2025年計(jì)算機(jī)三級(jí)嵌入式技能考核試題及答案一、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)定義的描述中，正確的是（）。A.以通用計(jì)算機(jī)為核心，擴(kuò)展特定功能的系統(tǒng)B.以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)C.僅包含微控制器（MCU）的小型電子設(shè)備D.運(yùn)行Windows或Linux操作系統(tǒng)的桌面級(jí)計(jì)算機(jī)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.48D.2403.某嵌入式系統(tǒng)使用I2C總線連接溫濕度傳感器，若SCL時(shí)鐘頻率為400kHz，傳輸一個(gè)8位數(shù)據(jù)位的時(shí)間約為（）。A.2μsB.2.5μsC.5μsD.10μs4.以下不屬于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）核心特性的是（）。A.任務(wù)搶占式調(diào)度B.內(nèi)存虛擬管理C.確定的任務(wù)響應(yīng)時(shí)間D.中斷延遲可控5.某嵌入式系統(tǒng)需要存儲(chǔ)512KB的程序代碼和128KB的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，合理的存儲(chǔ)方案是（）。A.程序存儲(chǔ)使用NORFlash，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使用SRAMB.程序存儲(chǔ)使用NANDFlash，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使用DRAMC.程序存儲(chǔ)使用EEPROM，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使用NORFlashD.程序存儲(chǔ)使用SRAM，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使用NANDFlash6.以下關(guān)于嵌入式系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)的描述中，錯(cuò)誤的是（）。A.空閑時(shí)關(guān)閉非必要外設(shè)時(shí)鐘B.使用低功耗模式（如睡眠模式）替代運(yùn)行模式C.提高CPU主頻以加速任務(wù)執(zhí)行，減少總運(yùn)行時(shí)間D.選擇靜態(tài)功耗更低的處理器型號(hào)7.SPI總線的四根信號(hào)線中，用于主設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的是（）。A.SCKB.MOSIC.MISOD.SS8.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)C.處理用戶輸入輸出D.實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議9.以下ARM指令中，屬于Thumb2擴(kuò)展指令集的是（）。A.LDRR0,[R1]B.ADD.WR0,R1,R2C.MOVR0,0xFFD.BXLR10.某32位嵌入式處理器的地址總線為30位，其可尋址的最大內(nèi)存空間是（）。A.1GBB.2GBC.4GBD.8GB11.以下關(guān)于μC/OSII操作系統(tǒng)的描述中，正確的是（）。A.支持多任務(wù)搶占式調(diào)度，任務(wù)數(shù)無限制B.內(nèi)核不支持時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度C.所有任務(wù)優(yōu)先級(jí)必須唯一D.不支持信號(hào)量、消息隊(duì)列等同步機(jī)制12.嵌入式系統(tǒng)中，ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的分辨率為12位，參考電壓為3.3V，其最小可分辨電壓為（）。A.0.8mVB.1.6mVC.3.3mVD.6.6mV13.以下不屬于嵌入式系統(tǒng)硬件開發(fā)流程的階段是（）。