǒng)可以使用微處理器或微控制器D.嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件是緊密結(jié)合的答案：B。嵌入式系統(tǒng)可以有操作系統(tǒng)，如Linux、uC/OS等，很多復(fù)雜的嵌入式應(yīng)用需要操作系統(tǒng)來進行任務(wù)管理、資源分配等，所以選項B描述錯誤；選項A，嵌入式系統(tǒng)是為特定應(yīng)用設(shè)計的，比如智能手環(huán)是用于健康監(jiān)測等特定功能；選項C，嵌入式系統(tǒng)可采用微處理器如ARM系列微處理器，也可使用微控制器如51單片機等；選項D，嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件相互配合、緊密結(jié)合，以實現(xiàn)特定功能。2.下列不屬于嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu)的是（）A.ARMB.x86C.MIPSD.CISC答案：D。CISC（復(fù)雜指令集計算機）是一種指令集架構(gòu)類型，不是具體的微處理器體系結(jié)構(gòu)。而ARM、x86、MIPS都是常見的嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu)，ARM廣泛應(yīng)用于移動設(shè)備、嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等；x86常用于個人計算機和一些工業(yè)控制等領(lǐng)域；MIPS在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、消費電子等嵌入式領(lǐng)域也有應(yīng)用。3.若某嵌入式系統(tǒng)中使用的微處理器有32根地址線，則其可尋址的最大內(nèi)存空間為（）A.1GBB.2GBC.4GBD.8GB答案：C。根據(jù)地址線數(shù)量與可尋址內(nèi)存空間的關(guān)系，可尋址內(nèi)存空間大小=2^地址線數(shù)量。這里地址線有32根，所以可尋址內(nèi)存空間為2^32字節(jié)。因為1GB=2^30字節(jié)，2^32字節(jié)=42^30字節(jié)=4GB。4.以下關(guān)于嵌入式操作系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度，說法正確的是（）A.非搶占式調(diào)度中，高優(yōu)先級任務(wù)可以隨時搶占低優(yōu)先級任務(wù)的CPU使用權(quán)B.搶占式調(diào)度可以提高系統(tǒng)的實時性C.時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度只適用于非實時系統(tǒng)D.固定優(yōu)先級調(diào)度中，任務(wù)的優(yōu)先級是動態(tài)變化的答案：B。搶占式調(diào)度允許高優(yōu)先級任務(wù)在需要時立即搶占低優(yōu)先級任務(wù)的CPU使用權(quán)，能及時響應(yīng)高優(yōu)先級任務(wù)，從而提高系統(tǒng)的實時性，所以選項B正確；選項A，非搶占式調(diào)度中，高優(yōu)先級任務(wù)必須等低優(yōu)先級任務(wù)主動釋放CPU后才能獲得使用權(quán)，不能隨時搶占；選項C，時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度也可用于一些對實時性要求不特別高的實時系統(tǒng)；選項D，固定優(yōu)先級調(diào)度中，任務(wù)的優(yōu)先級是在系統(tǒng)初始化時設(shè)定好的，是固定不變的。5.在嵌入式系統(tǒng)中，UART（通用異步收發(fā)傳輸器）主要用于（）A.高速數(shù)據(jù)傳輸B.同步數(shù)據(jù)傳輸C.串行數(shù)據(jù)通信D.并行數(shù)據(jù)通信答案：C。UART是一種串行通信接口，主要用于串行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，實現(xiàn)設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)通信。它是異步通信方式，不是同步數(shù)據(jù)傳輸，也不適合高速數(shù)據(jù)傳輸，并行數(shù)據(jù)通信與UART的串行通信特點不同。6.以下關(guān)于Flash存儲器的描述，錯誤的是（）A.Flash存儲器具有掉電數(shù)據(jù)不丟失的特性B.NORFlash的讀取速度比NANDFlash快C.NANDFlash的寫入速度比NORFlash慢D.Flash存儲器可用于存儲嵌入式系統(tǒng)的程序代碼答案：C。NANDFlash的寫入速度比NORFlash快，所以選項C描述錯誤；選項A，F(xiàn)lash存儲器是一種非易失性存儲器，掉電后數(shù)據(jù)不會丟失；選項B，NORFlash在讀取速度上具有優(yōu)勢，適合隨機讀取，常用于存儲程序代碼等；選項D，由于其非易失性，F(xiàn)lash存儲器常被用于存儲嵌入式系統(tǒng)的程序代碼、配置信息等。7.嵌入式系統(tǒng)中，中斷服務(wù)程序（ISR）的特點不包括（）A.