2025年電子信息工程專升本嵌入式系統(tǒng)試卷（含答案）考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空2分，共20分）1.嵌入式系統(tǒng)通常由硬件系統(tǒng)、______和軟件系統(tǒng)三部分組成。2.8051單片機(jī)中，用于存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令的存儲單元稱為______。3.CPU根據(jù)程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容，通過地址總線發(fā)出______，以訪問內(nèi)存或I/O端口。4.常用的存儲器擴(kuò)展方式有位擴(kuò)展、字?jǐn)U展和______。5.嵌入式系統(tǒng)中常用的中斷優(yōu)先級管理方式有______和輪轉(zhuǎn)法。6.在uC/OS-ii中，任務(wù)切換通常發(fā)生在任務(wù)的______或______之間。7.SPI通信協(xié)議是一種______總線，數(shù)據(jù)傳輸可以同步進(jìn)行，也可以異步進(jìn)行。8.I2C總線通常需要兩根信號線，分別是______和______。9.將數(shù)據(jù)從存儲器傳送到CPU進(jìn)行處理的操作稱為______。10.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，硬件調(diào)試常用的工具是______。二、判斷題（每題2分，共10分，請?jiān)诶ㄌ杻?nèi)打√或×）1.()RISC指令集通常比CISC指令集更復(fù)雜，指令數(shù)量更多。2.()并行總線可以同時傳輸多位數(shù)據(jù)，而串行總線只能一位一位地傳輸數(shù)據(jù)。3.()中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢后，CPU會自動返回到中斷前的斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行主程序。4.()FAT32文件系統(tǒng)支持大于2TB的硬盤分區(qū)。5.()嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)時操作系統(tǒng)（RTOS）可以保證任務(wù)嚴(yán)格按時完成。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述馮·諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和哈佛計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別。2.什么是中斷？中斷處理過程通常包括哪些步驟？3.簡述嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要區(qū)別。4.什么是看門狗定時器？在嵌入式系統(tǒng)中使用看門狗定時器的作用是什么？四、分析題（每題10分，共20分）1.某嵌入式系統(tǒng)使用一片8KB的RAM（地址范圍：0x0000-0x1FFF）和一片64KB的ROM（地址范圍：0x2000-0x7FFF）。若采用單一地址譯碼方式，請畫出地址譯碼邏輯示意圖（無需具體門電路），并說明如何區(qū)分對RAM和ROM的訪問。2.分析使用I2C總線進(jìn)行設(shè)備通信時，如果總線上的某個設(shè)備出現(xiàn)故障（例如，總是拉低SDA線），會對通信過程產(chǎn)生什么影響？有哪些方法可以檢測或緩解這種故障帶來的問題？五、設(shè)計(jì)題（每題15分，共30分）1.假設(shè)一個嵌入式系統(tǒng)需要控制一個LED燈，要求：上電后LED燈常亮，按下按鈕S1后LED燈熄滅，松開按鈕S1后LED燈再次常亮。請用C語言偽代碼或流程圖描述實(shí)現(xiàn)該功能的軟件設(shè)計(jì)思路（至少兩種方法）。2.設(shè)計(jì)一個簡單的任務(wù)調(diào)度程序，用于管理兩個優(yōu)先級不同的任務(wù)（TaskA和TaskB）。TaskA的優(yōu)先級高于TaskB。要求：系統(tǒng)應(yīng)能保證高優(yōu)先級任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行，當(dāng)高優(yōu)先級任務(wù)執(zhí)行時，低優(yōu)先級任務(wù)不能搶占；若高優(yōu)先級任務(wù)阻塞或完成，系統(tǒng)應(yīng)能自動切換到低優(yōu)先級任務(wù)執(zhí)行。