2025年大學(xué)《信息與計(jì)算科學(xué)》專業(yè)題庫——嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)的字母填在括號內(nèi)）1.嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要區(qū)別之一在于（）。A.運(yùn)行特定任務(wù)B.通常無顯示器和鍵盤C.實(shí)時(shí)性要求高D.以上都是2.在嵌入式系統(tǒng)中，通常使用（）進(jìn)行代碼的固化存儲。A.RAMB.ROMC.FlashD.HDD3.以下哪種接口通常用于連接低速外設(shè)，如鍵盤、鼠標(biāo)或傳感器？（）A.SPIB.I2CC.USBD.Ethernet4.中斷服務(wù)程序（ISR）的主要目的是（）。A.提高CPU運(yùn)行速度B.處理突發(fā)事件或外部請求C.執(zhí)行用戶輸入的指令D.管理內(nèi)存分配5.嵌入式系統(tǒng)中使用的C語言通常需要進(jìn)行（）優(yōu)化。A.代碼可讀性B.運(yùn)行速度和內(nèi)存占用C.用戶界面美觀D.并發(fā)處理能力6.以下哪個(gè)是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）的主要特點(diǎn)？（）A.高度搶占式調(diào)度B.強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能C.用戶界面友好D.以上都是7.以下哪項(xiàng)技術(shù)不屬于嵌入式系統(tǒng)調(diào)試工具的范疇？（）A.調(diào)試器（Debugger）B.邏輯分析儀C.仿真器（Simulator）D.網(wǎng)絡(luò)抓包工具（如Wireshark）8.在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)時(shí)，低功耗設(shè)計(jì)通常通過（）來實(shí)現(xiàn)。A.使用更高頻率的CPUB.關(guān)閉不使用的模塊或外設(shè)C.增加緩存大小D.提高系統(tǒng)時(shí)鐘頻率9.以下哪個(gè)是微控制器（MCU）與微處理器（MPU）的主要區(qū)別之一？（）A.MPU通常包含存儲器，MCU通常不包含B.MPU通常集成更多外設(shè)，MCU集成外設(shè)較少C.MPU成本通常低于MCUD.MPU適用于實(shí)時(shí)控制，MCU適用于復(fù)雜計(jì)算10.將高級語言編寫的嵌入式程序轉(zhuǎn)換為機(jī)器可以直接執(zhí)行的指令的過程稱為（）。A.編譯B.解釋C.鏈接D.加載二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.嵌入式系統(tǒng)通常由硬件和______兩大部分組成。2.______是CPU對外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N方式。3.嵌入式系統(tǒng)中的中斷優(yōu)先級管理通常采用______和______兩種方式。4.C語言中，用于動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的函數(shù)是______和______。5.嵌入式操作系統(tǒng)是運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)上的______系統(tǒng)軟件。6.______是一種常用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。7.在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，______是指系統(tǒng)響應(yīng)外部事件的時(shí)間要求。8.______是存儲器按字節(jié)尋址的基本單位。9.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，______是軟件代碼與硬件資源進(jìn)行綁定的過程。10.使用C語言進(jìn)行嵌入式開發(fā)時(shí)，通常需要包含頭文件______來訪問特定的硬件寄存器。三、簡答題（每小題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述嵌入式系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要區(qū)別。2.解釋什么是總線？簡述總線的三種基本類型。3.什么是中斷？中斷處理過程通常包括哪些步驟？4.簡述嵌入式軟件開發(fā)與通用軟件開發(fā)的主要不同點(diǎn)。四、分析題（每小題10分，共20分。請分析并回答下列問題）1.某嵌入式系統(tǒng)需要同時(shí)讀取來自兩個(gè)ADC模塊的數(shù)據(jù)，并通過SPI接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到外部存儲器。請簡述實(shí)現(xiàn)該功能的硬件接口選擇和軟件設(shè)計(jì)思路。2.