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2025嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師嵌入式系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)試卷考試時(shí)間:______分鐘總分:______分姓名:______一、選擇題(本大題共20小題,每小題1分,共20分。在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中,只有一項(xiàng)是最符合題目要求的,請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。)1.嵌入式系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)中,傳感器選型的首要考慮因素是()A.傳感器的成本B.傳感器的精度C.傳感器的響應(yīng)時(shí)間D.傳感器的功耗2.在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,以下哪種存儲(chǔ)器通常用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)內(nèi)核代碼?()A.RAMB.ROMC.FlashD.EPROM3.嵌入式系統(tǒng)中的中斷服務(wù)程序(ISR)通常需要()A.盡快執(zhí)行完畢B.耗盡可能多的資源C.優(yōu)先保證實(shí)時(shí)性D.實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理4.在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中,以下哪種通信協(xié)議通常用于設(shè)備間短距離通信?()A.USBB.EthernetC.BluetoothD.Wi-Fi5.嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)與通用操作系統(tǒng)相比,其主要特點(diǎn)是()A.更加穩(wěn)定B.更加高效C.更加靈活D.更加復(fù)雜6.在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,以下哪種技術(shù)通常用于提高系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)性?()A.硬件冗余B.軟件冗余C.系統(tǒng)降級(jí)D.數(shù)據(jù)壓縮7.嵌入式系統(tǒng)中的電源管理單元(PMU)主要作用是()A.提供穩(wěn)定的電源B.降低系統(tǒng)功耗C.提高系統(tǒng)性能D.保護(hù)系統(tǒng)安全8.在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中,以下哪種技術(shù)通常用于提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性?()A.多線程處理B.增量編譯C.預(yù)測(cè)執(zhí)行D.事件驅(qū)動(dòng)9.嵌入式系統(tǒng)中的錯(cuò)誤檢測(cè)與糾正(EDAC)技術(shù)通常用于()A.提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性B.提高系統(tǒng)的安全性C.提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性D.提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性10.在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,以下哪種方法通常用于提高系統(tǒng)的可維護(hù)性?()A.模塊化設(shè)計(jì)B.集成化設(shè)計(jì)C.分布式設(shè)計(jì)D.集中式設(shè)計(jì)11.嵌入式系統(tǒng)中的低功耗設(shè)計(jì)通常需要考慮()A.降低時(shí)鐘頻率B.使用低功耗元器件C.優(yōu)化電源管理策略D.以上都是12.在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中,以下哪種技術(shù)通常用于提高系統(tǒng)的安全性?()A.加密技術(shù)B.認(rèn)證技術(shù)C.防火墻技術(shù)D.以上都是13.嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)通常用于()A.記錄系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間B.提供高精度的時(shí)間基準(zhǔn)C.實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步D.以上都是14.在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,以下哪種方法通常用于提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性?()A.模塊化設(shè)計(jì)B.集成化設(shè)計(jì)C.分布式設(shè)計(jì)D.集中式設(shè)計(jì)15.嵌入式系統(tǒng)中的硬件看門狗(WatchdogTimer)主要作用是()A.監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)B.提高系統(tǒng)可靠性C.防止系統(tǒng)死鎖D.以上都是16.在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中,以下哪種技術(shù)通常用于提高系統(tǒng)的可維護(hù)性?()A.模塊化設(shè)計(jì)B.集成化設(shè)計(jì)哎喲,看來(lái)我得好好想想了。這題啊,其實(shí)挺有意思的,得好好琢磨琢磨。我平時(shí)啊,在教學(xué)的時(shí)候,經(jīng)常跟學(xué)生們強(qiáng)調(diào),嵌入式系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)這東西,可不是簡(jiǎn)單地把傳感器往系統(tǒng)里一扔就完事了,得講究個(gè)科學(xué)選型。你想想看,這傳感器啊,種類那么多,精度、響應(yīng)時(shí)間、功耗、成本,哪個(gè)不是得考慮進(jìn)去?要是光看成本,選了個(gè)便宜貨,結(jié)果呢?監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,系統(tǒng)響應(yīng)慢,或者干脆功耗大得離譜,電池能用幾天?那不就麻煩了嘛。所以啊,我告訴學(xué)生們,選型的時(shí)候,得綜合考量,但首要的,還得是精度。畢竟,咱們做環(huán)境監(jiān)測(cè),要是數(shù)據(jù)都不準(zhǔn),那還監(jiān)測(cè)個(gè)啥勁兒呢?所以,我猜這題的答案,應(yīng)該是B,傳感器的精度。當(dāng)然啦,實(shí)際考試的時(shí)候,可能還得看具體的題目描述,得靈活運(yùn)用。17.嵌入式系統(tǒng)中的虛擬化技術(shù)通常用于()A.提高系統(tǒng)資源利用率B.增加系統(tǒng)安全性C.提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性D.以上都是18.在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,以下哪種方法通常用于提高系統(tǒng)的可測(cè)試性?()A.模塊化設(shè)計(jì)B.集成化設(shè)計(jì)C.分布式設(shè)計(jì)D.集中式設(shè)計(jì)19.嵌入式系統(tǒng)中的故障注入測(cè)試(FaultInjectionTesting)通常用于()A.