計(jì)算機(jī)三級(jí)考試嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)上機(jī)試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（共15題，每題2分，共30分）1.以下關(guān)于嵌入式系統(tǒng)的描述中，錯(cuò)誤的是（）。A.嵌入式系統(tǒng)通常具有實(shí)時(shí)性要求B.嵌入式系統(tǒng)的硬件可裁剪性強(qiáng)C.嵌入式系統(tǒng)必須運(yùn)行操作系統(tǒng)D.嵌入式系統(tǒng)的軟件需與硬件深度耦合2.ARMCortexM3處理器的NVIC（嵌套向量中斷控制器）最多支持（）個(gè)可屏蔽中斷。A.16B.32C.60D.2403.以下不屬于I2C總線信號(hào)的是（）。A.SCLB.SDAC.CSD.停止位4.某嵌入式系統(tǒng)使用UART通信，波特率為115200，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。則每秒最多可傳輸?shù)淖址麛?shù)約為（）。A.11520B.9600C.1047D.8005.在FreeRTOS中，若任務(wù)A的優(yōu)先級(jí)為3，任務(wù)B的優(yōu)先級(jí)為5，任務(wù)C的優(yōu)先級(jí)為3，且當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)為A，當(dāng)任務(wù)B進(jìn)入就緒態(tài)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)（）。A.繼續(xù)運(yùn)行任務(wù)AB.切換至任務(wù)B運(yùn)行C.切換至任務(wù)C運(yùn)行D.進(jìn)入空閑任務(wù)6.以下關(guān)于GPIO（通用輸入輸出）的描述中，正確的是（）。A.所有GPIO引腳均可配置為模擬輸入模式B.開(kāi)漏輸出模式下，引腳需外接上拉電阻才能輸出高電平C.推挽輸出模式下，引腳無(wú)法輸出高阻態(tài)D.輸入模式下，GPIO內(nèi)部必須啟用上拉或下拉電阻7.嵌入式系統(tǒng)中，Bootloader的主要功能是（）。A.管理文件系統(tǒng)B.初始化硬件并加載操作系統(tǒng)內(nèi)核C.處理中斷請(qǐng)求D.提供圖形用戶界面8.以下ARMCortexM處理器中，支持硬件浮點(diǎn)運(yùn)算單元（FPU）的是（）。A.CortexM0B.CortexM3C.CortexM4D.CortexM0+9.某嵌入式系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)采集溫度傳感器數(shù)據(jù)（精度±0.1℃），應(yīng)優(yōu)先選擇的ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）位數(shù)為（）。A.8位B.10位C.12位D.16位10.在嵌入式Linux系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的加載方式不包括（）。A.靜態(tài)編譯進(jìn)內(nèi)核B.通過(guò)insmod命令動(dòng)態(tài)加載C.通過(guò)rmmod命令動(dòng)態(tài)卸載D.通過(guò)用戶空間應(yīng)用程序直接編寫11.以下關(guān)于SPI總線的描述中，錯(cuò)誤的是（）。A.支持全雙工通信B.主從模式下，每個(gè)從設(shè)備需要獨(dú)立的片選信號(hào)C.通信速率通常低于I2C總線D.數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)MOSI和MISO引腳完成12.嵌入式系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)中，不屬于軟件優(yōu)化策略的是（）。A.關(guān)閉空閑外設(shè)時(shí)鐘B.使用睡眠模式C.優(yōu)化算法減少計(jì)算量D.選擇低功耗硬件芯片13.在STM32HAL庫(kù)中，初始化UART外設(shè)的函數(shù)是（）。A.HAL_UART_Init()B.HAL_UART_Transmit()C.HAL_UART_Receive()D.HAL_UART_IRQHandler()14.以下關(guān)于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）的描述中，錯(cuò)誤的是（）。