2025年嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師軟件設(shè)計(jì)歷年真題考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、1.在C語(yǔ)言中，以下關(guān)于`malloc`函數(shù)的描述，正確的是（）。A.用于分配靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)存B.分配的內(nèi)存空間大小在編譯時(shí)必須確定C.分配的內(nèi)存空間初始內(nèi)容不確定，需要手動(dòng)初始化D.如果分配失敗，函數(shù)返回一個(gè)固定的錯(cuò)誤指針2.下列關(guān)于棧的描述，錯(cuò)誤的是（）。A.棧是一種先進(jìn)后出（LIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)B.棧具有特定的訪問(wèn)點(diǎn)，即棧頂C.棧的操作包括壓棧（push）和出棧（pop）D.?？梢韵駭?shù)組一樣隨機(jī)訪問(wèn)其內(nèi)部任意元素3.在多道程序環(huán)境下，操作系統(tǒng)通過(guò)（）機(jī)制，使得宏觀上看起來(lái)多個(gè)程序在同時(shí)執(zhí)行。A.中斷B.調(diào)度C.分頁(yè)D.緩沖4.以下哪種同步機(jī)制用于防止多個(gè)進(jìn)程/線程同時(shí)訪問(wèn)共享資源造成數(shù)據(jù)不一致？A.信號(hào)量（Semaphore）B.原子操作（AtomicOperation）C.管程（Monitor）D.以上都是5.嵌入式系統(tǒng)中，中斷服務(wù)程序（ISR）的編寫(xiě)需要特別注意，以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）。A.ISR應(yīng)盡可能簡(jiǎn)短，以減少占用CPU時(shí)間B.ISR中通常不允許調(diào)用可能阻塞的函數(shù)C.ISR的執(zhí)行順序由中斷優(yōu)先級(jí)決定D.ISR可以直接訪問(wèn)所有全局變量二、6.請(qǐng)簡(jiǎn)述面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）的四個(gè)基本特性（封裝、繼承、多態(tài)、抽象）及其含義。7.在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，實(shí)時(shí)性通常指什么？與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性有何主要區(qū)別？8.解釋什么是“內(nèi)存碎片化”問(wèn)題，并簡(jiǎn)述其在嵌入式系統(tǒng)資源管理中可能帶來(lái)的挑戰(zhàn)。9.以UART（通用異步收發(fā)器）通信為例，說(shuō)明其工作原理中涉及的關(guān)鍵參數(shù)（至少列舉三個(gè)）及其作用。10.什么是設(shè)計(jì)模式？在嵌入式軟件開(kāi)發(fā)中應(yīng)用設(shè)計(jì)模式通常能帶來(lái)哪些好處？三、11.假設(shè)需要設(shè)計(jì)一個(gè)嵌入式軟件模塊，用于管理一個(gè)帶有256個(gè)元素的循環(huán)隊(duì)列。請(qǐng)簡(jiǎn)述該模塊的主要設(shè)計(jì)考慮點(diǎn)，包括至少需要定義哪些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（或變量）來(lái)支持隊(duì)列操作，并描述入隊(duì)（Enqueue）和出隊(duì)（Dequeue）操作的基本邏輯。12.閱讀以下C語(yǔ)言代碼片段，分析其功能，并指出其中存在的至少兩個(gè)潛在問(wèn)題。```c#include<stdio.h>#defineMAX_SIZE10voidprocess_data(int*data,intlen){intsum=0;for(inti=0;i<len;i++){sum+=data[i];}printf("Sum=%d\n",sum);}intmain(){intbuffer[MAX_SIZE];intcount=0;//假設(shè)這里通過(guò)某種方式填充了buffer數(shù)組，count記錄了實(shí)際填充的元素個(gè)數(shù)//...process_data(buffer,count);return0;}```13.在嵌入式系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序扮演著重要角色。請(qǐng)簡(jiǎn)述設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的主要功能，并說(shuō)明中斷服務(wù)程序（ISR）在設(shè)備驅(qū)動(dòng)中的典型作用。14.某嵌入式系統(tǒng)需要同時(shí)處理來(lái)自?xún)蓚€(gè)不同傳感器的數(shù)據(jù)，且對(duì)第一個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)響應(yīng)有實(shí)時(shí)性要求。