提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性B.提高系統(tǒng)的安全性C.提高系統(tǒng)的可測(cè)試性D.提高系統(tǒng)的可靠性20.在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中,以下哪種技術(shù)通常用于提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性?()A.模塊化設(shè)計(jì)B.集成化設(shè)計(jì)C.分布式設(shè)計(jì)D.集中式設(shè)計(jì)二、判斷題(本大題共10小題,每小題1分,共10分。請(qǐng)將判斷結(jié)果填在題后的括號(hào)內(nèi),正確的填“√”,錯(cuò)誤的填“×”。)21.嵌入式系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)中,傳感器的精度越高,系統(tǒng)的成本就越高。()22.嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)通常比通用操作系統(tǒng)更復(fù)雜。()23.在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,模塊化設(shè)計(jì)可以提高系統(tǒng)的可維護(hù)性。()24.嵌入式系統(tǒng)中的電源管理單元(PMU)主要作用是提高系統(tǒng)性能。()25.在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中,藍(lán)牙通信協(xié)議通常用于設(shè)備間長(zhǎng)距離通信。()26.嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)通常使用電池供電,以保持時(shí)間基準(zhǔn)。()27.在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,集成化設(shè)計(jì)可以提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。()28.嵌入式系統(tǒng)中的硬件看門狗(WatchdogTimer)主要作用是防止系統(tǒng)死鎖。()29.嵌入式系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)中,數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)通常用于提高數(shù)據(jù)傳輸效率。()30.在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中,多線程處理通常用于提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。()哎,這第二題啊,得好好想想。判斷題嘛,得看準(zhǔn)了再下結(jié)論。你看這第21題,傳感器精度和成本的關(guān)系,這得具體分析。一般來(lái)說(shuō),精度高的傳感器,成本確實(shí)會(huì)高一些,畢竟技術(shù)含量不一樣嘛。但是,也不是絕對(duì)的,有些時(shí)候,通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì),也能降低成本。所以啊,我傾向于認(rèn)為這題是錯(cuò)誤的,應(yīng)該填“×”。但是,我得再確認(rèn)一下,看看有沒(méi)有特殊情況。嗯,好像確實(shí)沒(méi)有,所以應(yīng)該是“×”。第22題,RTOS和通用操作系統(tǒng),這得看具體的系統(tǒng)需求。RTOS是為了滿足實(shí)時(shí)性要求,設(shè)計(jì)上會(huì)更簡(jiǎn)潔,針對(duì)性更強(qiáng),所以我覺(jué)得它應(yīng)該比通用操作系統(tǒng)簡(jiǎn)單,應(yīng)該填“×”。第23題,模塊化設(shè)計(jì),這我肯定知道,模塊化設(shè)計(jì)可以把系統(tǒng)分解成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的模塊,每個(gè)模塊負(fù)責(zé)一部分功能,這樣啊,修改或者維護(hù)起來(lái)就方便多了,也更容易理解。所以,我覺(jué)得這題是對(duì)的,填“√”。第24題,PMU的作用,我前面已經(jīng)說(shuō)了,主要是降低功耗,而不是提高性能,所以這題是錯(cuò)的,填“×”。第25題,藍(lán)牙通信,這得看距離啊,藍(lán)牙通常是短距離通信,幾米到幾十米,長(zhǎng)距離就不行了,所以我覺(jué)得這題是錯(cuò)的,填“×”。第26題,RTC用電池供電,這是常見(jiàn)的做法,為了在斷電的情況下也能保持時(shí)間基準(zhǔn),所以這題是對(duì)的,填“√”。第27題,集成化設(shè)計(jì),我覺(jué)得這主要是為了提高系統(tǒng)的緊湊性和集成度,不一定能提高可擴(kuò)展性,甚至有時(shí)候可能還會(huì)限制擴(kuò)展。所以,我覺(jué)得這題是錯(cuò)的,填“×”。第28題,硬件看門狗,它的作用是監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),如果系統(tǒng)出現(xiàn)死鎖或者卡死,看門狗就會(huì)復(fù)位系統(tǒng),所以防止死鎖確實(shí)是它的一個(gè)重要作用,這題是對(duì)的,填“√”。第29題,數(shù)據(jù)壓縮,這確實(shí)可以提高數(shù)據(jù)傳輸效率,尤其是在帶寬有限的情況下,所以這題是對(duì)的,填“√”。第30題,多線程處理,這主要是為了提高系統(tǒng)的并發(fā)處理能力,不一定能提高實(shí)時(shí)性,有時(shí)候反而可能因?yàn)榫€程切換等因素影響實(shí)時(shí)性。所以,我覺(jué)得這題是錯(cuò)的,填“×”。嗯,應(yīng)該就是這樣,我再檢查一遍,嗯,沒(méi)錯(cuò)。三、簡(jiǎn)答題(本大題共5小題,每小題4分,共20分。請(qǐng)將答案寫在答題卡上相應(yīng)的位置。)31.請(qǐng)簡(jiǎn)述嵌入式系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)中,選擇傳感器時(shí)需要考慮的主要因素及其原因。唉,這題啊,我得好好想想。選傳感器,可不是隨便拿個(gè)便宜的就行的,得講究策略。你想啊,咱們做環(huán)境監(jiān)測(cè),最關(guān)心的就是數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,對(duì)吧?所以,精度肯定是首要考慮的因素。你得確保傳感器測(cè)量結(jié)果跟實(shí)際值差得不多,不然監(jiān)測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)沒(méi)意義。當(dāng)然啦,成本也得考慮,畢竟誰(shuí)不想省錢呢?但是,不能為了省錢就犧牲精度,那得不償失。響應(yīng)時(shí)間也得看看,有些場(chǎng)景,比如監(jiān)測(cè)溫度變化,就得要求傳感器響應(yīng)快,不然數(shù)據(jù)滯后了,指導(dǎo)意義就沒(méi)了。功耗也是個(gè)重要因素,特別是用在電池供電的設(shè)備上,功耗低了,設(shè)備能用的時(shí)間才長(zhǎng)嘛。還有,傳感器的尺寸、接口、工作溫度范圍這些,都得根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)定。比如,如果空間很小,就得選個(gè)尺寸小的傳感器;如果要在高溫或者低溫環(huán)境下工作,就得選耐高溫或者耐低溫的傳感器??傊?,選傳感器,得綜合考慮各種因素,找到那個(gè)最合適的,不能光盯著一個(gè)方面。這就是我平時(shí)跟學(xué)生們講的選擇傳感器的原則。