A.硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)B.軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)允許任務(wù)延遲但需保證整體性能C.RTOS的任務(wù)調(diào)度算法通常采用搶占式D.RTOS的任務(wù)切換開(kāi)銷一定小于非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)15.某嵌入式系統(tǒng)需要存儲(chǔ)用戶配置參數(shù)（需掉電保存，容量約2KB），最適合的存儲(chǔ)介質(zhì)是（）。A.SRAMB.NORFlashC.NANDFlashD.EEPROM二、多項(xiàng)選擇題（共5題，每題3分，共15分。多選、錯(cuò)選不得分，少選得1分）1.以下屬于嵌入式系統(tǒng)典型應(yīng)用場(chǎng)景的有（）。A.智能手機(jī)B.工業(yè)機(jī)器人C.超級(jí)計(jì)算機(jī)D.智能手表2.ARMCortexM處理器的異常類型包括（）。A.復(fù)位B.中斷C.系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用（SVC）D.錯(cuò)誤異常（HardFault）3.I2C總線的通信過(guò)程包括（）。A.起始條件B.地址幀傳輸C.數(shù)據(jù)幀傳輸D.停止條件4.FreeRTOS的任務(wù)狀態(tài)包括（）。A.運(yùn)行態(tài)B.就緒態(tài)C.阻塞態(tài)D.掛起態(tài)5.嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，常用的調(diào)試工具包括（）。A.JLinkB.STLinkC.邏輯分析儀D.示波器三、填空題（共10空，每空2分，共20分）1.ARMCortexM3/M4處理器的寄存器組中，R13通常用作______寄存器。2.嵌入式系統(tǒng)中，______總線是一種高速串行差分傳輸總線，廣泛用于顯示設(shè)備連接（如LCD）。3.在UART通信中，______位用于指示數(shù)據(jù)幀的結(jié)束，通常為1位或2位。4.FreeRTOS中，______函數(shù)用于創(chuàng)建任務(wù)，其參數(shù)包括任務(wù)句柄、任務(wù)名稱、堆棧大小等。5.STM32系列微控制器的FLASH存儲(chǔ)器主要用于存儲(chǔ)______代碼。6.I2C總線的標(biāo)準(zhǔn)通信速率為_(kāi)_____kbps，快速模式可支持400kbps。7.嵌入式系統(tǒng)中，______（縮寫）是一種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，由風(fēng)河公司開(kāi)發(fā)，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。8.ADC的轉(zhuǎn)換精度主要由______位數(shù)決定，位數(shù)越多，精度越高。9.在GPIO配置中，______模式適用于需要讀取外部信號(hào)且外部信號(hào)可能處于高阻態(tài)的場(chǎng)景。10.嵌入式Linux系統(tǒng)中，______文件系統(tǒng)通常用于存儲(chǔ)內(nèi)核和啟動(dòng)參數(shù)，具有只讀、壓縮等特點(diǎn)。四、簡(jiǎn)答題（共4題，共25分）1.（6分，封閉型）簡(jiǎn)述ARMCortexM處理器中NVIC的主要功能。2.（6分，封閉型）說(shuō)明SPI總線與I2C總線在通信方式上的主要區(qū)別（至少列出3點(diǎn)）。3.（6分，開(kāi)放型）某嵌入式系統(tǒng)需要采集溫度傳感器（輸出03.3V模擬信號(hào)），請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)硬件接口電路并說(shuō)明ADC配置要點(diǎn)（假設(shè)微控制器為STM32F407，ADC為12位，參考電壓3.3V）。4.（7分，開(kāi)放型）在FreeRTOS中，若需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)任務(wù)（任務(wù)A和任務(wù)B）之間的同步，可采用哪些方法？并簡(jiǎn)要說(shuō)明每種方法的適用場(chǎng)景。