請(qǐng)簡(jiǎn)述你會(huì)如何設(shè)計(jì)軟件架構(gòu)來(lái)處理這一需求，可以涉及任務(wù)調(diào)度、中斷、數(shù)據(jù)共享等方面的考慮。15.請(qǐng)描述在嵌入式軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，進(jìn)行單元測(cè)試和集成測(cè)試的主要目的和方法有何不同。試卷答案一、1.C2.D3.B4.D5.D二、6.封裝：將數(shù)據(jù)（屬性）和操作數(shù)據(jù)的方法（行為）捆綁在一起，形成對(duì)象，并隱藏對(duì)象的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只通過(guò)接口與外界交互。繼承：允許一個(gè)類(lèi)（子類(lèi)/派生類(lèi)）繼承另一個(gè)類(lèi)（父類(lèi)/基類(lèi)）的屬性和方法，實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用和擴(kuò)展。多態(tài)：指不同類(lèi)的對(duì)象對(duì)同一消息（方法調(diào)用）可以做出不同的響應(yīng)。抽象：將同一類(lèi)事物共同的、本質(zhì)的特征提取出來(lái)，形成概念，忽略非本質(zhì)的細(xì)節(jié)。在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，實(shí)時(shí)性通常指系統(tǒng)能夠在確定的時(shí)間限制內(nèi)對(duì)外部事件做出響應(yīng)。與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求通常更嚴(yán)格（硬實(shí)時(shí)），對(duì)響應(yīng)時(shí)間有明確的、毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)的限制，且往往運(yùn)行在資源受限的環(huán)境中。7.內(nèi)存碎片化問(wèn)題是指在動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的過(guò)程中，由于頻繁地分配和釋放不同大小的內(nèi)存塊，導(dǎo)致內(nèi)存中存在大量不連續(xù)的小空閑塊，這些小塊無(wú)法被用于分配較大的內(nèi)存請(qǐng)求，即使總體空閑內(nèi)存足夠，也可能無(wú)法滿(mǎn)足需求。在嵌入式系統(tǒng)資源管理中，內(nèi)存碎片化可能導(dǎo)致無(wú)法分配關(guān)鍵模塊所需的內(nèi)存，增加系統(tǒng)不穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)，或者導(dǎo)致內(nèi)存利用率低下，影響系統(tǒng)性能。8.以UART（通用異步收發(fā)器）通信為例，其工作原理中涉及的關(guān)鍵參數(shù)包括：波特率（BaudRate），定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩疵棵雮鬏數(shù)姆?hào)數(shù)；數(shù)據(jù)位（DataBits），定義了每個(gè)數(shù)據(jù)幀中實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，常見(jiàn)的有8位；停止位（StopBits），定義了每個(gè)數(shù)據(jù)幀的結(jié)束標(biāo)志，常見(jiàn)的有1位、1.5位或2位；校驗(yàn)位（ParityBit），用于簡(jiǎn)單的錯(cuò)誤檢測(cè)，有奇偶校驗(yàn)、無(wú)校驗(yàn)等模式；流控（FlowControl），用于防止發(fā)送方過(guò)快發(fā)送數(shù)據(jù)導(dǎo)致接收方緩沖區(qū)溢出，有硬件流控（如RTS/CTS）和軟件流控（如XON/XOFF）等。這些參數(shù)共同決定了UART通信雙方如何準(zhǔn)確、可靠地交換信息。9.設(shè)計(jì)模式是前人解決某一類(lèi)常見(jiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題的可復(fù)用方案。在嵌入式軟件開(kāi)發(fā)中應(yīng)用設(shè)計(jì)模式通常能帶來(lái)好處：提高代碼的可重用性，減少重復(fù)開(kāi)發(fā)；增強(qiáng)代碼的可維護(hù)性，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更清晰，易于理解和修改；促進(jìn)團(tuán)隊(duì)成員之間的溝通效率，因?yàn)樵O(shè)計(jì)模式提供了一種通用的交流語(yǔ)言；提高系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性，便于后續(xù)功能添加或修改。