2025年嵌入式系統(tǒng)低功耗設(shè)計測試試題及答案考試時長：120分鐘滿分：100分題型分值分布：-判斷題（10題，每題2分）總分20分-單選題（10題，每題2分）總分20分-多選題（10題，每題2分）總分20分-案例分析（3題，每題6分）總分18分-論述題（2題，每題11分）總分22分總分：100分---一、判斷題（每題2分，共20分）1.低功耗設(shè)計在嵌入式系統(tǒng)中僅能通過降低工作頻率來實現(xiàn)。2.功耗管理單元（PMU）在低功耗設(shè)計中主要用于監(jiān)控電池電壓。3.動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）技術(shù)適用于所有類型的嵌入式處理器。4.休眠模式（SleepMode）比深度休眠模式（DeepSleepMode）功耗更低。5.I/O引腳的電源管理可以通過關(guān)閉引腳時鐘來完全消除功耗。6.低功耗設(shè)計中的電源門控技術(shù)會完全切斷電路的電源供應(yīng)。7.溫度傳感器在低功耗設(shè)計中主要用于散熱管理而非功耗控制。8.事件驅(qū)動喚醒機制比定時喚醒機制更耗能。9.低功耗設(shè)計中的時鐘門控技術(shù)適用于所有時鐘域的信號傳輸。10.嵌入式系統(tǒng)的低功耗設(shè)計會顯著增加系統(tǒng)開發(fā)成本。二、單選題（每題2分，共20分）1.以下哪種技術(shù)不屬于低功耗設(shè)計范疇？A.動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）B.電源門控（PowerGating）C.外部中斷喚醒D.休眠模式（SleepMode）2.在低功耗設(shè)計中，以下哪種模式功耗最低？A.ActiveModeB.IdleModeC.SleepModeD.DeepSleepMode3.功耗管理單元（PMU）的主要功能是？A.控制處理器頻率B.監(jiān)控系統(tǒng)功耗C.管理外部設(shè)備電源D.優(yōu)化內(nèi)存訪問4.以下哪種方法不屬于時鐘門控技術(shù)？A.時鐘使能（ClockGating）B.多時鐘域設(shè)計C.時鐘抖動抑制D.時鐘分頻5.低功耗設(shè)計中，I/O引腳的電源管理通常通過什么方式實現(xiàn)？A.關(guān)閉引腳時鐘B.降低引腳電壓C.關(guān)閉引腳電源D.增加引腳電容6.以下哪種喚醒機制最節(jié)能？A.定時喚醒B.外部中斷喚醒C.軟件喚醒D.硬件喚醒7.功耗計算公式P=V2/R中，R代表什么？A.電流B.電阻C.電壓D.功率8.低功耗設(shè)計中，以下哪種技術(shù)最適用于內(nèi)存系統(tǒng)？A.SRAM替換為DRAMB.使用SRAM的更低工作電壓C.增加內(nèi)存容量D.關(guān)閉內(nèi)存時鐘9.溫度傳感器在低功耗設(shè)計中的作用是？A.控制散熱風扇轉(zhuǎn)速B.優(yōu)化處理器工作頻率C.監(jiān)測芯片溫度以調(diào)整功耗D.提供系統(tǒng)時鐘信號10.低功耗設(shè)計中，以下哪種方法不屬于電源管理范疇？A.電壓調(diào)節(jié)模塊（VRM）優(yōu)化B.外部設(shè)備獨立供電C.系統(tǒng)級時鐘門控D.內(nèi)存自刷新三、多選題（每題2分，共20分）1.低功耗設(shè)計的主要目標包括？A.延長電池續(xù)航B.降低系統(tǒng)發(fā)熱C.提高處理性能D.減少開發(fā)成本2.功耗管理單元（PMU）的功能包括？A.監(jiān)控功耗狀態(tài)B.控制電源開關(guān)C.生成喚醒信號D.優(yōu)化內(nèi)存訪問3.動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）的優(yōu)勢包括？A.降低功耗B.提高性能C.增加系統(tǒng)發(fā)熱D.適用于所有應(yīng)用4.低功耗設(shè)計中，以下哪些屬于電源門控技術(shù)？A.時鐘門控B.I/O引腳電源管理C.外部設(shè)備獨立供電D.內(nèi)存自刷新5.休眠模式（SleepMode）的特點包括？A.功耗低于ActiveModeB.需要較長時間喚醒C.適用于低頻應(yīng)用D.完全切斷處理器電源6.低功耗設(shè)計中，以下哪些屬于時鐘門控技術(shù)？A.時鐘使能（ClockGating）B.多時鐘域設(shè)計C.時鐘抖動抑制D.時鐘分頻7.功耗計算公式P=VI中，V和I分別代表什么？A.功率B.電壓C.電流D.電阻8.低功耗設(shè)計中，以下哪些屬于電源管理范疇？A.電壓調(diào)節(jié)模塊（VRM）優(yōu)化B.外部設(shè)備獨立供電C.系統(tǒng)級時鐘門控D.內(nèi)存自刷新9.溫度傳感器在低功耗設(shè)計中的作用包括？A.控制散熱風扇轉(zhuǎn)速B.優(yōu)化處理器工作頻率C.監(jiān)測芯片溫度以調(diào)整功耗D.提供系統(tǒng)時鐘信號10.低功耗設(shè)計中，以下哪些技術(shù)可以減少功耗？A.動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）B.電源門控（PowerGating）C.休眠模式（SleepMode）D.