2025年嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師專項(xiàng)訓(xùn)練沖刺試卷含答案考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共30分）1.在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，下列哪一項(xiàng)不屬于馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的基本特征？A.指令和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中B.采用存儲(chǔ)程序工作方式C.擁有運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件D.指令和數(shù)據(jù)在總線上的傳輸采用串行方式2.對(duì)于RISC（精簡指令集）架構(gòu)處理器，下列描述中錯(cuò)誤的是？A.指令格式相對(duì)簡單B.大部分指令可以在單周期內(nèi)完成C.需要復(fù)雜的指令解碼邏輯D.通常具有豐富的尋址方式3.在多道程序設(shè)計(jì)中，操作系統(tǒng)通過什么機(jī)制實(shí)現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程共享CPU時(shí)間？A.通道技術(shù)B.中斷C.調(diào)度D.分頁4.下列關(guān)于DMA（直接內(nèi)存訪問）方式的描述，錯(cuò)誤的是？A.可以減少CPU在數(shù)據(jù)傳輸中的干預(yù)B.適用于大批量、連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸C.DMA控制器需要占用CPU的I/O端口D.DMA傳輸過程中，CPU可以執(zhí)行其他任務(wù)5.在嵌入式系統(tǒng)中，通常使用哪種類型的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)程序代碼？A.RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）B.ROM（只讀存儲(chǔ)器）C.Flash（閃存）D.SSD（固態(tài)硬盤）6.以下哪種接口通常用于連接低速外設(shè)，如鍵盤和鼠標(biāo)？A.USBB.EthernetC.UARTD.I2C7.在ARM架構(gòu)中，指令`LDRR1,[R2,#4]`的功能是？A.將R2的值左移4位后存儲(chǔ)到R1B.將R2和R1相加，結(jié)果存儲(chǔ)到R1C.從R2地址開始的內(nèi)存單元中讀取數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到R1D.將R1的值加4后存儲(chǔ)到R28.以下哪一項(xiàng)不是操作系統(tǒng)提供的服務(wù)？A.進(jìn)程管理B.內(nèi)存管理C.設(shè)備管理D.數(shù)據(jù)庫管理9.在嵌入式Linux系統(tǒng)中，設(shè)備文件通常存放在哪個(gè)目錄下？A./procB./devC./sysD./root10.以下哪種同步機(jī)制用于防止多個(gè)進(jìn)程/線程同時(shí)訪問共享資源？A.信號(hào)量B.中斷C.互斥鎖D.遞歸函數(shù)11.在RTOS（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）中，任務(wù)調(diào)度通常基于什么原則？A.先來先服務(wù)（FCFS）B.最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）C.優(yōu)先級(jí)調(diào)度D.輪轉(zhuǎn)調(diào)度（RoundRobin）12.以下哪種編譯器優(yōu)化技術(shù)可能會(huì)增加代碼的執(zhí)行速度，但增加代碼體積？A.空間優(yōu)化B.時(shí)間優(yōu)化C.代碼膨脹D.內(nèi)聯(lián)擴(kuò)展13.在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，JTAG接口通常用于？A.設(shè)備通信B.電源供應(yīng)C.調(diào)試和邊界掃描D.溫度測量14.以下哪種存儲(chǔ)器具有非易失性，且斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失？A.SRAMB.DRAMC.EEPROMD.RAM15.在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)時(shí)，選擇微控制器（MCU）首要考慮的因素通常是？A.價(jià)格B.外部接口種類和數(shù)量C.內(nèi)核類型D.功耗二、填空題（每空2分，共20分）1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)解釋和執(zhí)行指令的部件是________。2.在內(nèi)存管理中，________是指將內(nèi)存劃分為多個(gè)固定大小的塊，進(jìn)程的地址空間也劃分成相同大小的頁。3.嵌入式系統(tǒng)中常用的串行通信接口UART，其全稱是________。4.ARM架構(gòu)中，`MOV`指令用于在寄存器和________之間傳輸數(shù)據(jù)。5.