A.需求分析B.PCB設(shè)計(jì)C.操作系統(tǒng)移植D.邏輯綜合與布局布線14.某嵌入式系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)CAN總線通信，若波特率設(shè)置為500kbps，總線位時(shí)間由16個(gè)時(shí)間量子（TQ）組成，則每個(gè)TQ的時(shí)長為（）。A.0.25μsB.0.5μsC.1μsD.2μs15.以下關(guān)于嵌入式Linux系統(tǒng)的描述中，錯(cuò)誤的是（）。A.支持設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模塊化加載B.內(nèi)核需要針對(duì)具體硬件裁剪C.文件系統(tǒng)必須使用EXT4格式D.可以通過交叉編譯工具鏈生成目標(biāo)代碼二、多項(xiàng)選擇題（共5題，每題3分，共15分。每題至少有2個(gè)正確選項(xiàng)，錯(cuò)選、漏選均不得分）1.以下屬于ARMCortexM4處理器特性的有（）。A.支持單周期乘法和浮點(diǎn)運(yùn)算（FPU）B.哈佛架構(gòu)，指令與數(shù)據(jù)總線分離C.集成內(nèi)存保護(hù)單元（MPU）D.僅支持Thumb2指令集2.嵌入式系統(tǒng)中常用的串行通信接口包括（）。A.UARTB.SPIC.PCIeD.I2C3.以下關(guān)于嵌入式系統(tǒng)調(diào)試的描述中，正確的有（）。A.JTAG接口可用于在線仿真和程序下載B.邏輯分析儀可捕獲總線時(shí)序信號(hào)C.串口調(diào)試助手可通過UART接口輸出調(diào)試日志D.調(diào)試時(shí)需關(guān)閉所有中斷以避免干擾4.嵌入式系統(tǒng)電源管理的常用技術(shù)包括（）。A.動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）B.外設(shè)時(shí)鐘門控（ClockGating）C.電池電量監(jiān)測(cè)（FuelGauge）D.虛擬內(nèi)存分頁5.以下關(guān)于嵌入式軟件設(shè)計(jì)的描述中，符合實(shí)時(shí)性要求的有（）。A.關(guān)鍵任務(wù)設(shè)置高優(yōu)先級(jí)，非關(guān)鍵任務(wù)設(shè)置低優(yōu)先級(jí)B.使用搶占式調(diào)度替代合作式調(diào)度C.避免在中斷服務(wù)程序（ISR）中執(zhí)行耗時(shí)操作D.所有任務(wù)均采用循環(huán)查詢方式實(shí)現(xiàn)三、填空題（共5題，每題3分，共15分）1.嵌入式系統(tǒng)中，片上系統(tǒng)（SoC）通常集成了CPU、存儲(chǔ)器、外設(shè)接口和__________（填寫核心組件）。2.ARMCortexM系列處理器的NVIC支持中斷優(yōu)先級(jí)分組，若配置為4位搶占優(yōu)先級(jí)和0位子優(yōu)先級(jí)，則最多可支持__________個(gè)不同的搶占優(yōu)先級(jí)。3.SPI總線的四種工作模式由時(shí)鐘極性（CPOL）和時(shí)鐘相位（CPHA）決定，其中CPOL=1表示SCL時(shí)鐘線空閑時(shí)為__________（填寫高電平或低電平）。4.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，任務(wù)切換的觸發(fā)條件通常包括定時(shí)器中斷、任務(wù)等待事件（如信號(hào)量）或__________（填寫另一種常見觸發(fā)條件）。5.某嵌入式系統(tǒng)使用32位處理器，其數(shù)據(jù)總線為32位，若訪問一個(gè)半字（16位）數(shù)據(jù)，地址線的最低__________位（填寫數(shù)字）必須為0，以保證對(duì)齊訪問。四、簡答題（共4題，第12題每題6分，第34題每題8分，共28分）1.（封閉型）簡述嵌入式系統(tǒng)中“硬實(shí)時(shí)”與“軟實(shí)時(shí)”的區(qū)別，并各舉一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。2.（封閉型）ARM處理器的Thumb指令集與ARM指令集相比有何優(yōu)勢(shì)？