2025年嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師考試試題及答案單項(xiàng)選擇題1.以下關(guān)于嵌入式系統(tǒng)硬件抽象層（HAL）的描述，錯(cuò)誤的是（）。A.HAL為操作系統(tǒng)內(nèi)核提供了統(tǒng)一的硬件訪問接口B.HAL可以提高嵌入式系統(tǒng)的可移植性C.HAL通常由硬件廠商提供D.HAL與具體的硬件平臺(tái)無關(guān)答案：D解析：硬件抽象層（HAL）是位于操作系統(tǒng)內(nèi)核與硬件電路之間的接口層，它將硬件抽象化。HAL為操作系統(tǒng)內(nèi)核提供統(tǒng)一的硬件訪問接口，使得操作系統(tǒng)內(nèi)核可以獨(dú)立于具體的硬件平臺(tái)，從而提高了嵌入式系統(tǒng)的可移植性。通常HAL由硬件廠商或者系統(tǒng)開發(fā)人員根據(jù)硬件平臺(tái)編寫，它是與具體的硬件平臺(tái)相關(guān)的，不同的硬件平臺(tái)其HAL實(shí)現(xiàn)不同。所以選項(xiàng)D描述錯(cuò)誤。2.已知一個(gè)32位的嵌入式系統(tǒng)中，int類型占4個(gè)字節(jié)，char類型占1個(gè)字節(jié)，以下代碼執(zhí)行后，輸出結(jié)果是（）。```cinclude<stdio.h>intmain(){inta=10;charp=(char)&a;(p+1)=2;printf("%d\n",a);return0;}```A.10B.522C.2D.無法確定答案：B解析：在32位系統(tǒng)中，int類型占4個(gè)字節(jié)，變量a存儲(chǔ)在內(nèi)存中。將a的地址強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為char類型指針p，char類型指針每次移動(dòng)一個(gè)字節(jié)。(p+1)=2是將a存儲(chǔ)單元中第二個(gè)字節(jié)的值改為2。假設(shè)a的初始二進(jìn)制表示為00000000000000000000000000001010（十進(jìn)制10），修改第二個(gè)字節(jié)后變?yōu)?0000000000000100000000000001010，轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制就是522。所以答案是B。3.以下哪種總線協(xié)議常用于嵌入式系統(tǒng)中連接低速外設(shè)（）。A.SPIB.USB3.0C.PCIeD.CAN答案：A解析：SPI（SerialPeripheralInterface）是一種高速、全雙工、同步的通信總線，常用于連接低速外設(shè)，如傳感器、SD卡等。USB3.0是高速的通用串行總線，主要用于連接各種外部設(shè)備，但它的協(xié)議相對(duì)復(fù)雜，多用于高速數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景。PCIe（PeripheralComponentInterconnectExpress）是一種高速串行計(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)，用于連接高速設(shè)備，如顯卡、網(wǎng)卡等。CAN（ControllerAreaNetwork）是一種串行通信協(xié)議，常用于汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域，雖然它也可以連接一些設(shè)備，但主要用于實(shí)時(shí)性要求較高的分布式系統(tǒng)，且通信速率有一定限制，并非專門用于連接低速外設(shè)。所以答案選A。4.在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，以下哪種調(diào)度算法屬于搶占式調(diào)度算法（）。A.先來先服務(wù)（FCFS）B.時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（RR）C.優(yōu)先級(jí)調(diào)度D.上述都不是答案：C解析：先來先服務(wù)（FCFS）調(diào)度算法是按照作業(yè)到達(dá)的先后順序進(jìn)行調(diào)度，一旦一個(gè)作業(yè)開始執(zhí)行，就會(huì)一直執(zhí)行直到完成，不允許被其他作業(yè)搶占，屬于非搶占式調(diào)度算法。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（RR）調(diào)度算法是將CPU時(shí)間劃分成固定大小的時(shí)間片，每個(gè)進(jìn)程輪流執(zhí)行一個(gè)時(shí)間片，當(dāng)時(shí)間片用完后，該進(jìn)程被暫停，調(diào)度器選擇下一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行，它也屬于非搶占式調(diào)度（在時(shí)間片用完才切換）。優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法中，當(dāng)有更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)就緒時(shí)，當(dāng)前正在執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)可以被高優(yōu)先級(jí)任務(wù)搶占，屬于搶占式調(diào)度算法。所以答案是C。5.以下關(guān)于嵌入式系統(tǒng)中看門狗（Watchdog）的描述，正確的是（）。A.看門狗主要用于提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度B.看門狗是一種硬件定時(shí)器，用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是否正常運(yùn)行C.看門狗只能由硬件實(shí)現(xiàn)，不能由軟件模擬D.看門狗在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)會(huì)不斷產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)答案：B解析：看門狗是一種硬件定時(shí)器或者軟件機(jī)制，其主要作用是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，程序會(huì)定期給看門狗定時(shí)器清零（喂狗），如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障（如程序跑飛），無法及時(shí)喂狗，看門狗定時(shí)器就會(huì)溢出，產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)重新啟動(dòng)，從而保證系統(tǒng)的可靠性。