32.描述嵌入式系統(tǒng)中中斷服務(wù)程序(ISR)的設(shè)計(jì)要點(diǎn),并說(shuō)明為什么這些要點(diǎn)很重要。哎,中斷服務(wù)程序(ISR),這可是嵌入式系統(tǒng)里頭挺關(guān)鍵的一部分。你想啊,系統(tǒng)運(yùn)行中,經(jīng)常會(huì)遇到各種突發(fā)事件,比如按鍵按下、傳感器數(shù)據(jù)到達(dá)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包接收等等,這些事情不能等主程序慢慢處理,必須得馬上響應(yīng),ISR就是干這個(gè)的。設(shè)計(jì)ISR的時(shí)候,有幾個(gè)要點(diǎn)得特別注意。首先,ISR要盡量短小精悍,執(zhí)行時(shí)間要短,因?yàn)镮SR執(zhí)行的時(shí)候,會(huì)暫停其他任務(wù)的執(zhí)行,ISR越短,對(duì)系統(tǒng)其他部分的影響就越小,系統(tǒng)響應(yīng)就越快。其次,ISR要盡量少做計(jì)算,特別是復(fù)雜的計(jì)算,最好只做些簡(jiǎn)單的處理,比如讀取數(shù)據(jù)、設(shè)置標(biāo)志位什么的,復(fù)雜的計(jì)算最好放到主程序里去做。第三,ISR要避免調(diào)用可能會(huì)阻塞的函數(shù),比如讀寫文件、網(wǎng)絡(luò)通信這些,因?yàn)檫@些操作可能會(huì)耗時(shí)很長(zhǎng),導(dǎo)致ISR執(zhí)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng),影響系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。最后,ISR的優(yōu)先級(jí)要設(shè)置得當(dāng),不同的中斷有不同的緊急程度,得根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置優(yōu)先級(jí),保證重要的中斷能夠及時(shí)處理。這些要點(diǎn)之所以重要,主要是因?yàn)镮SR直接關(guān)系到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。如果ISR設(shè)計(jì)得不好,執(zhí)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng),或者執(zhí)行過(guò)程中阻塞了,就可能導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)不及時(shí),甚至死鎖,那后果就嚴(yán)重了。所以,設(shè)計(jì)ISR的時(shí)候,得像對(duì)待藝術(shù)品一樣,精雕細(xì)琢,確保它高效、可靠。33.解釋嵌入式系統(tǒng)中電源管理單元(PMU)的作用,并列舉至少三種常見(jiàn)的電源管理策略。嗨,電源管理單元(PMU),這東西在嵌入式系統(tǒng)里頭,特別是移動(dòng)設(shè)備里頭,那可是相當(dāng)重要的。你想啊,現(xiàn)在大家都不喜歡用電量大的設(shè)備,都希望設(shè)備能用時(shí)間長(zhǎng)一點(diǎn)。PMU就是幫助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行的“大腦”。它的主要作用就是管理系統(tǒng)的電源狀態(tài),優(yōu)化功耗。具體來(lái)說(shuō),PMU可以監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功耗,根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài),動(dòng)態(tài)地調(diào)整電源供應(yīng),比如降低CPU的頻率、關(guān)閉不用的外設(shè)等等,從而降低系統(tǒng)的整體功耗。同時(shí),PMU還可以管理系統(tǒng)的休眠和喚醒,當(dāng)系統(tǒng)處于空閑狀態(tài)時(shí),可以將其置于休眠模式,大大降低功耗,當(dāng)有事件發(fā)生需要處理時(shí),再迅速喚醒系統(tǒng)。常見(jiàn)的電源管理策略啊,我給你列舉幾種。第一種,就是動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整(DVFS),根據(jù)CPU的負(fù)載情況,動(dòng)態(tài)地調(diào)整CPU的工作電壓和頻率,負(fù)載低的時(shí)候,就降低電壓和頻率,降低功耗;負(fù)載高的時(shí)候,就提高電壓和頻率,保證性能。第二種,就是外設(shè)功耗管理,系統(tǒng)可以根據(jù)需要,開(kāi)啟或者關(guān)閉各個(gè)外設(shè)的電源,比如藍(lán)牙、Wi-Fi這些,不用的時(shí)候就關(guān)閉它們,省點(diǎn)電。第三種,就是系統(tǒng)休眠,當(dāng)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有任務(wù)要執(zhí)行的時(shí)候,可以將其置于深度休眠狀態(tài),這時(shí)候只有很少的功耗,比如只有RTC和少數(shù)幾個(gè)必要的模塊在運(yùn)行。當(dāng)然,還有其他的策略,比如電池充電管理、電源軌切換等等,總之,PMU的作用就是通過(guò)各種策略,盡可能降低系統(tǒng)的功耗,延長(zhǎng)設(shè)備的電池壽命。34.論述嵌入式系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)中,提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性的重要性,并說(shuō)明至少兩種提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性的方法。哎呀,這題得好好想想。環(huán)境監(jiān)測(cè)嘛,核心就是獲取數(shù)據(jù),然后傳輸給處理單元或者用戶。這數(shù)據(jù)啊,可是不能隨便亂傳的,得保證傳輸?shù)目煽啃?,否則,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)跟實(shí)際值對(duì)不上,那監(jiān)測(cè)還有什么意義呢?你想啊,如果數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中丟失了或者出錯(cuò)了,咱們分析出來(lái)的結(jié)果就可能是錯(cuò)誤的,甚至可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的決策,那后果可能很嚴(yán)重。比如,監(jiān)測(cè)到某個(gè)地方的溫度過(guò)高,需要采取措施降溫,但如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)丟失了,咱們就沒(méi)法及時(shí)采取措施,可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備過(guò)熱損壞,甚至引發(fā)安全事故。所以,提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?,在環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中那是至關(guān)重要的。提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性的方法啊,我給你說(shuō)兩種。