為何CortexM系列僅支持Thumb2指令集？3.（開放型）設(shè)計(jì)一個(gè)基于STM32的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，需實(shí)現(xiàn)：通過DHT11傳感器采集數(shù)據(jù)（單總線協(xié)議）、通過LCD1602顯示數(shù)據(jù)、通過UART將數(shù)據(jù)發(fā)送至PC。請(qǐng)說明硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟（至少列出4項(xiàng)）。4.（開放型）某嵌入式系統(tǒng)需要處理周期性數(shù)據(jù)采集（周期10ms）和用戶按鍵響應(yīng)（延遲需<5ms），現(xiàn)有任務(wù)調(diào)度方案為：主循環(huán)中查詢采集標(biāo)志位，采集完成后處理數(shù)據(jù)；按鍵通過外部中斷檢測(cè)，中斷服務(wù)程序中設(shè)置標(biāo)志位，主循環(huán)中處理按鍵。分析該方案的實(shí)時(shí)性問題，并提出改進(jìn)建議。五、綜合應(yīng)用題（共1題，12分）某嵌入式系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，要求如下：處理器：STM32F407（CortexM4，72MHz主頻）傳感器：正交編碼器（每轉(zhuǎn)輸出1000個(gè)脈沖，A/B相正交）執(zhí)行器：直流電機(jī)（通過PWM控制轉(zhuǎn)速，PWM頻率20kHz）控制算法：PID控制（采樣周期20ms）任務(wù)1：設(shè)計(jì)正交編碼器的信號(hào)采集方案，要求測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速（單位：轉(zhuǎn)/分鐘，rpm）。需說明：（1）使用的STM32外設(shè)模塊（如定時(shí)器的具體模式）；（2）轉(zhuǎn)速計(jì)算的公式（假設(shè)在時(shí)間T內(nèi)捕獲到N個(gè)脈沖）。任務(wù)2：設(shè)計(jì)PWM輸出方案，要求占空比范圍0%100%，精度1%。需計(jì)算：（1）定時(shí)器預(yù)分頻系數(shù)（PSC）和自動(dòng)重裝載值（ARR）；（2）占空比與比較匹配值（CCR）的關(guān)系式。任務(wù)3：分析PID控制任務(wù)的調(diào)度實(shí)現(xiàn)，說明如何在STM32上保證20ms的采樣周期（需涉及RTOS或定時(shí)器中斷的具體配置）。2025年全國計(jì)算機(jī)等級(jí)考試三級(jí)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)技能考核試題答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.D3.B（400kHz時(shí)鐘周期為2.5μs，每個(gè)數(shù)據(jù)位占1個(gè)時(shí)鐘周期）4.B（RTOS通常不支持虛擬內(nèi)存）5.A（程序代碼需掉電保存，NORFlash適合；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需高速，SRAM適合）6.C（提高主頻會(huì)增加功耗）7.B8.B9.B（Thumb2支持32位擴(kuò)展指令，如ADD.W）10.A（30位地址總線可尋址2^30=1GB）11.C（μC/OSII任務(wù)優(yōu)先級(jí)唯一，最多64個(gè)任務(wù)）12.A（3.3V/(2^12)=3.3/4096≈0.8mV）13.C（操作系統(tǒng)移植屬于軟件開發(fā)流程）14.A（500kbps波特率，每位時(shí)間2μs；16個(gè)TQ，每個(gè)TQ=2μs/16=0.25μs）15.C（嵌入式Linux支持多種文件系統(tǒng)，如YAFFS、UBIFS）二、多項(xiàng)選擇題1.ABC（CortexM4支持FPU，哈佛架構(gòu)，MPU；支持Thumb2和Thumb指令）2.ABD（PCIe是高速并行總線）3.ABC（調(diào)試時(shí)無需關(guān)閉所有中斷）4.ABC（虛擬內(nèi)存分頁是桌面OS技術(shù)）5.ABC（循環(huán)查詢無法保證實(shí)時(shí)性）三、填空題1.