請用偽代碼描述該任務(wù)調(diào)度邏輯。試卷答案一、填空題（每空2分，共20分）1.軟件系統(tǒng)2.程序計(jì)數(shù)器PC3.地址信號4.字節(jié)擴(kuò)展5.搶占式優(yōu)先級管理/或：固定優(yōu)先級管理6.調(diào)度/或：運(yùn)行/或：就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)換7.同步/或：全雙工8.SDA/或：串行數(shù)據(jù)線，SCL/或：串行時鐘線9.讀操作10.示波器/或：邏輯分析儀/或：仿真器二、判斷題（每題2分，共10分，請?jiān)诶ㄌ杻?nèi)打√或×）1.(×)2.(√)3.(√)4.(√)5.(√)三、簡答題（每題5分，共20分）1.解析思路：對比兩種體系結(jié)構(gòu)的存儲器組織方式。馮·諾依曼結(jié)構(gòu)中，指令和數(shù)據(jù)存儲在同一塊內(nèi)存中，共享同一組地址總線和數(shù)據(jù)總線，指令和數(shù)據(jù)的訪問是串行的。哈佛結(jié)構(gòu)中，指令和數(shù)據(jù)存儲在分開的內(nèi)存空間中，有獨(dú)立的指令地址總線和數(shù)據(jù)總線，允許指令和數(shù)據(jù)并行訪問，提高執(zhí)行速度。答案要點(diǎn)：馮·諾依曼結(jié)構(gòu)指令和數(shù)據(jù)共享同一內(nèi)存空間和總線，訪問串行；哈佛結(jié)構(gòu)指令和數(shù)據(jù)分開存儲，有獨(dú)立總線，可并行訪問，通常速度更快。2.解析思路：首先定義中斷的概念：外部事件請求CPU暫停當(dāng)前工作，轉(zhuǎn)而去處理該事件，處理完畢后返回原工作狀態(tài)的過程。然后列出中斷處理的標(biāo)準(zhǔn)步驟：中斷請求->中斷判優(yōu)（如果有多個中斷同時發(fā)生）->保護(hù)現(xiàn)場（保存當(dāng)前CPU狀態(tài)）->轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序入口->執(zhí)行中斷服務(wù)程序->恢復(fù)現(xiàn)場->返回中斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行主程序。答案要點(diǎn)：中斷是外部事件請求CPU服務(wù)的過程。處理步驟通常包括：中斷請求、中斷判優(yōu)（若有）、保護(hù)現(xiàn)場、跳轉(zhuǎn)執(zhí)行中斷服務(wù)程序、恢復(fù)現(xiàn)場、返回?cái)帱c(diǎn)。3.解析思路：從應(yīng)用目的、硬件結(jié)構(gòu)、軟件系統(tǒng)、資源限制等方面對比。嵌入式系統(tǒng)是為特定應(yīng)用設(shè)計(jì)的，硬件資源（如CPU速度、內(nèi)存大小、外設(shè)）通常受限，軟件（特別是操作系統(tǒng)）為滿足實(shí)時性、可靠性等要求而優(yōu)化，運(yùn)行在特定硬件平臺上，通常不開放。通用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)用于處理各種任務(wù)，硬件資源相對豐富，軟件系統(tǒng)復(fù)雜（如Windows,Linux），支持多用戶、多任務(wù)，硬件平臺開放。答案要點(diǎn)：應(yīng)用目的：嵌入式系統(tǒng)面向特定任務(wù)，通用計(jì)算機(jī)面向通用任務(wù)。硬件：嵌入式系統(tǒng)資源受限，通用計(jì)算機(jī)資源豐富。軟件：嵌入式系統(tǒng)軟件（常含RTOS）針對性強(qiáng)、實(shí)時性高，通用計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)復(fù)雜。資源：嵌入式系統(tǒng)資源受限，通用計(jì)算機(jī)資源豐富。平臺：嵌入式系統(tǒng)軟硬件固化在特定平臺上，通用計(jì)算機(jī)硬件平臺開放。4.解析思路：定義看門狗定時器：一個獨(dú)立的硬件定時器，需要軟件周期性喂狗（重置定時器）。作用：監(jiān)控程序運(yùn)行狀態(tài)。如果程序因死循環(huán)、卡死等原因無法及時喂狗，看門狗定時器超時溢出，產(chǎn)生一個中斷或復(fù)位信號，強(qiáng)制系統(tǒng)重啟，從而恢復(fù)程序正常運(yùn)行。它提高了系統(tǒng)的可靠性，尤其適用于實(shí)時性要求高的嵌入式系統(tǒng)。答案要點(diǎn)：看門狗定時器是一個硬件定時器，需要軟件周期性重置（喂狗）。