執(zhí)行時間要盡可能短B.可以調(diào)用系統(tǒng)中的所有函數(shù)C.要盡快釋放CPU資源D.通常不進行復(fù)雜的運算答案：B。中斷服務(wù)程序（ISR）是在中斷發(fā)生時被執(zhí)行的程序，為了保證系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性，其執(zhí)行時間要盡可能短，要盡快釋放CPU資源，通常也不進行復(fù)雜的運算。但ISR不能調(diào)用系統(tǒng)中的所有函數(shù)，因為有些函數(shù)可能會進行復(fù)雜的操作、訪問共享資源等，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)混亂，所以選項B不屬于ISR的特點。8.以下關(guān)于DMA（直接內(nèi)存訪問）的描述，正確的是（）A.DMA傳輸過程中需要CPU全程參與B.DMA可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男蔆.DMA只能用于內(nèi)存與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸D.DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不能超過一定的限制答案：B。DMA（直接內(nèi)存訪問）可以在不占用CPU的情況下，直接在內(nèi)存和外設(shè)之間進行數(shù)據(jù)傳輸，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，所以選項B正確；選項A，DMA傳輸過程中CPU不需要全程參與，在DMA控制器完成初始化后，數(shù)據(jù)傳輸由DMA控制器負責(zé)；選項C，DMA可以用于內(nèi)存與外設(shè)、內(nèi)存與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸；選項D，DMA可以傳輸大量的數(shù)據(jù)，其傳輸數(shù)據(jù)量一般只受硬件資源的限制，沒有固定的不能超過的限制。9.在嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)中，交叉編譯是指（）A.在目標(biāo)平臺上編譯程序B.在宿主機上編譯生成目標(biāo)平臺可執(zhí)行的程序C.同時編譯多個程序D.編譯過程中進行代碼優(yōu)化答案：B。交叉編譯是指在一個平臺（宿主機，通常是開發(fā)用的PC機）上編譯生成另一個平臺（目標(biāo)平臺，如嵌入式設(shè)備）可執(zhí)行的程序。因為嵌入式設(shè)備的資源有限，可能不適合進行復(fù)雜的編譯操作，所以通常在宿主機上進行交叉編譯，然后將生成的可執(zhí)行文件下載到目標(biāo)平臺上運行。10.以下關(guān)于嵌入式系統(tǒng)的硬件調(diào)試方法，錯誤的是（）A.在線仿真器（ICE）可以實時監(jiān)控目標(biāo)系統(tǒng)的運行狀態(tài)B.JTAG接口主要用于程序的下載，不能用于調(diào)試C.邏輯分析儀可以分析數(shù)字電路中的信號波形D.示波器可以觀察模擬信號和數(shù)字信號的波形答案：B。JTAG接口不僅可以用于程序的下載，還可以用于調(diào)試。通過JTAG接口可以對目標(biāo)芯片進行邊界掃描測試、程序調(diào)試等操作，所以選項B描述錯誤；選項A，在線仿真器（ICE）可以實時監(jiān)控目標(biāo)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，幫助開發(fā)人員查找問題；選項C，邏輯分析儀可以采集和分析數(shù)字電路中的信號波形，用于調(diào)試數(shù)字電路；選項D，示波器可以觀察模擬信號和數(shù)字信號的波形，分析信號的幅度、頻率等參數(shù)。二、填空題1.嵌入式系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分通常包括______、______、______等。答案：嵌入式微處理器、存儲器、輸入輸出接口。嵌入式微處理器是核心部件，負責(zé)執(zhí)行程序指令；存儲器用于存儲程序和數(shù)據(jù)，如Flash、RAM等；輸入輸出接口用于與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互，如UART、SPI等接口。2.常見的嵌入式操作系統(tǒng)有______、______、______等。答案：Linux、uC/OS、VxWorks。Linux是開源的、應(yīng)用廣泛的嵌入式操作系統(tǒng)，具有豐富的軟件資源；uC/OS是一個輕量級的實時操作系統(tǒng)，常用于對實時性要求較高的嵌入式系統(tǒng)；VxWorks是一種商業(yè)的實時操作系統(tǒng)，在航空航天、工業(yè)控制等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。3.嵌入式系統(tǒng)中，GPIO（通用輸入輸出）引腳可以配置為______或______模式。答案：輸入、輸出。GPIO引腳可以根據(jù)需要配置為輸入模式，用于讀取外部設(shè)備的信號；也可以配置為輸出模式，用于向外部設(shè)備輸出信號。