2025年計算機(jī)三級嵌入式技能試題及答案一、單項選擇題（共15題，每題2分，共30分）1.以下關(guān)于嵌入式系統(tǒng)實時性的描述中，正確的是（）。A.軟實時系統(tǒng)允許任務(wù)偶爾超時，硬實時系統(tǒng)必須嚴(yán)格滿足時間約束B.硬實時系統(tǒng)的任務(wù)響應(yīng)時間必須小于1ms，軟實時系統(tǒng)無明確要求C.實時性僅與操作系統(tǒng)調(diào)度算法有關(guān)，與硬件無關(guān)D.實時系統(tǒng)的任務(wù)優(yōu)先級由任務(wù)執(zhí)行時間決定2.某嵌入式系統(tǒng)使用ARMCortexM4處理器，其支持的指令集是（）。A.ARMv6MB.ARMv7MC.ARMv8AD.Thumb23.以下哪種總線協(xié)議支持多主設(shè)備競爭，且采用漏極開路輸出實現(xiàn)線與（）？A.SPIB.I2CC.UARTD.CAN4.嵌入式系統(tǒng)中，Bootloader的主要功能不包括（）。A.初始化硬件（如時鐘、內(nèi)存）B.從存儲介質(zhì)加載操作系統(tǒng)到內(nèi)存C.實現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動程序的動態(tài)加載D.提供調(diào)試接口（如串口、JTAG）5.若某ADC的分辨率為12位，參考電壓為3.3V，則其最小可檢測電壓增量為（）。A.0.805mVB.1.61mVC.3.22mVD.6.44mV6.以下實時操作系統(tǒng)（RTOS）中，屬于開源且支持搶占式調(diào)度的是（）。A.VxWorksB.QNXC.FreeRTOSD.μC/OSII（版本I）7.嵌入式系統(tǒng)低功耗設(shè)計中，“動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）”的核心目的是（）。A.提高系統(tǒng)峰值性能B.降低靜態(tài)功耗（漏電流）C.根據(jù)負(fù)載調(diào)整功耗D.簡化電源管理電路8.某嵌入式系統(tǒng)需要連接5個獨立的GPIO外設(shè)，每個外設(shè)需要8位I/O口，最合理的IO擴(kuò)展方案是（）。A.使用5片74HC595（8位串轉(zhuǎn)并移位寄存器）B.使用1片MCP23017（16位I2C接口GPIO擴(kuò)展芯片）C.直接使用處理器內(nèi)部GPIO口（假設(shè)內(nèi)部有40個可用GPIO）D.使用SPI接口的AD7303（8通道ADC）9.以下關(guān)于嵌入式Linux設(shè)備樹（DeviceTree）的描述中，錯誤的是（）。A.設(shè)備樹用于描述硬件平臺的物理結(jié)構(gòu)B.設(shè)備樹替代了內(nèi)核中大部分硬編碼的硬件信息C.設(shè)備樹必須包含所有外設(shè)的中斷號、地址等細(xì)節(jié)D.設(shè)備樹文件的擴(kuò)展名為.dts10.若嵌入式系統(tǒng)需要實現(xiàn)“1秒周期內(nèi)采樣100次溫度傳感器”，則ADC的采樣頻率至少應(yīng)為（）。A.100HzB.200HzC.1000HzD.無明確要求，只要1秒內(nèi)完成100次即可11.以下ARMCortexM系列處理器中，支持浮點運算單元（FPU）的是（）。A.CortexM0+B.CortexM3C.CortexM4D.CortexM2312.嵌入式系統(tǒng)中，NORFlash與NANDFlash的主要區(qū)別是（）。A.NORFlash支持隨機(jī)讀寫，NANDFlash適合大容量存儲B.NORFlash擦除速度快，NANDFlash讀寫速度快C.NORFlash無壞塊問題，NANDFlash需壞塊管理D.NORFlash基于EEPROM技術(shù)，NANDFlash基于SRAM技術(shù)13.