五、應(yīng)用題（共2題，共30分）1.（15分，計(jì)算與分析類）某嵌入式系統(tǒng)使用STM32F103微控制器（系統(tǒng)時(shí)鐘72MHz）通過(guò)UART與PC通信，要求波特率為9600，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。（1）計(jì)算UART波特率寄存器（USART_BRR）的配置值（需寫出計(jì)算過(guò)程，STM32的波特率計(jì)算公式：波特率=系統(tǒng)時(shí)鐘/(16×USART_BRR)）；（2）若實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)通信過(guò)程中存在誤碼，可能的原因有哪些？（至少列出3點(diǎn)）2.（15分，綜合設(shè)計(jì)類）設(shè)計(jì)一個(gè)基于STM32的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，要求：（1）使用DHT11溫濕度傳感器（單總線協(xié)議）采集數(shù)據(jù)；（2）通過(guò)LCD1602顯示溫濕度值；（3）當(dāng)溫度超過(guò)30℃時(shí)，控制蜂鳴器報(bào)警；（4）畫出系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖（標(biāo)注主要模塊）；（5）寫出主程序的關(guān)鍵代碼邏輯（使用HAL庫(kù)，包括初始化、數(shù)據(jù)采集、顯示、報(bào)警判斷部分）。參考答案一、單項(xiàng)選擇題1.C（部分簡(jiǎn)單嵌入式系統(tǒng)無(wú)需操作系統(tǒng)，如單片機(jī)裸機(jī)程序）2.D（CortexM3支持240個(gè)可屏蔽中斷+16個(gè)系統(tǒng)異常）3.C（CS是SPI的片選信號(hào)，I2C使用SCL和SDA）4.C（每個(gè)字符占10位，115200/10=11520，但實(shí)際需考慮幀間隔，約1047字符/秒）5.B（FreeRTOS采用搶占式調(diào)度，高優(yōu)先級(jí)任務(wù)就緒時(shí)立即切換）6.B（開(kāi)漏輸出需上拉電阻才能輸出高電平，推挽輸出可直接輸出高低電平）7.B（Bootloader負(fù)責(zé)初始化硬件并加載內(nèi)核，是啟動(dòng)階段的關(guān)鍵程序）8.C（CortexM4支持FPU，M0/M3/M0+無(wú)硬件浮點(diǎn)）9.C（12位ADC分辨率=3.3V/4096≈0.8mV，滿足±0.1℃精度需求）10.D（驅(qū)動(dòng)程序需在內(nèi)核空間運(yùn)行，用戶程序無(wú)法直接編寫驅(qū)動(dòng)）11.C（SPI速率通常高于I2C，可達(dá)幾十Mbps）12.D（選擇低功耗芯片屬于硬件設(shè)計(jì)，非軟件優(yōu)化）13.A（HAL_UART_Init()用于初始化，Transmit/Receive是收發(fā)函數(shù)）14.D（RTOS任務(wù)切換開(kāi)銷可能更大，因需保證實(shí)時(shí)性）15.D（EEPROM適合小容量掉電保存，NORFlash容量較大，NANDFlash適合大容量存儲(chǔ)）二、多項(xiàng)選擇題1.ABD（超級(jí)計(jì)算機(jī)屬于通用計(jì)算機(jī)，非嵌入式）2.ABCD（CortexM的異常包括復(fù)位、中斷、SVC、HardFault等）3.ABCD（I2C通信包含起始、地址、數(shù)據(jù)、停止條件）4.ABCD（FreeRTOS任務(wù)狀態(tài)：運(yùn)行、就緒、阻塞、掛起）5.ABCD（JLink/STLink用于調(diào)試，邏輯分析儀/示波器用于信號(hào)分析）三、填空題1.棧指針（SP）2.LVDS（低壓差分信號(hào)）3.停止4.xTaskCreate5.應(yīng)用程序（或用戶）6.1007.VxWorks8.ADC9.輸入浮空（或浮空輸入）10.UBI（或UBoot）四、簡(jiǎn)答題1.NVIC主要功能：（1）管理中斷優(yōu)先級(jí)（支持中斷嵌套）；（2）配置中斷使能/禁用；（3）處理中斷掛起和清除；（4）支持向量中斷，快速定位中斷服務(wù)程序（ISR）入口地址。2.SPI與I2C通信方式區(qū)別：（1）接口信號(hào)：SPI使用SCLK、MOSI、MISO、CS（多線）；I2C使用SCL、SDA（雙線）。（2）通信模式：SPI支持全雙工；I2C為半雙工。