4.SPI（串行外設(shè)接口）通信通常需要______、______、______和______四條信號線。答案：時鐘線（SCK）、主輸出從輸入線（MOSI）、主輸入從輸出線（MISO）、片選線（SS）。時鐘線（SCK）用于提供時鐘信號，同步數(shù)據(jù)傳輸；主輸出從輸入線（MOSI）用于主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)；主輸入從輸出線（MISO）用于從設(shè)備向主設(shè)備返回數(shù)據(jù)；片選線（SS）用于選擇要通信的從設(shè)備。5.在嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)中，常用的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）有______、______等。答案：Keil、IAR。Keil是一款廣泛用于ARM、8051等微控制器開發(fā)的集成開發(fā)環(huán)境，提供了代碼編輯、編譯、調(diào)試等功能；IAR也是一款知名的嵌入式開發(fā)集成環(huán)境，支持多種微處理器架構(gòu)，具有高效的編譯器和調(diào)試工具。三、簡答題1.簡述嵌入式系統(tǒng)的特點。答：嵌入式系統(tǒng)具有以下特點：-面向特定應(yīng)用：嵌入式系統(tǒng)是為了滿足特定的應(yīng)用需求而設(shè)計的，如智能家居設(shè)備、工業(yè)自動化控制系統(tǒng)等，其硬件和軟件都圍繞特定功能進行優(yōu)化。-硬件和軟件緊密結(jié)合：嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件相互依存、緊密配合。硬件為軟件提供運行平臺，軟件通過對硬件的控制實現(xiàn)特定功能，兩者需要高度協(xié)同工作。-資源受限：嵌入式系統(tǒng)通常在資源方面受到限制，如處理器性能、存儲器容量、功耗等。因此，在設(shè)計嵌入式系統(tǒng)時需要充分考慮資源的合理利用，以滿足系統(tǒng)的性能要求。-實時性要求高：很多嵌入式系統(tǒng)對實時性有較高的要求，例如工業(yè)控制、航空航天等領(lǐng)域的系統(tǒng)，需要在規(guī)定的時間內(nèi)對外部事件做出響應(yīng)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。-可靠性要求高：嵌入式系統(tǒng)往往應(yīng)用于一些關(guān)鍵領(lǐng)域，如醫(yī)療設(shè)備、汽車電子等，對系統(tǒng)的可靠性要求很高。系統(tǒng)需要具備容錯能力、抗干擾能力等，以確保在各種環(huán)境下都能正常工作。-軟件代碼固化：嵌入式系統(tǒng)的軟件代碼通常被固化在非易失性存儲器中，如Flash存儲器，以保證系統(tǒng)在掉電后程序不會丟失，并且可以在系統(tǒng)上電后立即運行。2.說明嵌入式操作系統(tǒng)中任務(wù)和進程的區(qū)別。答：在嵌入式操作系統(tǒng)中，任務(wù)和進程有以下區(qū)別：-概念層面：-進程是程序在操作系統(tǒng)中的一次執(zhí)行過程，是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的基本單位，它包含了程序代碼、數(shù)據(jù)、進程控制塊等信息。-任務(wù)是嵌入式操作系統(tǒng)中更輕量級的執(zhí)行單元，它通常是一個無限循環(huán)的程序段，專注于完成特定的功能。在一些嵌入式操作系統(tǒng)中，任務(wù)也被稱為線程。-資源占用：-進程擁有自己獨立的地址空間、系統(tǒng)資源（如文件描述符、內(nèi)存空間等），創(chuàng)建和銷毀進程的開銷較大。-任務(wù)通常共享進程的地址空間和系統(tǒng)資源，只擁有自己的棧空間和寄存器上下文，創(chuàng)建和銷毀任務(wù)的開銷相對較小。-調(diào)度方式：-進程的調(diào)度相對復(fù)雜，需要考慮進程之間的資源競爭、同步等問題，調(diào)度開銷較大。-任務(wù)的調(diào)度相對簡單，主要根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級、時間片等進行調(diào)度，調(diào)度開銷較小，更適合嵌入式系統(tǒng)對實時性和資源利用的要求。-通信方式：-進程之間的通信需要使用專門的進程間通信（IPC）機制，如管道、消息隊列、共享內(nèi)存等，通信過程相對復(fù)雜。-任務(wù)之間的通信可以通過共享全局變量、信號量、消息隊列等方式進行，通信方式相對簡單。3.簡述SPI通信的工作原理。答：SPI（串行外設(shè)接口）是一種全雙工、同步的串行通信協(xié)議，其工作原理如下：-主從結(jié)構(gòu)：SPI通信采用主從結(jié)構(gòu)，一個主設(shè)備可以連接多個從設(shè)備。主設(shè)備負責(zé)產(chǎn)生時鐘信號（SCK），并控制通信的發(fā)起和結(jié)束。從設(shè)備在主設(shè)備的控制下進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。-時鐘同步：主設(shè)備通過SCK線向從設(shè)備提供時鐘信號，數(shù)據(jù)的傳輸在時鐘信號的控制下進行。