第一種,就是使用校驗(yàn)和或者循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)技術(shù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候,除了發(fā)送數(shù)據(jù)本身,還發(fā)送一個(gè)校驗(yàn)碼,接收端收到數(shù)據(jù)后,根據(jù)這個(gè)校驗(yàn)碼判斷數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中有沒(méi)有出錯(cuò),如果出錯(cuò)了,就請(qǐng)求重新發(fā)送。這種方法簡(jiǎn)單有效,應(yīng)用非常廣泛。第二種,就是使用重傳機(jī)制。如果接收端在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到數(shù)據(jù),或者收到的是錯(cuò)誤的數(shù)據(jù),就會(huì)向發(fā)送端發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求重傳的信號(hào),發(fā)送端收到信號(hào)后,就會(huì)重新發(fā)送數(shù)據(jù)。這種方法可以確保數(shù)據(jù)最終一定能正確傳輸?shù)浇邮斩耍秉c(diǎn)是會(huì)增加傳輸時(shí)間,降低傳輸效率。當(dāng)然,還有其他的可靠性技術(shù),比如使用可靠的通信協(xié)議、增加冗余鏈路等等,總之,保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?,是環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中一個(gè)不能忽視的問(wèn)題。35.描述嵌入式系統(tǒng)中模塊化設(shè)計(jì)的原則,并說(shuō)明模塊化設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和維護(hù)有哪些好處。哎,模塊化設(shè)計(jì),這可是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的理念。什么是模塊化設(shè)計(jì)呢?簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是把一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)分解成若干個(gè)獨(dú)立的模塊,每個(gè)模塊負(fù)責(zé)一部分功能,模塊之間通過(guò)定義好的接口進(jìn)行通信。模塊化設(shè)計(jì)的原則啊,主要有幾點(diǎn)。首先,模塊應(yīng)該盡量獨(dú)立,模塊內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)外部應(yīng)該是封裝的,模塊之間盡量減少依賴,這樣可以提高模塊的復(fù)用性。其次,模塊應(yīng)該具有明確定義的接口,接口應(yīng)該簡(jiǎn)單、穩(wěn)定,這樣模塊之間才能正確地通信。第三,模塊應(yīng)該盡量小,功能應(yīng)該單一,這樣模塊更容易理解、開(kāi)發(fā)和測(cè)試。第四,模塊應(yīng)該能夠獨(dú)立地進(jìn)行修改和擴(kuò)展,不會(huì)影響到其他模塊。模塊化設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和維護(hù)有哪些好處呢?好處可多了。首先,開(kāi)發(fā)效率會(huì)提高,因?yàn)槟K可以獨(dú)立開(kāi)發(fā),可以并行工作,縮短開(kāi)發(fā)周期。其次,系統(tǒng)的可維護(hù)性會(huì)增強(qiáng),因?yàn)槊總€(gè)模塊都是獨(dú)立的,修改或者維護(hù)一個(gè)模塊,不會(huì)影響到其他模塊,降低了風(fēng)險(xiǎn)。再次,系統(tǒng)的可測(cè)試性也會(huì)提高,因?yàn)槊總€(gè)模塊都可以獨(dú)立測(cè)試,更容易發(fā)現(xiàn)和定位問(wèn)題。最后,模塊化設(shè)計(jì)還可以提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,當(dāng)需要增加新功能時(shí),可以簡(jiǎn)單地添加一個(gè)新的模塊,不會(huì)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)造成太大的影響。總之,模塊化設(shè)計(jì)是一種非常好的設(shè)計(jì)方法,能夠提高系統(tǒng)的質(zhì)量、降低開(kāi)發(fā)成本、縮短開(kāi)發(fā)周期,是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一種非常值得推崇的方法。四、分析題(本大題共2小題,每小題10分,共20分。請(qǐng)將答案寫在答題卡上相應(yīng)的位置。)36.假設(shè)你正在設(shè)計(jì)一個(gè)用于監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫濕度的嵌入式系統(tǒng),該系統(tǒng)需要將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送到手機(jī)APP。請(qǐng)分析該系統(tǒng)中可能遇到的主要技術(shù)挑戰(zhàn),并提出相應(yīng)的解決方案。哎,這題啊,還挺貼近實(shí)際的。設(shè)計(jì)一個(gè)室內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),還得無(wú)線發(fā)送到手機(jī)APP,這確實(shí)是個(gè)不錯(cuò)的實(shí)踐項(xiàng)目。這個(gè)系統(tǒng)啊,可能遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)還挺多的。首先,傳感器選型就是個(gè)挑戰(zhàn)。溫濕度傳感器市面上有很多種,精度、功耗、成本都不一樣,得根據(jù)實(shí)際需求選個(gè)合適的。比如,如果要求精度高,可能就得選個(gè)進(jìn)口的傳感器,成本就高了;如果對(duì)功耗要求苛刻,可能就得選個(gè)低功耗的傳感器,精度可能就差點(diǎn)。其次,無(wú)線通信也是個(gè)挑戰(zhàn)。得選擇合適的無(wú)線通信方式,比如藍(lán)牙、Wi-Fi、Zigbee,或者LoRa,每種方式的優(yōu)缺點(diǎn)都不一樣,得根據(jù)傳輸距離、功耗、數(shù)據(jù)量等因素來(lái)選擇。比如,如果傳輸距離近,數(shù)據(jù)量不大,功耗要求不高,可以選擇藍(lán)牙;如果傳輸距離遠(yuǎn),可以選擇LoRa。第三,數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸彩莻€(gè)挑戰(zhàn)。無(wú)線通信嘛,容易受到各種干擾,數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中可能會(huì)丟失或者出錯(cuò),這就得采取措施保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?,比如使用校?yàn)和、重傳機(jī)制等技術(shù)。第四,功耗管理也是個(gè)挑戰(zhàn)。如果這個(gè)系統(tǒng)是電池供電的,那就得特別注意功耗管理,得設(shè)計(jì)好電源管理策略,比如使用低功耗元器件、動(dòng)態(tài)調(diào)整傳感器的工作頻率、使用休眠喚醒機(jī)制等等,盡可能延長(zhǎng)電池的使用壽命。第五,手機(jī)APP的開(kāi)發(fā)也是個(gè)挑戰(zhàn)。得開(kāi)發(fā)一個(gè)用戶友好的手機(jī)APP,能夠方便地顯示溫濕度數(shù)據(jù),并且能夠設(shè)置報(bào)警閾值,當(dāng)溫濕度超過(guò)閾值時(shí),能夠及時(shí)提醒用戶。最后,系統(tǒng)的成本也是個(gè)挑戰(zhàn)。得在保證系統(tǒng)功能和性能的前提下,盡可能降低成本,提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。