它并不能提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤?？撮T狗既可以由硬件實(shí)現(xiàn)，也可以由軟件模擬，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，看門狗不會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，只有在監(jiān)測(cè)到異常時(shí)才會(huì)產(chǎn)生，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。所以答案是B。簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述嵌入式系統(tǒng)的定義和特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)是一種以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其特點(diǎn)包括：-專用性強(qiáng)：嵌入式系統(tǒng)是為特定的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，針對(duì)性很強(qiáng)，不像通用計(jì)算機(jī)那樣可以進(jìn)行多種不同類型的任務(wù)。例如，汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)只負(fù)責(zé)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)精確的燃油噴射和點(diǎn)火控制等功能。-資源受限：通常在成本、體積、功耗等方面有嚴(yán)格的限制，因此其硬件資源（如處理器速度、內(nèi)存容量等）相對(duì)有限。比如一些智能手環(huán)，由于要考慮佩戴的舒適性和電池續(xù)航能力，其處理器性能和內(nèi)存大小都不能過大。-實(shí)時(shí)性要求高：很多嵌入式系統(tǒng)需要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，具有實(shí)時(shí)處理能力。例如，工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線上的控制系統(tǒng)，必須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以保證生產(chǎn)的高效和安全。-可靠性高：在一些關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域，如航空航天、醫(yī)療設(shè)備等，嵌入式系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要。系統(tǒng)需要具備容錯(cuò)能力和自我修復(fù)能力，以確保在惡劣環(huán)境或出現(xiàn)故障時(shí)仍能正常工作。-軟件代碼質(zhì)量高：由于資源受限，嵌入式系統(tǒng)的軟件代碼需要具有較高的效率和緊湊性，同時(shí)要保證代碼的穩(wěn)定性和可維護(hù)性。2.請(qǐng)說明ARMCortex-M系列處理器的幾個(gè)主要特點(diǎn)。ARMCortex-M系列處理器是專門為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的低成本、低功耗、高性能的處理器系列，主要特點(diǎn)如下：-低功耗：采用了先進(jìn)的低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)，能夠在不同的工作模式下動(dòng)態(tài)調(diào)整功耗，適合電池供電的設(shè)備，如智能手表、無線傳感器等。例如，在睡眠模式下，處理器可以將功耗降低到極低水平，僅維持必要的功能。-高性能：具有較高的指令執(zhí)行效率和處理能力。采用了哈佛架構(gòu)，指令和數(shù)據(jù)可以同時(shí)訪問，提高了數(shù)據(jù)處理速度。同時(shí)，支持Thumb-2指令集，指令密度高，代碼空間占用小。-成本低：芯片設(shè)計(jì)和制造成本較低，適合大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。其簡(jiǎn)單的架構(gòu)和精簡(jiǎn)的外設(shè)配置降低了硬件成本，使得基于Cortex-M處理器的產(chǎn)品具有較高的性價(jià)比。-易于開發(fā)：提供了豐富的開發(fā)工具和軟件庫(kù)，開發(fā)人員可以方便地進(jìn)行開發(fā)和調(diào)試。同時(shí)，具有統(tǒng)一的編程模型和調(diào)試接口，降低了開發(fā)難度和成本。-集成度高：集成了多種外設(shè)，如定時(shí)器、串口、SPI、I2C等，減少了外部電路的設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。3.簡(jiǎn)述嵌入式系統(tǒng)中進(jìn)程和線程的區(qū)別。進(jìn)程和線程都是嵌入式系統(tǒng)中用于實(shí)現(xiàn)并發(fā)執(zhí)行的概念，但它們有以下區(qū)別：-資源分配：進(jìn)程是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位，每個(gè)進(jìn)程都有自己獨(dú)立的內(nèi)存空間、系統(tǒng)資源（如文件描述符等）。而線程是進(jìn)程中的一個(gè)執(zhí)行單元，同一進(jìn)程內(nèi)的多個(gè)線程共享進(jìn)程的資源，包括內(nèi)存空間、文件句柄等。例如，一個(gè)多線程的瀏覽器進(jìn)程，各個(gè)線程可以共享瀏覽器打開的網(wǎng)頁數(shù)據(jù)和緩存空間。-調(diào)度開銷：進(jìn)程的創(chuàng)建、銷毀和切換需要較大的系統(tǒng)開銷，因?yàn)樯婕暗劫Y源的分配和釋放。而線程的創(chuàng)建、銷毀和切換開銷相對(duì)較小，因?yàn)樗鼈児蚕磉M(jìn)程的資源，只需要保存和恢復(fù)少量的寄存器狀態(tài)。-并發(fā)性：進(jìn)程之間可以實(shí)現(xiàn)并發(fā)執(zhí)行，不同進(jìn)程可以在不同的處理器核心上并行運(yùn)行。同一進(jìn)程內(nèi)的多個(gè)線程也可以并發(fā)執(zhí)行，充分利用多核處理器的性能。但線程之間的通信和同步相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)樗鼈児蚕韮?nèi)存空間；而進(jìn)程之間的通信需要使用專門的進(jìn)程間通信（IPC）機(jī)制，如管道、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存等。