操作系統(tǒng)中，進(jìn)程從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為就緒狀態(tài)，通常是由________觸發(fā)的。6.嵌入式系統(tǒng)中，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器通常需要通過________機(jī)制來擦除和編程。7.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）的核心特征之一是________，即系統(tǒng)對(duì)外部事件的反應(yīng)時(shí)間有確定的上限。8.在C語言中，`volatile`關(guān)鍵字用于告訴編譯器，某個(gè)變量的值可能在程序外部被改變。9.將高級(jí)語言編寫的程序轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言程序的過程稱為________。10.嵌入式系統(tǒng)中的中斷服務(wù)程序（ISR）通常需要盡快執(zhí)行完畢，以減少對(duì)________的影響。三、簡答題（每題8分，共32分）1.簡述中斷處理過程的主要步驟。2.解釋什么是內(nèi)存碎片，并簡述其產(chǎn)生的原因。3.比較并說明GPIO（通用輸入輸出）引腳在嵌入式系統(tǒng)中的作用。4.簡述嵌入式系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)的基本流程。四、設(shè)計(jì)與分析題（共18分）1.（12分）假設(shè)一個(gè)嵌入式系統(tǒng)使用ARMCortex-M3微控制器，需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)任務(wù)，該任務(wù)每10毫秒從某個(gè)外設(shè)讀取一次數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在內(nèi)部RAM的緩沖區(qū)中。請(qǐng)簡述實(shí)現(xiàn)該任務(wù)的基本思路，需要使用哪些操作系統(tǒng)機(jī)制（如果使用RTOS），并說明關(guān)鍵步驟。2.（6分）某嵌入式設(shè)備使用I2C總線與一個(gè)溫度傳感器通信，傳感器地址為0x48。請(qǐng)寫出使用C語言（假設(shè)使用標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)）初始化I2C接口（假設(shè)為sda_pin,scl_pin），并向傳感器發(fā)送一個(gè)讀取溫度數(shù)據(jù)的起始信號(hào)、設(shè)備地址（發(fā)送7位地址，并說明讀/寫位）、寄存器地址（假設(shè)溫度數(shù)據(jù)存放在寄存器0x00）和停止信號(hào)的偽代碼。試卷答案一、選擇題1.D2.D3.C4.D5.B6.C7.C8.D9.B10.C11.C12.A13.C14.C15.B二、填空題1.控制器(或ControlUnit)2.分頁(或Page)3.UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter(或通用異步收發(fā)器)4.內(nèi)存(或Memory)5.中斷(或Interrupt)6.電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)或閃存(Flash)擦除/編程(或NVMProgramming)7.可確定性(或Determinism)8.外部(或其他線程/進(jìn)程)9.編譯(或Compilation)10.實(shí)時(shí)任務(wù)(或Real-timeTasks)三、簡答題1.中斷處理過程的主要步驟：*中斷請(qǐng)求發(fā)生，CPU檢查中斷使能位，若允許則接收中斷信號(hào)。*CPU執(zhí)行中斷隱式操作：保存當(dāng)前程序狀態(tài)（如PC寄存器、程序狀態(tài)寄存器）；屏蔽同級(jí)及更低優(yōu)先級(jí)中斷。*CPU根據(jù)中斷向量表，找到中斷服務(wù)程序（ISR）的入口地址，并加載到PC寄存器。*CPU跳轉(zhuǎn)到ISR開始執(zhí)行。*ISR執(zhí)行完畢。*CPU執(zhí)行中斷隱式操作：恢復(fù)之前保存的程序狀態(tài)；撤銷中斷屏蔽位。*CPU返回到被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行。2.內(nèi)存碎片及其產(chǎn)生原因：*內(nèi)存碎片：指內(nèi)存空間被分割成許多不連續(xù)的小塊，導(dǎo)致無法找到足夠大的連續(xù)空間來分配給需要內(nèi)存的進(jìn)程，即使總空閑內(nèi)存足夠。分為外部碎片（內(nèi)存中存在許多小塊空閑區(qū)域）和內(nèi)部碎片（分配給進(jìn)程的內(nèi)存塊比其實(shí)際需求稍大）。*產(chǎn)生原因：主要由于內(nèi)存分配策略（尤其是動(dòng)態(tài)分區(qū)分配）和內(nèi)存回收機(jī)制。頻繁地分配和釋放不同大小的內(nèi)存塊，特別是釋放后不進(jìn)行合并，容易導(dǎo)致外部碎片。固定分區(qū)分配可能產(chǎn)生內(nèi)部碎片。3.GPIO（通用輸入輸出）引腳的作用：*GPIO引腳是微控制器（MCU）引腳的一種，可以通過軟件配置為輸入模式或輸出模式。*輸出模式：可以輸出高電平或低電平信號(hào)，用于控制外部設(shè)備，如點(diǎn)亮LED、驅(qū)動(dòng)繼電器、發(fā)送信號(hào)等。