假設(shè)你正在開發(fā)一個(gè)基于RTOS的嵌入式系統(tǒng)，系統(tǒng)中有三個(gè)任務(wù)：任務(wù)A（優(yōu)先級最高，周期性執(zhí)行，處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)）、任務(wù)B（優(yōu)先級中等，周期性執(zhí)行，處理非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)）和任務(wù)C（優(yōu)先級最低，按需被觸發(fā)，執(zhí)行耗時(shí)長操作）。請簡述任務(wù)調(diào)度可能出現(xiàn)的兩種情況，并說明原因。五、設(shè)計(jì)題（15分。請根據(jù)要求設(shè)計(jì)或編寫）設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的嵌入式程序片段（使用C語言偽代碼或特定嵌入式平臺的相關(guān)代碼即可），實(shí)現(xiàn)以下功能：當(dāng)檢測到按鍵按下時(shí)，點(diǎn)亮一個(gè)LED燈。請描述至少兩種可能的實(shí)現(xiàn)方案，包括所需的外設(shè)接口（如GPIO）、關(guān)鍵的操作步驟（如配置GPIO方向、讀取按鍵狀態(tài)、控制LED狀態(tài)）以及可能涉及的中斷處理思路（如果使用中斷）。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.B5.B6.A7.D8.B9.A10.A二、填空題1.軟件2.中斷3.電平觸發(fā)；邊沿觸發(fā)4.malloc；free5.控制6.UART7.實(shí)時(shí)性8.字節(jié)9.鏈接10.<regfile.h>或特定頭文件名三、簡答題1.解析思路：對比嵌入式系統(tǒng)和通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)、硬件資源、軟件系統(tǒng)、運(yùn)行環(huán)境等。嵌入式系統(tǒng)通常為特定功能設(shè)計(jì)，資源受限，運(yùn)行特定任務(wù)，實(shí)時(shí)性要求高，軟件系統(tǒng)可能簡化甚至無操作系統(tǒng)，環(huán)境通常封閉或半封閉。通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)是通用性，資源相對豐富，運(yùn)行多種應(yīng)用，通常有完整的操作系統(tǒng)，運(yùn)行環(huán)境開放。*答案要點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)是為特定應(yīng)用設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，資源（計(jì)算能力、存儲、功耗等）受限，實(shí)時(shí)性要求高，通常運(yùn)行固定任務(wù)，軟件可能無操作系統(tǒng)或RTOS，環(huán)境封閉；通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)是通用性，資源豐富，運(yùn)行多種任務(wù)，有完整的操作系統(tǒng)，環(huán)境開放。2.解析思路：解釋總線的定義（連接多個(gè)部件的數(shù)據(jù)通路）和基本類型?？偩€是計(jì)算機(jī)各功能部件之間傳輸信息的公共通道?；绢愋透鶕?jù)傳輸信息分類：數(shù)據(jù)總線（傳輸數(shù)據(jù)）、地址總線（傳輸?shù)刂罚?、控制總線（傳輸控制信號）。*答案要點(diǎn)：總線是連接計(jì)算機(jī)內(nèi)部多個(gè)功能部件（如CPU、內(nèi)存、I/O設(shè)備）之間傳輸信息的公共通路。按傳輸信息類型分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。3.解析思路：解釋中斷的概念（CPU暫停當(dāng)前工作，響應(yīng)外部請求或內(nèi)部事件）和處理過程。中斷是由外部設(shè)備或內(nèi)部事件請求CPU服務(wù)的一種機(jī)制。處理過程通常包括：中斷請求、中斷判優(yōu)（如有多個(gè)中斷）、中斷響應(yīng)（保存現(xiàn)場）、中斷處理（執(zhí)行ISR）、中斷返回（恢復(fù)現(xiàn)場）。*答案要點(diǎn)：中斷是CPU在執(zhí)行程序過程中，由于外部設(shè)備請求服務(wù)或發(fā)生內(nèi)部異常事件而暫停當(dāng)前程序，轉(zhuǎn)而去處理該事件，處理完畢后再返回原程序繼續(xù)執(zhí)行的過程。處理過程通常包括：中斷請求、中斷判優(yōu)、中斷響應(yīng)、中斷處理、中斷返回。4.解析思路：對比嵌入式和通用軟件開發(fā)。嵌入式開發(fā)通常針對特定硬件平臺，需要深入理解硬件，開發(fā)環(huán)境（Eclipse,Keil等）和工具鏈（編譯器、調(diào)試器）特定，代碼與硬件緊密耦合，實(shí)時(shí)性、可靠性、資源消耗是關(guān)鍵指標(biāo)。通用軟件開發(fā)通常在標(biāo)準(zhǔn)平臺（PC、服務(wù)器）上進(jìn)行，硬件抽象層較高，開發(fā)環(huán)境（VisualStudio,IntelliJ等）和工具鏈通用，更關(guān)注功能、易用性、可移植性。*答案要點(diǎn)：嵌入式軟件開發(fā)針對特定硬件，需深入硬件知識，使用特定開發(fā)環(huán)境和工具，代碼與硬件強(qiáng)耦合，關(guān)注實(shí)時(shí)性、可靠性、資源；通用軟件開發(fā)平臺標(biāo)準(zhǔn)，硬件抽象度高，環(huán)境工具通用，關(guān)注功能、易用性、可移植性。