片上外設(shè)（或：外設(shè)控制器/IP核）2.16（2^4=16）3.高電平4.更高優(yōu)先級(jí)任務(wù)就緒（或：中斷觸發(fā)任務(wù)切換）5.1（半字對(duì)齊要求地址最低1位為0）四、簡答題1.區(qū)別：硬實(shí)時(shí)要求任務(wù)必須在截止時(shí)間內(nèi)完成，否則導(dǎo)致系統(tǒng)失效；軟實(shí)時(shí)允許任務(wù)偶爾超期，僅影響性能。場(chǎng)景：硬實(shí)時(shí)如汽車安全氣囊觸發(fā)（必須在碰撞后10ms內(nèi)完成）；軟實(shí)時(shí)如視頻流播放（偶爾卡頓可接受）。2.優(yōu)勢(shì)：Thumb指令集為16位，代碼密度高（節(jié)省存儲(chǔ)空間）；CortexM系列面向低功耗、小存儲(chǔ)場(chǎng)景，Thumb2融合16位和32位指令，兼顧代碼密度與性能，無需ARM指令集即可滿足需求。3.硬件設(shè)計(jì)關(guān)鍵步驟：（1）電源模塊：確保3.3V/5V供電穩(wěn)定（DHT11需5V，STM32需3.3V，需LDO或DCDC轉(zhuǎn)換）；（2）傳感器接口：DHT11數(shù)據(jù)引腳接STM32GPIO（需上拉電阻），配置為開漏輸出/輸入；（3）LCD接口：LCD1602的RS、R/W、E控制引腳接GPIO，數(shù)據(jù)總線（D0D7）接GPIO或使用I2C轉(zhuǎn)接模塊簡化布線；（4）UART接口：通過MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片連接STM32的UART引腳（TTL電平轉(zhuǎn)RS232），或直接使用USB轉(zhuǎn)TTL模塊（如CH340）連接PC。4.實(shí)時(shí)性問題：（1）數(shù)據(jù)采集采用查詢方式，若主循環(huán)被其他任務(wù)阻塞，可能錯(cuò)過10ms周期；（2）按鍵處理在主循環(huán)中延遲執(zhí)行，可能超過5ms延遲要求。改進(jìn)建議：（1）數(shù)據(jù)采集使用定時(shí)器中斷（10ms周期）觸發(fā)，中斷服務(wù)程序（ISR）中置位標(biāo)志位，主循環(huán)僅處理數(shù)據(jù)；（2）按鍵檢測(cè)使用外部中斷（上升/下降沿觸發(fā)），ISR中記錄按鍵時(shí)間戳，通過RTOS（如FreeRTOS）的任務(wù)通知或消息隊(duì)列立即喚醒按鍵處理任務(wù)（高優(yōu)先級(jí)），確保延遲<5ms；（3）引入RTOS進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，將數(shù)據(jù)采集、按鍵處理設(shè)為獨(dú)立任務(wù)，根據(jù)優(yōu)先級(jí)搶占執(zhí)行。五、綜合應(yīng)用題任務(wù)1：（1）使用STM32的高級(jí)定時(shí)器（如TIM1/TIM8）或通用定時(shí)器（如TIM2TIM5）的正交編碼器模式。配置定時(shí)器為編碼器模式（TI1和TI2輸入），自動(dòng)捕獲A/B相脈沖，利用邊沿檢測(cè)計(jì)數(shù)（每轉(zhuǎn)4倍頻，實(shí)際脈沖數(shù)=1000×4=4000）。（2）轉(zhuǎn)速公式：轉(zhuǎn)速(rpm)=(N/4000)/(T/60)=(N×60)/(4000×T)=(3N)/(200T)（T單位：秒）。任務(wù)2：（1）PWM頻率=20kHz，周期=50μs。STM32定時(shí)器時(shí)鐘為72MHz（假設(shè)APB1預(yù)分頻為1，定時(shí)器時(shí)鐘=72MHz）。PWM周期=(PSC+1)×(ARR+1)/72MHz=50μs→(PSC+1)×(ARR+1)=72MHz×50μs=3600。取PSC=35（35+1=36），則ARR+1=3600/36=100→ARR=99。（2）占空比D=CCR/(ARR+1)×100%→CCR=D×(ARR+1)/100=D×1（因ARR+1=100），即CCR=D（D范圍0100）。任務(wù)3：使用定時(shí)器中斷或RTOS任務(wù)調(diào)度保證20ms采樣周期：定時(shí)器中斷方案：配置通用定時(shí)器（如TIM6），中斷周期20ms（計(jì)數(shù)頻率=72MHz/(PS