針對(duì)這些挑戰(zhàn),相應(yīng)的解決方案我也想了一些。傳感器方面,可以根據(jù)具體需求選擇性價(jià)比合適的傳感器。無(wú)線通信方面,可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的通信方式,并且采用可靠的通信協(xié)議和錯(cuò)誤處理機(jī)制。功耗管理方面,可以采用各種低功耗設(shè)計(jì)技術(shù),并且優(yōu)化系統(tǒng)的工作模式,比如在長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候,將系統(tǒng)置于休眠狀態(tài)。手機(jī)APP方面,可以參考市面上優(yōu)秀的同類APP,設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)潔、易用的界面。成本方面,可以在設(shè)計(jì)的時(shí)候就考慮成本因素,選擇性價(jià)比高的元器件,并且優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。總之,設(shè)計(jì)這樣一個(gè)系統(tǒng),需要綜合考慮各種因素,解決各種技術(shù)挑戰(zhàn),才能設(shè)計(jì)出一個(gè)好系統(tǒng)。37.比較實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)和通用操作系統(tǒng)(GPOS)在設(shè)計(jì)和功能上的主要區(qū)別,并說(shuō)明為什么嵌入式系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用通常選擇RTOS而不是GPOS。哎,RTOS和GPOS,這可是嵌入式系統(tǒng)里頭經(jīng)常要比較的兩個(gè)東西。RTOS,就是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),GPOS,就是通用操作系統(tǒng),它們?cè)谠O(shè)計(jì)理念和功能上都有很大的區(qū)別。RTOS的設(shè)計(jì)目標(biāo)是保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,也就是說(shuō),系統(tǒng)對(duì)外部事件的響應(yīng)時(shí)間要在一個(gè)確定的時(shí)間范圍內(nèi),這個(gè)時(shí)間范圍通常是事先可以預(yù)測(cè)的。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),RTOS的設(shè)計(jì)通常比較簡(jiǎn)單,內(nèi)核小,調(diào)度策略簡(jiǎn)單,并且提供豐富的實(shí)時(shí)服務(wù),比如任務(wù)調(diào)度、中斷管理、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等等。RTOS還強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的確定性和可預(yù)測(cè)性,也就是說(shuō),系統(tǒng)的行為是可以預(yù)測(cè)的,不會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)的延遲。而GPOS呢,它的設(shè)計(jì)目標(biāo)更廣泛,主要是提供各種功能和服務(wù),滿足用戶的各種需求,比如文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信、圖形界面等等。GPOS的設(shè)計(jì)通常比較復(fù)雜,內(nèi)核大,調(diào)度策略復(fù)雜,并且提供各種各樣的功能和服務(wù),但實(shí)時(shí)性通常不是它的首要考慮因素。GPOS更注重系統(tǒng)的通用性和靈活性,而不是確定性和可預(yù)測(cè)性。因?yàn)镚POS的調(diào)度策略復(fù)雜,任務(wù)之間的調(diào)度可能會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的延遲,這就不適合用于實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用。為什么嵌入式系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用通常選擇RTOS而不是GPOS呢?原因主要有幾點(diǎn)。首先,環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常需要實(shí)時(shí)地處理傳感器數(shù)據(jù),并對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高,而RTOS能夠保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,滿足這個(gè)需求。其次,RTOS的確定性和可預(yù)測(cè)性,使得環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的行為是可以預(yù)測(cè)的,這有利于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試,也降低了系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。再次,RTOS通常資源占用比較少,適合資源有限的嵌入式系統(tǒng)。最后,RTOS的開(kāi)發(fā)成本通常也比較低,開(kāi)發(fā)周期也比較短。當(dāng)然,也有一些環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可能選擇GPOS,比如那些對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高,但對(duì)功能需求比較復(fù)雜的應(yīng)用,但總的來(lái)說(shuō),對(duì)于大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用來(lái)說(shuō),RTOS仍然是更好的選擇。五、設(shè)計(jì)題(本大題共1小題,共20分。請(qǐng)將答案寫在答題卡上相應(yīng)的位置。)38.設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊,該模塊需要監(jiān)測(cè)溫度和濕度,并將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送到上位機(jī)。請(qǐng)畫出該模塊的硬件框圖,并簡(jiǎn)述軟件設(shè)計(jì)思路。好了,這最后一題,設(shè)計(jì)題,得好好下功夫了。設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊,監(jiān)測(cè)溫度和濕度,還得上位機(jī),這得考慮的東西不少。首先,得設(shè)計(jì)硬件框圖。我想啊,這個(gè)模塊的硬件應(yīng)該包括微控制器(MCU)、溫濕度傳感器、無(wú)線通信模塊、電源管理單元和按鍵等。微控制器是整個(gè)模塊的核心,負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行,處理傳感器數(shù)據(jù),并通過(guò)無(wú)線通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。溫濕度傳感器負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的溫度和濕度,并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。無(wú)線通信模塊負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送到上位機(jī),可以選擇藍(lán)牙、Wi-Fi或者Zigbee等。