（3）尋址方式：SPI通過(guò)CS引腳選擇從機(jī)；I2C通過(guò)從機(jī)地址（7位或10位）尋址。（4）速率：SPI速率通常高于I2C（可達(dá)幾十MbpsvsI2C的400kbps/1Mbps）。3.硬件接口電路設(shè)計(jì)：（1）溫度傳感器輸出通過(guò)RC濾波電路（如1kΩ電阻+100nF電容）連接至STM32F407的ADC輸入引腳（如PA0）；（2）確保傳感器電源與STM32共地，參考電壓為3.3V。ADC配置要點(diǎn)：（1）分辨率設(shè)置為12位；（2）采樣時(shí)間選擇（如28.5個(gè)ADC時(shí)鐘周期，平衡精度與速度）；（3）參考電壓配置為VREF+（3.3V）；（4）轉(zhuǎn)換模式選擇單次轉(zhuǎn)換或連續(xù)轉(zhuǎn)換；（5）使能ADC中斷（若需DMA傳輸則配置DMA）。4.任務(wù)同步方法及場(chǎng)景：（1）信號(hào)量（Semaphore）：適用于資源共享或任務(wù)間事件通知（如任務(wù)A完成數(shù)據(jù)采集后釋放信號(hào)量，任務(wù)B獲取信號(hào)量后處理數(shù)據(jù)）。（2）事件組（EventGroup）：適用于多事件觸發(fā)（如任務(wù)A需等待任務(wù)B和任務(wù)C均完成才繼續(xù)執(zhí)行）。（3）互斥量（Mutex）：適用于共享資源的互斥訪問(wèn)（如兩個(gè)任務(wù)同時(shí)訪問(wèn)串口時(shí)，需互斥量保證獨(dú)占使用）。（4）隊(duì)列（Queue）：適用于任務(wù)間數(shù)據(jù)傳遞（如任務(wù)A將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)隊(duì)列發(fā)送給任務(wù)B處理）。五、應(yīng)用題1.（1）波特率計(jì)算：系統(tǒng)時(shí)鐘=72MHz=72,000,000Hz波特率=72,000,000/(16×USART_BRR)=9600USART_BRR=72,000,000/(16×9600)=72,000,000/153,600=468.75STM32中，USART_BRR的高4位為整數(shù)部分（468=0x1D4），低4位為小數(shù)部分（0.75×16=12=0xC），因此配置值為0x1D4C。（2）誤碼可能原因：①波特率配置誤差（如晶振精度不足導(dǎo)致實(shí)際波特率偏差）；②硬件干擾（如電源噪聲、布線不合理導(dǎo)致信號(hào)失真）；③數(shù)據(jù)位/停止位/校驗(yàn)位配置與對(duì)端不一致；④接收緩沖區(qū)溢出（未及時(shí)處理接收數(shù)據(jù)）；⑤通信線過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致信號(hào)衰減（需增加驅(qū)動(dòng)或使用差分傳輸）。2.（1）硬件架構(gòu)圖（標(biāo)注模塊）：STM32主控芯片（如STM32F103C8T6）→DHT11（單總線連接至GPIO）→LCD1602（I2C或并行接口）→蜂鳴器（GPIO控制）→電源模塊（3.3V/5V供電）。（2）主程序關(guān)鍵代碼邏輯（HAL庫(kù)）：```cinclude"stm32f1xx_hal.h"include"dht11.h"include"lcd1602.h"UART_HandleTypeDefhuart1;GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStruct;//初始化函數(shù)voidSystem_Init(void){HAL_Init();SystemClock_Config();//配置系統(tǒng)時(shí)鐘72MHz//初始化DHT11引腳（PA1）__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();GPIO_InitStruct.Pin=GPIO_PIN_1;GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull=GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);//初始化LCD1602（假設(shè)使用I2C接口，PB6/SCL,PB7/SDA）LCD1602_Init();//初始化蜂鳴器（PA2）GPIO_InitStruct.Pin=GPIO_PIN_2;GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;HAL_GPIO_Init(G