主設(shè)備和從設(shè)備在時鐘信號的上升沿或下降沿進行數(shù)據(jù)的采樣和發(fā)送，以保證數(shù)據(jù)的同步傳輸。-數(shù)據(jù)傳輸：-主設(shè)備通過主輸出從輸入線（MOSI）向從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，同時從設(shè)備通過主輸入從輸出線（MISO）向主設(shè)備返回數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)以位為單位，按照時鐘信號的節(jié)奏依次傳輸。-在每次通信開始前，主設(shè)備通過片選線（SS）選擇要通信的從設(shè)備。當(dāng)SS線為低電平時，表示選中該從設(shè)備，開始進行數(shù)據(jù)傳輸；當(dāng)SS線為高電平時，表示通信結(jié)束。-數(shù)據(jù)幀格式：SPI通信的數(shù)據(jù)幀長度可以根據(jù)需要進行設(shè)置，通常為8位或16位。主設(shè)備和從設(shè)備在一個時鐘周期內(nèi)傳輸一位數(shù)據(jù)，通過多個時鐘周期完成一個數(shù)據(jù)幀的傳輸。-工作模式：SPI有四種工作模式，通過時鐘極性（CPOL）和時鐘相位（CPHA）的不同組合來定義。不同的工作模式?jīng)Q定了時鐘信號的初始電平以及數(shù)據(jù)采樣和發(fā)送的時機。四、設(shè)計題設(shè)計一個基于ARM微處理器的嵌入式系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫度傳感器數(shù)據(jù)的采集和顯示。溫度傳感器采用DS18B20，顯示設(shè)備采用16x2LCD液晶顯示屏。要求：1.簡述系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。2.給出主要的硬件連接圖。3.編寫部分關(guān)鍵的軟件代碼（偽代碼）。1.總體設(shè)計方案本系統(tǒng)以ARM微處理器為核心，通過單總線接口與DS18B20溫度傳感器連接，采集溫度數(shù)據(jù)。然后將采集到的溫度數(shù)據(jù)進行處理，轉(zhuǎn)換為可顯示的格式。最后通過并行接口將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到16x2LCD液晶顯示屏上進行顯示。系統(tǒng)主要包括以下幾個部分：-硬件部分：ARM微處理器、DS18B20溫度傳感器、16x2LCD液晶顯示屏、電源模塊等。-軟件部分：初始化DS18B20和LCD，實現(xiàn)DS18B20的溫度數(shù)據(jù)采集程序，將采集到的數(shù)據(jù)進行處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)顯示在LCD上。2.主要的硬件連接圖-ARM微處理器與DS18B20的連接：ARM微處理器的一個GPIO引腳連接到DS18B20的DQ引腳，用于數(shù)據(jù)的傳輸。同時，DS18B20的VDD引腳連接到電源（通常為3.3V或5V），GND引腳接地。-ARM微處理器與16x2LCD的連接：-LCD的RS引腳連接到ARM微處理器的一個GPIO引腳，用于選擇指令寄存器或數(shù)據(jù)寄存器。-LCD的RW引腳接地，表示只進行寫操作。-LCD的E引腳連接到ARM微處理器的一個GPIO引腳，用于使能信號。-LCD的D4-D7引腳分別連接到ARM微處理器的四個GPIO引腳，用于傳輸數(shù)據(jù)。-LCD的VSS引腳接地，VDD引腳接電源，VO引腳通過一個電位器連接到電源和地之間，用于調(diào)節(jié)對比度。3.關(guān)鍵的軟件代碼（偽代碼）```//初始化DS18B20voidDS18B20_Init(){//復(fù)位DS18B20Reset_DS18B20();//發(fā)送跳過ROM命令Send_Command(0xCC);//發(fā)送開始轉(zhuǎn)換命令Send_Command(0x44);}//讀取DS18B20溫度數(shù)據(jù)floatRead_DS18B20_Temperature(){unsignedintraw_data;unsignedcharlow_byte,high_byte;//復(fù)位DS18B20Reset_DS18B20();//發(fā)送跳過ROM命令Send_Command(0xCC);//發(fā)送讀取溫度命令Send_Command(0xBE);//讀取低字節(jié)low_byte=Read_Byte();//讀取高字節(jié)high_byte=Read_Byte();//組合數(shù)據(jù)raw_data=(high_byte<<8)|low_byte;//轉(zhuǎn)換為溫度值return(float)raw_data/16.0;}//初始化LCDvoidLCD_Init(){//初始化LCD引腳Init_LCD_Pins();//延時一段時間Delay(15);//發(fā)送初始化命令Send_LCD_Command(0x33);Delay(5);Send_LCD_Command(0x32);Delay(1);Send_LCD_Command(0x28);Delay(1);Send_LCD_Command(0x0C);Delay(1);Send_LCD_Command(0x06);Delay(1);Send_L