作用是監(jiān)控程序運(yùn)行，若程序異常（如死循環(huán)）未能及時喂狗，看門狗超時后會觸發(fā)中斷或系統(tǒng)復(fù)位，使系統(tǒng)恢復(fù)。四、分析題（每題10分，共20分）1.解析思路：單一地址譯碼是指使用單一片選信號線來選擇一片存儲芯片。要區(qū)分對RAM和ROM的訪問，必須根據(jù)訪問的地址范圍來產(chǎn)生不同的片選信號。畫出邏輯示意圖時，需要根據(jù)RAM和ROM的地址范圍（假設(shè)為0x0000-0x1FFF和0x2000-0x7FFF），設(shè)計(jì)一個電路（如譯碼器或邏輯門），當(dāng)訪問地址在0x0000-0x1FFF時，輸出選中RAM的片選信號（如CS_RAM=低電平），當(dāng)訪問地址在0x2000-0x7FFF時，輸出選中ROM的片選信號（如CS_ROM=低電平）。分析時說明地址范圍的重疊部分（如果存在）如何處理，以及如何利用地址線（如A0-A13）來區(qū)分不同的地址。答案要點(diǎn)：需要根據(jù)地址范圍設(shè)計(jì)譯碼邏輯。例如，若使用3-8譯碼器，低地址范圍（如0x0000）對應(yīng)譯碼器使能，高地址范圍（如0x2000）對應(yīng)另一譯碼器使能。具體邏輯需根據(jù)地址線編碼畫出示意圖（此處略），核心是利用地址線判斷當(dāng)前訪問地址屬于哪個范圍，并輸出相應(yīng)的片選信號。需注意地址范圍是否連續(xù)或重疊，并處理。2.解析思路：I2C總線是串行總線，數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL共享。若某個設(shè)備故障，總是拉低SDA線，會嚴(yán)重影響通信。SDA線被持續(xù)拉低可能意味著：該設(shè)備想要發(fā)送數(shù)據(jù)但SDA線被強(qiáng)制拉低；或者該設(shè)備出現(xiàn)硬件短路。影響：總線上的其他設(shè)備無法正常發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，總線處于忙狀態(tài)或數(shù)據(jù)損壞。檢測方法：總線主控器可以通過檢測總線狀態(tài)是否異常（如預(yù)期空閑的SDA線被拉低）來發(fā)現(xiàn)故障。緩解方法：可以使用上拉電阻保證總線空閑時為高電平；設(shè)計(jì)軟件協(xié)議時增加錯誤檢測機(jī)制；在關(guān)鍵設(shè)備上增加硬件保護(hù)電路。答案要點(diǎn)：故障影響：持續(xù)拉低SDA線會使總線處于無效狀態(tài)，其他設(shè)備無法通信。檢測方法：主控器通過檢測總線狀態(tài)異常來發(fā)現(xiàn)。緩解方法：使用上拉電阻保證空閑高電平，增加軟件或硬件錯誤檢測與保護(hù)機(jī)制。五、設(shè)計(jì)題（每題15分，共30分）1.解析思路：題目要求實(shí)現(xiàn)上電LED常亮，按S1滅，松開S1亮。這可以看作一個自鎖（Set-Reset）邏輯。方法一：使用一個觸發(fā)器（如JK觸發(fā)器或D觸發(fā)器）實(shí)現(xiàn)。上電時觸發(fā)器狀態(tài)置為“亮”（設(shè)為1），按下S1時觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為“滅”（設(shè)為0），松開S1時由于有上電復(fù)位或外部邏輯，觸發(fā)器狀態(tài)再次變?yōu)椤傲痢?。方法二：使用軟件輪詢或中斷檢測按鍵狀態(tài)。上電初始化LED為亮。檢測到按鍵S1按下，將LED狀態(tài)設(shè)為滅；檢測到按鍵S1釋放，將LED狀態(tài)設(shè)為亮。需要考慮按鍵消抖。答案要點(diǎn)：方法一（硬件）：使用觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)自鎖。上電置位LED亮，按下按鈕S1觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，LED滅；松開按鈕S1觸發(fā)器狀態(tài)保持或因外部邏輯再次置位，LED亮。方法二（軟件）：上電LED亮。檢測到S1按下，LED滅；檢測到S1釋放，LED亮。需考慮按鍵消抖。2.解析思路：任務(wù)調(diào)度核心是處理任務(wù)切換。兩個任務(wù)TaskA（高優(yōu)先級）和TaskB（低優(yōu)先級）。關(guān)鍵點(diǎn)：高優(yōu)先級任務(wù)運(yùn)行時，低優(yōu)先級任務(wù)不能搶占；高優(yōu)先級任務(wù)阻塞或完成時，調(diào)度到低優(yōu)先級任務(wù)。邏輯：需要維護(hù)一個就緒隊(duì)列（按優(yōu)先級排序）。每次切換或任務(wù)就緒時，查