四、分析題1.解析思路：分析題目需求（兩個(gè)ADC，一個(gè)SPI）。硬件接口選擇：ADC模塊輸出通常為模擬信號，需要ADC芯片；SPI是同步串行接口，需要支持SPI的微控制器和ADC/SPI外設(shè)芯片。軟件設(shè)計(jì)思路：初始化ADC模塊（配置通道、采樣時(shí)間等），初始化SPI接口（配置時(shí)鐘、數(shù)據(jù)格式、速率等），編寫中斷服務(wù)程序或輪詢函數(shù)讀取ADC數(shù)據(jù)，通過SPI接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到外部存儲器（可能需要先寫入SPI緩沖區(qū)再發(fā)送）。*答案要點(diǎn)：硬件上，選擇支持所需電壓范圍的ADC芯片，微控制器需具備SPI外設(shè)。軟件上，初始化ADC和SPI，通過GPIO或特定寄存器配置ADC通道和采樣，配置SPI模式參數(shù)，編寫代碼讀取ADC值，然后將數(shù)據(jù)按SPI協(xié)議格式發(fā)送到存儲器。可使用中斷方式觸發(fā)ADC采樣和SPI傳輸，或輪詢方式。2.解析思路：分析RTOS任務(wù)調(diào)度場景。根據(jù)優(yōu)先級和任務(wù)特性。情況一：如果任務(wù)A和任務(wù)B同時(shí)就緒且優(yōu)先級不同（假設(shè)A高于B），調(diào)度器會選擇運(yùn)行優(yōu)先級高的任務(wù)A。情況二：如果高優(yōu)先級任務(wù)A正在運(yùn)行，低優(yōu)先級任務(wù)C需要運(yùn)行，但只要任務(wù)A的時(shí)間片用完或有更高優(yōu)先級任務(wù)就緒，任務(wù)A會暫停。如果任務(wù)A運(yùn)行且無更高優(yōu)先級任務(wù)就緒，任務(wù)C無法運(yùn)行（在搶占式調(diào)度下）。另一種可能是任務(wù)A、B、C均就緒，調(diào)度器根據(jù)調(diào)度算法（如輪轉(zhuǎn)、優(yōu)先級）選擇運(yùn)行，例如在時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（非搶占式）下，可能先運(yùn)行A，然后是B，然后是C，只要A不阻塞或主動(dòng)放棄CPU。在搶占式下，只要B或C的優(yōu)先級高于當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)或它們之間優(yōu)先級更高者就緒，當(dāng)前任務(wù)會被搶占。這里重點(diǎn)描述搶占式下的典型情況。*答案要點(diǎn)：情況一：高優(yōu)先級任務(wù)（任務(wù)A）就緒時(shí)，會搶占低優(yōu)先級任務(wù)（任務(wù)B或C）的CPU，運(yùn)行任務(wù)A。原因：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)采用搶占式調(diào)度，優(yōu)先級高的任務(wù)具有優(yōu)先使用權(quán)。情況二：任務(wù)A運(yùn)行時(shí)，若CPU被占用且無更高優(yōu)先級任務(wù)就緒，低優(yōu)先級任務(wù)C無法運(yùn)行。原因：在優(yōu)先級搶占機(jī)制下，只有更高優(yōu)先級任務(wù)就緒時(shí)，當(dāng)前任務(wù)才會被暫停。五、設(shè)計(jì)題方案一：使用GPIO和輪詢*接口：使用微控制器的兩個(gè)GPIO引腳，一個(gè)連接按鍵（帶下拉電阻或上拉電阻），一個(gè)連接LED。*步驟：1.配置GPIO引腳：將按鍵連接的GPIO配置為輸入模式，設(shè)置為上拉或下拉；將LED連接的GPIO配置為輸出模式。2.主循環(huán)：程序持續(xù)運(yùn)行，不斷檢測按鍵連接的GPIO引腳狀態(tài)。3.檢測按鍵：如果檢測到GPIO引腳狀態(tài)為低電平（假設(shè)按鍵按下使GPIO接地），則判斷按鍵被按下。4.控制LED：如果判斷按鍵被按下，則將LED連接的GPIO引腳設(shè)置為高電平，點(diǎn)亮LED。如果按鍵未按下，則保持LED為低電平，熄滅LED。*中斷思路：也可以使用外部中斷（EXTI）替代輪詢。在GPIO引腳配置為輸入并使能外部中斷后，當(dāng)按鍵狀態(tài)發(fā)生變化（從高到低）時(shí)，外部中斷被觸發(fā)，執(zhí)行一個(gè)中斷服務(wù)程序（ISR），在ISR中直接將LEDGPIO置高，然后在ISR結(jié)束前清除中斷標(biāo)志。主循環(huán)中不再需要檢測按鍵狀態(tài)。方案二：使用GPIO和外部中斷*接口：同方案一，使用微控制器的兩個(gè)GPIO引腳，一個(gè)連接按鍵（帶下拉電阻或上拉電阻），一個(gè)連接LED。*步驟：1.配置GPIO引腳：將按鍵連接的GPIO配置為輸入模式，并使能外部中斷功能，選擇觸發(fā)方式（如下降沿觸發(fā)）。將LED連接的GPIO配置為輸出模式。2.配置中斷：在微控制器中使能對應(yīng)GPIO引腳的外部中斷，并可能需要配置中斷優(yōu)先級（如果支持）。3.編寫中斷服務(wù)程序（ISR）：編寫一個(gè)函數(shù)，當(dāng)按鍵對應(yīng)的外部中斷被觸發(fā)時(shí)（即檢測