*輸入模式：可以讀取外部電路的電平狀態(tài)，用于檢測按鍵按下、傳感器信號(hào)輸入等。*它是嵌入式系統(tǒng)與外部世界進(jìn)行基本交互的主要接口之一，具有靈活性，可以通過軟件編程改變其功能。4.嵌入式系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)的基本流程：*需求分析：確定需要驅(qū)動(dòng)的外設(shè)類型、功能需求、性能要求等。*硬件接口分析：理解外設(shè)的硬件連接方式、信號(hào)時(shí)序、電氣特性等。*驅(qū)動(dòng)框架設(shè)計(jì)：選擇合適的驅(qū)動(dòng)模型（如Linux的字符/塊設(shè)備模型，RTOS的驅(qū)動(dòng)框架），確定驅(qū)動(dòng)需要實(shí)現(xiàn)的接口函數(shù)。*寄存器操作編程：編寫代碼對(duì)硬件寄存器進(jìn)行配置和控制，實(shí)現(xiàn)外設(shè)的基本操作。*中斷處理編程：如果外設(shè)使用中斷，需要編寫中斷服務(wù)程序（ISR）來處理事件，并可能進(jìn)行底半部（BottomHalf）處理。*功能函數(shù)實(shí)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)提供的API函數(shù)，供上層應(yīng)用調(diào)用。*測試驗(yàn)證：對(duì)驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行功能測試、性能測試、穩(wěn)定性測試，確保其能正常工作。*文檔編寫：編寫驅(qū)動(dòng)程序的說明文檔，方便其他人使用和維護(hù)。四、設(shè)計(jì)與分析題1.（12分）ARMCortex-M3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)每10ms讀取外設(shè)數(shù)據(jù)的任務(wù)思路與步驟：*基本思路：使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）的任務(wù)調(diào)度機(jī)制是最常見和靈活的方式。創(chuàng)建一個(gè)周期性任務(wù)，配置其周期為10毫秒，并在任務(wù)執(zhí)行體內(nèi)完成數(shù)據(jù)讀取。也可以使用非RTOS環(huán)境下的定時(shí)器中斷或軟件定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。*使用RTOS實(shí)現(xiàn)：*創(chuàng)建一個(gè)新任務(wù)（Task）。*配置任務(wù)屬性：設(shè)置任務(wù)優(yōu)先級(jí)、堆棧大小等。*設(shè)置任務(wù)周期（Period）為10毫秒（注意單位，通常RTOS需要毫秒或更小的單位如微秒）。*設(shè)置任務(wù)執(zhí)行頻率（或稱為超時(shí)時(shí)間，Timeout）為10毫秒。*在任務(wù)的`vTaskEntry`函數(shù)（或類似入口函數(shù)）中，編寫讀取外設(shè)數(shù)據(jù)的代碼（如通過特定寄存器操作或調(diào)用硬件抽象層HAL庫函數(shù)）。*使用RTOS提供的定時(shí)器功能（如`xTaskCreate`時(shí)指定周期和超時(shí)時(shí)間）或讓任務(wù)自身在循環(huán)中等待10ms（不推薦，會(huì)占用CPU）。*啟動(dòng)任務(wù)調(diào)度器（`vTaskStartScheduler`）。*關(guān)鍵步驟：任務(wù)創(chuàng)建、任務(wù)周期配置、讀取外設(shè)操作、任務(wù)調(diào)度啟動(dòng)。2.（6分）I2C初始化與讀取溫度數(shù)據(jù)偽代碼：```c//假設(shè)已有函數(shù)用于配置GPIO引腳為I2C模式voidI2C_Init(intsda_pin,intscl_pin){//配置sda_pin,scl_pin為GPIO輸出，設(shè)置為I2C頻率（如100KHz或400KHz）//具體實(shí)現(xiàn)依賴于硬件平臺(tái)和庫函數(shù)}//假設(shè)已有函數(shù)用于I2C起始信號(hào)voidI2C_Start(){//發(fā)送I2C起始信號(hào)}//假設(shè)已有函數(shù)用于I2C停止信號(hào)voidI2C_Stop(){//發(fā)送I2C停止信號(hào)}//假設(shè)已有函數(shù)用于I2C發(fā)送字節(jié)并等待應(yīng)答intI2C_SendByte(unsignedcharbyte){//發(fā)送一個(gè)字節(jié)，返回應(yīng)答信號(hào)狀態(tài)（0表示應(yīng)答，非0表示無應(yīng)答）return0;//偽代碼，表示成功發(fā)送并收到應(yīng)答}//讀取溫度數(shù)據(jù)的偽代碼unsignedcharReadTemperatureSensor(){unsignedchartemperature_data=0;I2C_Start();//發(fā)送起始信號(hào)I2C_SendByte(0x48<<1|1);//發(fā)送設(shè)備地址(0x48)+寫信號(hào)位(1)//...(可能需要發(fā)送內(nèi)部寄存器地址，如果傳感器要求)//假設(shè)寄存器地址為0x00，且讀取該寄存器就是溫度值//I2C_SendByte(0x00);//發(fā)送寄存器地址(0x00)I2C_Start();