增加系統(tǒng)時鐘頻率四、案例分析（每題6分，共18分）案例1：某嵌入式系統(tǒng)需要設(shè)計低功耗方案，系統(tǒng)包含一個主處理器（功耗為200mW@1GHz）、兩個外部傳感器（功耗分別為50mW@100kHz）、一個SD卡接口（功耗為30mW@10MHz），系統(tǒng)工作在電池供電模式。請設(shè)計一個低功耗方案，并計算系統(tǒng)在空閑狀態(tài)下的功耗。案例2：某低功耗嵌入式系統(tǒng)需要實現(xiàn)以下功能：-主處理器在空閑時進入SleepMode-外部傳感器通過中斷喚醒主處理器-SD卡接口在非使用時關(guān)閉電源請設(shè)計一個低功耗喚醒機制，并說明如何通過PMU實現(xiàn)。案例3：某系統(tǒng)需要設(shè)計一個低功耗內(nèi)存系統(tǒng)，現(xiàn)有SRAM和DRAM兩種選擇，SRAM功耗為100μW/Byte，DRAM功耗為50μW/Byte，但DRAM容量更大。請分析兩種方案的優(yōu)缺點，并給出選擇建議。五、論述題（每題11分，共22分）1.論述動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）技術(shù)在低功耗設(shè)計中的應(yīng)用及其優(yōu)缺點。2.結(jié)合實際案例，分析低功耗設(shè)計中電源門控和時鐘門控技術(shù)的應(yīng)用場景及實現(xiàn)方法。---標準答案及解析一、判斷題1.×（低功耗設(shè)計還包括電源管理、時鐘門控等技術(shù)）2.×（PMU主要用于監(jiān)控和控制系統(tǒng)功耗，而非僅電壓）3.×（DVFS不適用于所有處理器，如固定頻率的微控制器）4.×（DeepSleepMode功耗更低）5.×（需要關(guān)閉引腳電源，時鐘門控僅控制時鐘信號）6.×（電源門控切斷電源，但時鐘門控保留時鐘信號）7.×（用于散熱管理，功耗控制需通過其他技術(shù)實現(xiàn)）8.×（事件驅(qū)動喚醒更節(jié)能，定時喚醒需持續(xù)功耗）9.×（時鐘門控僅適用于特定時鐘域）10.×（低功耗設(shè)計會增加開發(fā)成本，但長期節(jié)省能源）二、單選題1.C（外部中斷喚醒屬于系統(tǒng)功能，非低功耗技術(shù)）2.D（DeepSleepMode功耗最低）3.B（PMU主要監(jiān)控功耗）4.C（時鐘抖動抑制與功耗無關(guān)）5.C（關(guān)閉引腳電源最徹底）6.B（外部中斷喚醒最節(jié)能）7.B（R代表電阻）8.B（使用更低電壓可降低功耗）9.C（監(jiān)測溫度調(diào)整功耗）10.D（內(nèi)存自刷新屬于內(nèi)存技術(shù)，非電源管理）三、多選題1.A,B,D（延長電池續(xù)航、降低發(fā)熱、減少開發(fā)成本）2.A,B,C（監(jiān)控功耗、控制電源、生成喚醒信號）3.A,B,D（降低功耗、提高性能、適用于部分應(yīng)用）4.A,B,C（時鐘門控、I/O電源管理、外部設(shè)備獨立供電）5.A,B,C（功耗低于ActiveMode、喚醒時間長、適用于低頻應(yīng)用）6.A,B,D（時鐘使能、多時鐘域設(shè)計、時鐘分頻）7.B,C（電壓、電流）8.A,B,C（VRM優(yōu)化、外部設(shè)備獨立供電、系統(tǒng)級時鐘門控）9.A,B,C（控制風扇、優(yōu)化頻率、監(jiān)測溫度）10.A,B,C（DVFS、電源門控、休眠模式）四、案例分析案例1：設(shè)計方案：-主處理器在空閑時進入SleepMode（功耗降至50mW）-外部傳感器獨立供電，非使用時關(guān)閉電源（功耗降至0mW）-SD卡接口在非使用時關(guān)閉電源（功耗降至0mW）計算：-主處理器功耗：50mW-外部傳感器功耗：0mW-SD卡接口功耗：0mW-總功耗：50mW案例2：設(shè)計方案：-PMU配置：主處理器在空閑時進入SleepMode-外部傳感器通過中斷信號喚醒主處理器-SD卡接口通過GPIO控制電源開關(guān)實現(xiàn)方法：-PMU監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，檢測空閑時切換至SleepMode-外部傳感器中斷信號觸發(fā)PMU喚醒主處理器-GPIO控制SD卡接口電源開關(guān)案例3：分析：-SRAM功耗高但訪問速度快，適用于頻繁讀寫場景-DRAM功耗低但訪問速度慢，適用于大容量存儲場景選擇建議：-若系統(tǒng)讀寫頻率高，選擇SRAM-若系統(tǒng)需大容量存儲且讀寫頻率低，選擇DRAM-可結(jié)合混合方案（如使用SRAM緩存DRAM數(shù)據(jù)）五、論述題1.DVFS技術(shù)應(yīng)用及優(yōu)缺點應(yīng)用：-動態(tài)調(diào)整處理器電壓和頻率以匹配任務(wù)需求-高負載時提高性能，低負載時降低功耗優(yōu)點：-顯著降低功耗（如頻率降低50%，功耗降低75%）-提高系統(tǒng)能效比-適用于可變負載應(yīng)用缺點：-需要動態(tài)監(jiān)測負載變化-電壓調(diào)整可能影響系統(tǒng)穩(wěn)定性-需要較復(fù)雜的控制邏輯2.電源門控和時鐘門控技術(shù)應(yīng)用場景：-