電源管理單元負(fù)責(zé)為整個(gè)模塊提供穩(wěn)定的電源,并管理功耗。按鍵可以用于設(shè)置一些參數(shù),比如報(bào)警閾值。硬件框圖大致就是這樣,各個(gè)模塊之間通過(guò)相應(yīng)的接口連接起來(lái)。接下來(lái),說(shuō)說(shuō)軟件設(shè)計(jì)思路。軟件方面,可以分為驅(qū)動(dòng)程序、任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、無(wú)線通信和用戶接口等幾個(gè)部分。驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)初始化和驅(qū)動(dòng)各個(gè)硬件模塊,比如傳感器、無(wú)線通信模塊等。任務(wù)調(diào)度負(fù)責(zé)調(diào)度各個(gè)任務(wù),比如數(shù)據(jù)采集任務(wù)、數(shù)據(jù)處理任務(wù)、無(wú)線通信任務(wù)等。數(shù)據(jù)采集任務(wù)負(fù)責(zé)定期讀取溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理任務(wù)負(fù)責(zé)處理采集到的數(shù)據(jù),比如進(jìn)行濾波、校準(zhǔn)等。無(wú)線通信任務(wù)負(fù)責(zé)將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)送到上位機(jī)。用戶接口可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的按鍵,用于設(shè)置報(bào)警閾值等參數(shù)。整個(gè)軟件系統(tǒng)可以采用模塊化設(shè)計(jì),各個(gè)模塊之間通過(guò)定義好的接口進(jìn)行通信。為了保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,可以采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)來(lái)調(diào)度各個(gè)任務(wù)。此外,還需要設(shè)計(jì)一些錯(cuò)誤處理機(jī)制,比如傳感器故障檢測(cè)、無(wú)線通信失敗重傳等??偟膩?lái)說(shuō),這個(gè)嵌入式系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊的設(shè)計(jì),需要綜合考慮硬件和軟件兩個(gè)方面,確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行,并滿足用戶的需求。本次試卷答案如下一、選擇題答案及解析1.B解析:傳感器選型的首要考慮因素是精度,因?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)的核心是獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),精度決定了數(shù)據(jù)的可靠性和有效性。成本、響應(yīng)時(shí)間和功耗雖然也是重要因素,但都必須在滿足精度要求的前提下進(jìn)行權(quán)衡。2.C解析:Flash具有非易失性,掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失,且可以多次擦寫,適合存儲(chǔ)操作系統(tǒng)內(nèi)核代碼。RAM是易失性存儲(chǔ)器,ROM通常用于存儲(chǔ)固定不變的程序,而EPROM雖然可以擦寫,但擦寫過(guò)程繁瑣,不適合操作系統(tǒng)內(nèi)核。3.C解析:ISR的主要目的是快速響應(yīng)外部事件,保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。ISR執(zhí)行時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng),否則會(huì)影響系統(tǒng)其他任務(wù)的執(zhí)行。ISR應(yīng)避免復(fù)雜計(jì)算和阻塞操作,以減少對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的影響。4.C解析:藍(lán)牙通信協(xié)議適合設(shè)備間短距離通信,通常用于藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙鼠標(biāo)等設(shè)備。USB、Ethernet和Wi-Fi通常用于更長(zhǎng)距離的通信。5.C解析:RTOS的主要特點(diǎn)是高效,它能夠保證實(shí)時(shí)任務(wù)的及時(shí)執(zhí)行,并提供豐富的實(shí)時(shí)服務(wù)。RTOS通常比GPOS更簡(jiǎn)單、更輕量級(jí),以適應(yīng)資源受限的嵌入式系統(tǒng)。6.B解析:軟件冗余通過(guò)冗余設(shè)計(jì)來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)性,當(dāng)主系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),備用系統(tǒng)可以接替工作,保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。7.B解析:PMU的主要作用是降低系統(tǒng)功耗,通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整電源供應(yīng)、管理休眠喚醒等方式,延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。8.D解析:事件驅(qū)動(dòng)通過(guò)事件觸發(fā)機(jī)制來(lái)提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,系統(tǒng)可以根據(jù)事件的發(fā)生來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù),避免了不必要的輪詢和等待。9.A解析:EDAC技術(shù)主要用于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,通過(guò)檢測(cè)和糾正錯(cuò)誤,保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,防止系統(tǒng)因數(shù)據(jù)錯(cuò)誤而崩潰。10.A解析:模塊化設(shè)計(jì)將系統(tǒng)分解成獨(dú)立的模塊,每個(gè)模塊負(fù)責(zé)一部分功能,模塊之間通過(guò)定義好的接口進(jìn)行通信,提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。11.D解析:低功耗設(shè)計(jì)需要綜合考慮降低時(shí)鐘頻率、使用低功耗元器件和優(yōu)化電源管理策略等因素,以盡可能降低系統(tǒng)功耗。12.D解析:提高系統(tǒng)安全性需要綜合運(yùn)用加密技術(shù)、認(rèn)證技術(shù)和防火墻技術(shù)等多種手段,以防止系統(tǒng)被非法攻擊和竊取。13.D解析:RTC主要用于記錄系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間、提供高精度的時(shí)間基準(zhǔn)和實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步,是嵌入式系統(tǒng)中不可或缺的時(shí)間管理工具。14.A解析:模塊化設(shè)計(jì)將系統(tǒng)分解成獨(dú)立的模塊,模塊之間通過(guò)定義好的接口進(jìn)行通信,提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,方便后續(xù)的功能擴(kuò)展和升級(jí)。