三、11.主要設(shè)計(jì)考慮點(diǎn)：需要定義一個(gè)數(shù)組或動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存來(lái)存儲(chǔ)隊(duì)列元素；需要一個(gè)變量（如`front`）指示隊(duì)首元素的位置；需要一個(gè)變量（如`rear`）指示隊(duì)尾元素的位置；需要一個(gè)變量記錄隊(duì)列當(dāng)前的大小或元素?cái)?shù)量。入隊(duì)（Enqueue）邏輯：檢查隊(duì)列是否已滿(mǎn)，若不滿(mǎn)，將新元素插入到`rear`位置，然后更新`rear`指針（通常循環(huán)隊(duì)列需要模運(yùn)算），最后增加隊(duì)列大小計(jì)數(shù)。出隊(duì)（Dequeue）邏輯：檢查隊(duì)列是否為空，若不為空，從`front`位置取出元素，然后更新`front`指針（同樣可能需要模運(yùn)算），最后減少隊(duì)列大小計(jì)數(shù)。12.功能：該代碼片段定義了一個(gè)`process_data`函數(shù)，用于計(jì)算傳入的整數(shù)數(shù)組`data`中所有元素的總和，并將結(jié)果打印出來(lái)。存在的潛在問(wèn)題：1.缺乏邊界檢查：`process_data`函數(shù)在調(diào)用時(shí)，傳入的`len`參數(shù)需要保證其值不大于`MAX_SIZE`，否則會(huì)訪問(wèn)`buffer`數(shù)組的越界區(qū)域，導(dǎo)致未定義行為和潛在的內(nèi)存損壞。2.`buffer`數(shù)組的初始化：代碼假設(shè)`buffer`數(shù)組已經(jīng)被某種方式填充，但沒(méi)有提供填充邏輯，且未初始化數(shù)組元素，可能導(dǎo)致`sum`變量包含垃圾值。3.函數(shù)缺乏錯(cuò)誤處理：如果`len`為0，函數(shù)會(huì)嘗試進(jìn)行無(wú)效的求和操作（訪問(wèn)`data[0]`），雖然`sum`初始為0，但邏輯上可以?xún)?yōu)化。13.設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的主要功能是作為操作系統(tǒng)內(nèi)核與硬件設(shè)備之間的橋梁，負(fù)責(zé)管理、控制和操作硬件設(shè)備，為上層應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的、抽象的設(shè)備訪問(wèn)接口。中斷服務(wù)程序（ISR）在設(shè)備驅(qū)動(dòng)中的典型作用是響應(yīng)硬件設(shè)備產(chǎn)生的中斷事件，執(zhí)行快速的、必要的處理（如讀取中斷狀態(tài)、服務(wù)請(qǐng)求、更新標(biāo)志位等），并可能通過(guò)某種機(jī)制（如設(shè)置中斷標(biāo)志、喚醒等待的進(jìn)程等）通知上層驅(qū)動(dòng)程序或應(yīng)用程序事件已發(fā)生。14.設(shè)計(jì)軟件架構(gòu)可以如下考慮：1.任務(wù)調(diào)度：如果CPU資源允許，可以為每個(gè)傳感器數(shù)據(jù)處理創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立的任務(wù)（例如使用RTOS的任務(wù)），并根據(jù)實(shí)時(shí)性要求分配不同的優(yōu)先級(jí)。高優(yōu)先級(jí)任務(wù)負(fù)責(zé)處理第一個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)?？梢允褂脮r(shí)間片輪轉(zhuǎn)或優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法。2.中斷：為第一個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)采集或事件生成配置中斷，ISR負(fù)責(zé)快速讀取數(shù)據(jù)或標(biāo)記事件，并將處理請(qǐng)求傳遞給高優(yōu)先級(jí)任務(wù)或直接在ISR中完成部分處理。3.數(shù)據(jù)共享：如果使用任務(wù)處理，需要設(shè)計(jì)安全的數(shù)據(jù)共享機(jī)制（如消息隊(duì)列、信號(hào)量、互斥鎖）來(lái)避免數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)，確保傳感器數(shù)據(jù)能夠正確、安全地傳遞給處理任務(wù)。4.優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)處理：如果采用RTOS，需要考慮優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問(wèn)題，可能需要使用優(yōu)先級(jí)繼承等機(jī)制。15.單元測(cè)試的主要目的是驗(yàn)證軟件中最小的可測(cè)試單元（如函數(shù)、方法、類(lèi)）