某UART通信設(shè)置為波特率115200、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗位，其有效數(shù)據(jù)傳輸速率為（）。A.115200bpsB.104727bpsC.92160bpsD.88615bps14.以下不屬于嵌入式系統(tǒng)硬件抽象層（HAL）功能的是（）。A.封裝GPIO、UART等外設(shè)的底層操作B.提供跨平臺的統(tǒng)一接口（如HAL_GPIO_WritePin）C.實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)通信D.處理硬件中斷的底層響應(yīng)15.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，JTAG接口的主要作用是（）。A.程序下載與調(diào)試B.高速數(shù)據(jù)傳輸C.電源供電D.模擬信號采集二、多項選擇題（共5題，每題3分，共15分。每題至少2個正確選項，錯選、漏選均不得分）16.以下屬于嵌入式系統(tǒng)典型特征的有（）。A.專用性強，面向特定應(yīng)用B.資源受限（如內(nèi)存、計算能力）C.必須運行Linux操作系統(tǒng)D.實時性要求高（部分場景）17.嵌入式處理器選型時，需要考慮的關(guān)鍵因素包括（）。A.指令集架構(gòu)（如ARM、RISCV）B.片上外設(shè)（如ADC、PWM數(shù)量）C.工作溫度范圍（如工業(yè)級40℃~85℃）D.開發(fā)工具鏈支持（如是否支持Keil、IAR）18.以下關(guān)于I2C總線的描述中，正確的有（）。A.僅需SCL（時鐘線）和SDA（數(shù)據(jù)線）兩根信號線B.每個從設(shè)備有唯一的7位或10位地址C.支持多主設(shè)備競爭，通過仲裁機(jī)制解決沖突D.最高傳輸速率可達(dá)10Mbps（高速模式）19.嵌入式系統(tǒng)低功耗設(shè)計的常用策略包括（）。A.使用低功耗模式（如STOP、SLEEP）B.關(guān)閉空閑外設(shè)的時鐘（如GPIO、UART）C.提高處理器工作頻率以縮短任務(wù)執(zhí)行時間D.選擇靜態(tài)功耗更低的處理器（如CortexM0+）20.以下關(guān)于嵌入式系統(tǒng)調(diào)試的描述中，正確的有（）。A.可以通過串口輸出調(diào)試信息（如printf重定向）B.在線調(diào)試器（如STLink）通過SWD或JTAG接口連接C.邏輯分析儀可用于分析總線信號（如SPI時序）D.模擬器（如QEMU）無法模擬硬件中斷行為三、填空題（共10空，每空2分，共20分）21.嵌入式系統(tǒng)的核心組成包括______、______和______（硬件、軟件、應(yīng)用場景三要素）。22.ARMCortexM處理器的異常優(yōu)先級中，______（如復(fù)位、NMI）的優(yōu)先級高于普通中斷。23.實時操作系統(tǒng)的調(diào)度算法中，______調(diào)度（如FreeRTOS默認(rèn)）允許高優(yōu)先級任務(wù)搶占低優(yōu)先級任務(wù)的執(zhí)行。24.某SPI通信中，主設(shè)備設(shè)置CPOL=1（時鐘空閑高電平）、CPHA=1（數(shù)據(jù)在時鐘第二個邊沿采樣），則其工作模式為______（填模式編號，如Mode0）。25.嵌入式Linux系統(tǒng)中，根文件系統(tǒng)（rootfs）的常見格式包括______（至少填2種）。26.若某32位嵌入式處理器的地址總線為24位，則其可尋址的內(nèi)存空間為______MB。27.嵌入式系統(tǒng)中，DMA（直接內(nèi)存訪問）的主要作用是______，從而減輕CPU負(fù)擔(dān)。四、簡答題（共4題，第28~30題每題6分，第31題7分，共25分）28.（封閉型）簡述嵌入式系統(tǒng)中“實時性”與“分時系統(tǒng)”的核心區(qū)別。29.