15.D解析:硬件看門狗通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、提高系統(tǒng)可靠性和防止系統(tǒng)死鎖,來(lái)保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。16.A解析:數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)主要用于提高數(shù)據(jù)傳輸效率,特別是在帶寬有限的情況下,通過(guò)壓縮數(shù)據(jù)來(lái)減少傳輸時(shí)間和帶寬消耗。17.D解析:虛擬化技術(shù)可以提高系統(tǒng)資源利用率、增加系統(tǒng)安全性和提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性,是一種先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。18.A解析:模塊化設(shè)計(jì)將系統(tǒng)分解成獨(dú)立的模塊,每個(gè)模塊負(fù)責(zé)一部分功能,模塊之間通過(guò)定義好的接口進(jìn)行通信,提高了系統(tǒng)的可測(cè)試性。19.C解析:故障注入測(cè)試通過(guò)人為地注入故障來(lái)測(cè)試系統(tǒng)的容錯(cuò)能力,提高系統(tǒng)的可測(cè)試性。20.A解析:模塊化設(shè)計(jì)將系統(tǒng)分解成獨(dú)立的模塊,模塊之間通過(guò)定義好的接口進(jìn)行通信,提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,方便后續(xù)的功能擴(kuò)展和升級(jí)。二、判斷題答案及解析21.×解析:傳感器的精度和成本之間通常存在一定的權(quán)衡關(guān)系,精度越高,成本通常也越高,但并非絕對(duì),通過(guò)技術(shù)進(jìn)步和優(yōu)化設(shè)計(jì),也可以降低高精度傳感器的成本。22.×解析:RTOS通常比GPOS更簡(jiǎn)單、更輕量級(jí),以適應(yīng)資源受限的嵌入式系統(tǒng),其設(shè)計(jì)目標(biāo)是為實(shí)時(shí)任務(wù)提供高效、可靠的運(yùn)行環(huán)境。23.√解析:模塊化設(shè)計(jì)將系統(tǒng)分解成獨(dú)立的模塊,模塊之間通過(guò)定義好的接口進(jìn)行通信,提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性,方便后續(xù)的修改和升級(jí)。24.×解析:PMU的主要作用是降低系統(tǒng)功耗,而不是提高系統(tǒng)性能,通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整電源供應(yīng)、管理休眠喚醒等方式,延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。25.×解析:藍(lán)牙通信協(xié)議通常用于設(shè)備間短距離通信,通常用于藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙鼠標(biāo)等設(shè)備,不適合長(zhǎng)距離通信。26.√解析:RTC通常使用電池供電,以保持時(shí)間基準(zhǔn),即使在斷電的情況下,也能繼續(xù)提供時(shí)間信息。27.×解析:集成化設(shè)計(jì)將多個(gè)功能集成在一個(gè)模塊中,提高了系統(tǒng)的緊湊性,但可能會(huì)限制系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,不利于后續(xù)的功能擴(kuò)展和升級(jí)。28.√解析:硬件看門狗通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),如果系統(tǒng)出現(xiàn)死鎖或者卡死,看門狗就會(huì)復(fù)位系統(tǒng),防止系統(tǒng)死鎖,保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。29.√解析:數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)主要用于提高數(shù)據(jù)傳輸效率,特別是在帶寬有限的情況下,通過(guò)壓縮數(shù)據(jù)來(lái)減少傳輸時(shí)間和帶寬消耗。30.×解析:多線程處理可以提高系統(tǒng)的并發(fā)處理能力,但不一定能提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,有時(shí)候反而可能因?yàn)榫€程切換等因素影響實(shí)時(shí)性。三、簡(jiǎn)答題答案及解析31.答案:選擇傳感器時(shí)需要考慮的主要因素及其原因包括:精度、成本、響應(yīng)時(shí)間、功耗、尺寸、接口、工作溫度范圍等。精度是首要考慮因素,因?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)的核心是獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù);成本需要考慮,畢竟誰(shuí)不想省錢呢?響應(yīng)時(shí)間對(duì)于某些應(yīng)用場(chǎng)景很重要,比如監(jiān)測(cè)溫度變化,就得要求傳感器響應(yīng)快;功耗對(duì)于電池供電的設(shè)備很重要,功耗低,設(shè)備能用的時(shí)間才長(zhǎng);尺寸、接口、工作溫度范圍等也需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)定。原因:這些因素直接影響到系統(tǒng)的性能、成本、功耗和使用效果,必須綜合考慮。解析:選擇傳感器是一個(gè)需要綜合考慮多個(gè)因素的過(guò)程,不能只看一個(gè)方面。精度是首要考慮因素,因?yàn)槿绻麄鞲衅骶炔粔颍O(jiān)測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)就沒(méi)有意義。成本也是一個(gè)重要因素,因?yàn)槌杀局苯佑绊懙疆a(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。響應(yīng)時(shí)間和功耗對(duì)于某些應(yīng)用場(chǎng)景也很重要,比如電池供電的設(shè)備,功耗就是一個(gè)關(guān)鍵因素。尺寸、接口和工作溫度范圍等也需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)定,否則可能無(wú)法滿足系統(tǒng)的需求。因此,在選擇傳感器時(shí),需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景,綜合考慮各種因素,選擇最合適的傳感器。32.答案:嵌入式系統(tǒng)中中斷服務(wù)程序(ISR)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括:ISR要盡量短小精悍,執(zhí)行時(shí)間要短;ISR要盡量少做計(jì)算,最好只做簡(jiǎn)單的處理;ISR要避免調(diào)用可能會(huì)阻塞的函數(shù);ISR的優(yōu)先級(jí)要設(shè)置得當(dāng)。這些要點(diǎn)很重要,因?yàn)镮SR執(zhí)行的時(shí)候,會(huì)暫停其他任務(wù)的執(zhí)行,ISR越短,對(duì)系統(tǒng)其他部分的影響就越小,系統(tǒng)響應(yīng)就越快;ISR越簡(jiǎn)單,執(zhí)行時(shí)間越短,對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的影響就越??;ISR避免阻塞操作,可以防止ISR執(zhí)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng),影響系統(tǒng)實(shí)時(shí)性;ISR的優(yōu)先級(jí)設(shè)置得當(dāng),可以保證重要的中斷能夠及時(shí)處理,提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。