-獨(dú)立性：進(jìn)程具有較高的獨(dú)立性，一個(gè)進(jìn)程的崩潰一般不會(huì)影響其他進(jìn)程。而線程的獨(dú)立性相對(duì)較低，同一進(jìn)程內(nèi)的一個(gè)線程崩潰可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)進(jìn)程崩潰。設(shè)計(jì)題設(shè)計(jì)一個(gè)基于ARMCortex-M3處理器的嵌入式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度傳感器數(shù)據(jù)的采集和顯示。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要由ARMCortex-M3處理器、溫度傳感器、LCD顯示屏和電源模塊等部分組成。溫度傳感器負(fù)責(zé)采集環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并傳輸給ARMCortex-M3處理器。處理器對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換，得到實(shí)際的溫度值。最后，將溫度值顯示在LCD顯示屏上。硬件設(shè)計(jì)-溫度傳感器：選擇合適的溫度傳感器，如DS18B20，它是一種數(shù)字溫度傳感器，采用單總線通信協(xié)議，與ARMCortex-M3處理器連接方便。將傳感器的數(shù)據(jù)引腳連接到處理器的一個(gè)GPIO引腳，用于數(shù)據(jù)傳輸。-LCD顯示屏：選用16x2的LCD顯示屏，通過并行接口與ARMCortex-M3處理器連接。將LCD的數(shù)據(jù)引腳連接到處理器的GPIO端口，控制引腳（如RS、RW、E等）也連接到相應(yīng)的GPIO引腳，用于控制顯示屏的顯示操作。-電源模塊：為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，確保處理器、傳感器和顯示屏正常工作?？梢圆捎梅€(wěn)壓芯片將外部電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需的電壓。軟件設(shè)計(jì)以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的示例代碼，用于實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集和顯示：```cinclude"stm32f10x.h"include"ds18b20.h"include"lcd1602.h"intmain(void){floattemperature;chartemp_str[10];//初始化DS18B20溫度傳感器DS18B20_Init();//初始化LCD顯示屏LCD1602_Init();while(1){//讀取溫度數(shù)據(jù)temperature=DS18B20_ReadTemperature();//將溫度值轉(zhuǎn)換為字符串sprintf(temp_str,"Temp:%.2fC",temperature);//清屏LCD1602_Clear();//在LCD上顯示溫度值LCD1602_WriteString(temp_str);//延時(shí)一段時(shí)間for(inti=0;i<1000000;i++);}}```代碼解釋-首先，包含了必要的頭文件，如stm32f10x.h是STM32系列處理器的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)頭文件，ds18b20.h是溫度傳感器的驅(qū)動(dòng)頭文件，lcd1602.h是LCD顯示屏的驅(qū)動(dòng)頭文件。-在main函數(shù)中，定義了一個(gè)浮點(diǎn)型變量temperature用于存儲(chǔ)溫度值，一個(gè)字符數(shù)組temp_str用于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換后的溫度字符串。-調(diào)用DS18B20_Init()函數(shù)初始化溫度傳感器，調(diào)用LCD1602_Init()函數(shù)初始化LCD顯示屏。-在無限循環(huán)中，調(diào)用DS18B20_ReadTemperature()函數(shù)讀取溫度數(shù)據(jù)，使用sprintf函數(shù)將溫度值轉(zhuǎn)換為字符串。然后清屏并在LCD上顯示溫度值。最后進(jìn)行一段延時(shí)，以控制數(shù)據(jù)采集和顯示的頻率。分析題分析以下嵌入式系統(tǒng)代碼，指出可能存在的問題并提出改進(jìn)建議。```cinclude<stdio.h>include<stdlib.h>defineBUFFER_SIZE1024voidprocess_data(charbuffer){charptr=buffer;while(ptr!='\0'){if(ptr>='a'&&ptr<='z'){ptr=ptr-32;}ptr++;}}intmain(){charbuffer=(char)malloc(BUFFER_SIZE);if(buffer==NULL){printf("Memoryallocationfailed!\n");return1;}fgets(buffer,BUFFER_SIZE,stdin);process_data(buffer);printf("Processeddata:%s\n",buffer);return0;}```可能存在的問題-內(nèi)存泄漏：在main函數(shù)中使用malloc分配了內(nèi)存，但在程序結(jié)束時(shí)沒有釋放該內(nèi)存，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。-輸入緩沖區(qū)處理問題：fgets函數(shù)會(huì)讀取換行符并存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中，可能會(huì)影響后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和顯示。-異常處理不充分：在process_data函數(shù)中，沒有對(duì)輸入的指針進(jìn)行有效性檢查，如果傳入的指針為NULL，會(huì)導(dǎo)致程序崩潰。改進(jìn)建議```cinclude<stdio.h>include<stdlib.h>include<string.h>defineBUFFER_SIZE1024voidprocess_data(charbuffer){if(buffer==NULL){return;}charptr=buffer;while(ptr!='\0'){if(ptr>='a'&&ptr<='z'){ptr=ptr-32;