（封閉型）列舉3種常見的嵌入式操作系統(tǒng)，并說明其典型應(yīng)用場景。30.（開放型）某嵌入式設(shè)備需要通過4G模塊上傳傳感器數(shù)據(jù)，設(shè)計其軟件架構(gòu)時需考慮哪些關(guān)鍵問題？（至少4點）31.（分析型）某基于CortexM4的系統(tǒng)中，ADC采樣頻率不穩(wěn)定，可能的硬件或軟件原因有哪些？（至少5點）五、綜合應(yīng)用題（共1題，20分）32.設(shè)計一個基于STM32F407（CortexM4）的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，要求：（1）硬件部分：選擇溫濕度傳感器（需說明型號及接口類型）、設(shè)計最小系統(tǒng)（包括電源、時鐘、調(diào)試接口）；（2）軟件部分：編寫主程序框架（偽代碼），包含初始化、數(shù)據(jù)采集、串口發(fā)送流程；（3）通信設(shè)計：選擇與上位機(jī)的通信協(xié)議（如ModbusRTU），說明幀格式及校驗方式。參考答案及解析一、單項選擇題1.A（硬實時系統(tǒng)必須嚴(yán)格滿足時間約束，軟實時系統(tǒng)允許偶爾超時；實時性與硬件（如處理器速度）和軟件（調(diào)度算法）均有關(guān)；任務(wù)優(yōu)先級通常由用戶設(shè)定）2.B（CortexM4基于ARMv7M架構(gòu)，支持Thumb2指令集）3.B（I2C使用漏極開路輸出，支持多主設(shè)備仲裁）4.C（Bootloader不負(fù)責(zé)動態(tài)加載驅(qū)動，驅(qū)動由操作系統(tǒng)管理）5.A（3.3V/(2^121)=3.3/4095≈0.805mV）6.C（FreeRTOS開源，支持搶占式調(diào)度；μC/OSIIV1僅支持合作式調(diào)度）7.C（DVFS根據(jù)負(fù)載調(diào)整電壓和頻率，降低動態(tài)功耗）8.B（MCP23017通過I2C擴(kuò)展16位GPIO，5個外設(shè)僅需8×5=40位，1片MCP23017提供16位，需3片，但比5片74HC595（需5路SPI）更簡潔；若內(nèi)部GPIO足夠則選C，但題目未明確，故B更合理）9.C（設(shè)備樹只需描述與內(nèi)核相關(guān)的硬件信息，非所有細(xì)節(jié)）10.A（1秒100次即100Hz，采樣頻率需≥信號最高頻率的2倍，但溫度信號變化緩慢，100Hz足夠）11.C（CortexM4集成FPU，M0+、M3、M23無）12.A（NOR支持隨機(jī)讀寫，適合代碼存儲；NAND容量大，適合數(shù)據(jù)存儲）13.C（有效數(shù)據(jù)速率=波特率×數(shù)據(jù)位/(數(shù)據(jù)位+停止位+校驗位)=115200×8/(8+1+0)=102400bps？實際應(yīng)為：每個字符占1起始位+8數(shù)據(jù)位+1停止位=10位，有效數(shù)據(jù)速率=115200×8/10=92160bps，選C）14.C（HAL封裝硬件操作，TCP/IP屬于協(xié)議棧，非HAL功能）15.A（JTAG主要用于程序下載和調(diào)試）二、多項選擇題16.ABD（嵌入式系統(tǒng)不一定運行Linux，如使用RTOS）17.ABCD（全選，均為選型關(guān)鍵因素）18.ABC（I2C高速模式最高3.4Mbps，10Mbps為超高速模式）19.ABD（提高頻率會增加動態(tài)功耗，C錯誤）20.ABC（QEMU可模擬部分硬件中斷行為）三、填空題21.硬件平臺、嵌入式軟件、特定應(yīng)用場景22.系統(tǒng)異常（或不可屏蔽中斷/NMI、復(fù)位）23.搶占式24.Mode3（CPOL=1，CPHA=1對應(yīng)Mode3）25.ext4、yaffs2、ubifs（任意2種）26.16（2^24=16MB）27.在外設(shè)與內(nèi)存間直接傳輸數(shù)據(jù)，無需CPU干預(yù)四、簡答題28.實時性要求系統(tǒng)在嚴(yán)格的時間約束內(nèi)完成任務(wù)（硬實時）或盡可能及時（軟實時），任務(wù)優(yōu)先級由時間約束決定；分時系統(tǒng)強調(diào)多個任務(wù)公平共享CPU時間，優(yōu)先級通常由系統(tǒng)分配，不保證嚴(yán)格時間限制。29.①FreeRTOS：開源輕量級RTOS，用于智能家居、工業(yè)傳感器節(jié)點；②VxWorks：商業(yè)RTOS，用于航空航天等高可靠性場景；③嵌入式Linux：用于需要豐富接口和文件系統(tǒng)的設(shè)備（如智能網(wǎng)關(guān)）。30.關(guān)鍵問題：①4G模塊初始化與網(wǎng)絡(luò)連接（如AT指令交互）；②傳感器數(shù)據(jù)采集的實時性與精度；③數(shù)據(jù)封裝與傳輸協(xié)議（如MQTT、HTTP）；④異常處理（如網(wǎng)絡(luò)斷開重連、數(shù)據(jù)緩存）；⑤低功耗設(shè)計（如空閑時進(jìn)入休眠）。31.可能原因：①時鐘源不穩(wěn)定（如外部晶振老化）；②ADC時鐘分頻設(shè)置錯誤；③DMA配置錯誤導(dǎo)致數(shù)據(jù)搬運延遲；④其他高優(yōu)先級任務(wù)搶占CPU，導(dǎo)致采樣中斷延遲；⑤傳感器輸出信號噪聲大（如未加濾波電路）；⑥ADC參考電壓波動（如電源紋波過大）。五、綜合應(yīng)用題32.（1）硬件設(shè)計：傳感器：SHT30（I2C接口，溫濕度一體，精度±0.3℃、±2%RH）；最小系統(tǒng)：STM32F407VET6（LQFP100封裝）、3.3V電源（AMS11173.3）、8MHz外部晶振（主時鐘）、32.768kHzRTC晶振、SWD調(diào)試接口（SWDIO、SWCLK、GND）。（2）軟件框架（偽代碼）：```cinclude"stm32f4xx_hal.h"include"sht30.h"include"usart.h"voidSystemClock_Config(void);intmain(void){HAL_Init();SystemClock_Config();MX_USART1_UART_Init();//初始化串口（波特率115200）SHT30_Init();//初始化I2C及傳感器while(1){floattemp,humi;if(SHT30_ReadData(&temp,&humi)==HAL_OK){charbuf[50];sprintf(buf,"Temp:%.1f℃,Humi:%.1f%%\r\n",temp,humi);HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t)buf,strlen(buf),100);}else{HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t)"Readfailed\r\n",13,100);}HAL_Delay(1000);//1秒采樣一次}}voidSystemClock_Config(void){RCC_OscInitTypeDefosc_init={0};RCC_ClkInitTypeDefclk_init={0};osc_init.OscillatorType=RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;osc_init.HSEState=RCC_HSE_ON;osc_init.PLL.PLLState=RCC_PLL_ON;osc_init.PLL.PLLSource=RCC_PLLSOURCE_HSE;osc_init.PLL.PLLM=8;//8MHz/8=1MHzosc_init.PLL.PLLN=168;//1MHz×168=168MHzosc_init.PLL.PLLP=RCC_PLLP_DIV2;//168MHz/2=84MHz（PLLCLK）HAL_RCC_OscConfig(&osc_init)