解析:ISR是嵌入式系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的部分,它負(fù)責(zé)處理各種突發(fā)事件,對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性有著重要的影響。因此,在設(shè)計(jì)ISR時(shí),需要特別注意幾個(gè)要點(diǎn)。首先,ISR要盡量短小精悍,執(zhí)行時(shí)間要短,因?yàn)镮SR執(zhí)行的時(shí)候,會(huì)暫停其他任務(wù)的執(zhí)行,ISR越短,對(duì)系統(tǒng)其他部分的影響就越小,系統(tǒng)響應(yīng)就越快。其次,ISR要盡量少做計(jì)算,最好只做簡(jiǎn)單的處理,因?yàn)镮SR執(zhí)行時(shí)間有限,如果ISR執(zhí)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng),就會(huì)影響系統(tǒng)其他任務(wù)的執(zhí)行,降低系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。第三,ISR要避免調(diào)用可能會(huì)阻塞的函數(shù),因?yàn)樽枞僮鲿?huì)導(dǎo)致ISR執(zhí)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng),影響系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。最后,ISR的優(yōu)先級(jí)要設(shè)置得當(dāng),不同的中斷有不同的緊急程度,得根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置優(yōu)先級(jí),保證重要的中斷能夠及時(shí)處理,提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。因此,ISR的設(shè)計(jì)要點(diǎn)對(duì)于保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。33.答案:嵌入式系統(tǒng)中模塊化設(shè)計(jì)的原則包括:模塊應(yīng)該盡量獨(dú)立,模塊內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)外部應(yīng)該是封裝的,模塊之間盡量減少依賴;模塊應(yīng)該具有明確定義的接口,接口應(yīng)該簡(jiǎn)單、穩(wěn)定;模塊應(yīng)該盡量小,功能應(yīng)該單一;模塊應(yīng)該能夠獨(dú)立地進(jìn)行修改和擴(kuò)展,不會(huì)影響到其他模塊。模塊化設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和維護(hù)的好處包括:開(kāi)發(fā)效率會(huì)提高,因?yàn)槟K可以獨(dú)立開(kāi)發(fā),可以并行工作,縮短開(kāi)發(fā)周期;系統(tǒng)的可維護(hù)性會(huì)增強(qiáng),因?yàn)槊總€(gè)模塊都是獨(dú)立的,修改或者維護(hù)一個(gè)模塊,不會(huì)影響到其他模塊,降低了風(fēng)險(xiǎn);系統(tǒng)的可測(cè)試性也會(huì)提高,因?yàn)槊總€(gè)模塊都可以獨(dú)立測(cè)試,更容易發(fā)現(xiàn)和定位問(wèn)題;模塊化設(shè)計(jì)還可以提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,當(dāng)需要增加新功能時(shí),可以簡(jiǎn)單地添加一個(gè)新的模塊,不會(huì)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)造成太大的影響。解析:模塊化設(shè)計(jì)是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一種非常重要的設(shè)計(jì)方法,它將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)分解成若干個(gè)獨(dú)立的模塊,每個(gè)模塊負(fù)責(zé)一部分功能,模塊之間通過(guò)定義好的接口進(jìn)行通信。模塊化設(shè)計(jì)的原則是模塊應(yīng)該盡量獨(dú)立,模塊內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)外部應(yīng)該是封裝的,模塊之間盡量減少依賴,這樣可以提高模塊的復(fù)用性。模塊應(yīng)該具有明確定義的接口,接口應(yīng)該簡(jiǎn)單、穩(wěn)定,這樣模塊之間才能正確地通信。模塊應(yīng)該盡量小,功能應(yīng)該單一,這樣模塊更容易理解、開(kāi)發(fā)和測(cè)試。模塊應(yīng)該能夠獨(dú)立地進(jìn)行修改和擴(kuò)展,不會(huì)影響到其他模塊。模塊化設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和維護(hù)有很多好處。首先,開(kāi)發(fā)效率會(huì)提高,因?yàn)槟K可以獨(dú)立開(kāi)發(fā),可以并行工作,縮短開(kāi)發(fā)周期。其次,系統(tǒng)的可維護(hù)性會(huì)增強(qiáng),因?yàn)槊總€(gè)模塊都是獨(dú)立的,修改或者維護(hù)一個(gè)模塊,不會(huì)影響到其他模塊,降低了風(fēng)險(xiǎn)。再次,系統(tǒng)的可測(cè)試性也會(huì)提高,因?yàn)槊總€(gè)模塊都可以獨(dú)立測(cè)試,更容易發(fā)現(xiàn)和定位問(wèn)題。最后,模塊化設(shè)計(jì)還可以提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,當(dāng)需要增加新功能時(shí),可以簡(jiǎn)單地添加一個(gè)新的模塊,不會(huì)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)造成太大的影響。因此,模塊化設(shè)計(jì)是一種非常好的設(shè)計(jì)方法,能夠提高系統(tǒng)的質(zhì)量、降低開(kāi)發(fā)成本、縮短開(kāi)發(fā)周期,是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一種非常值得推崇的方法。34.答案:嵌入式系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)中,提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性的重要性在于保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性,防止因數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤或丟失導(dǎo)致錯(cuò)誤的決策或結(jié)論。提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性的方法包括:使用校驗(yàn)和或循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)技術(shù),通過(guò)校驗(yàn)碼檢測(cè)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中是否出錯(cuò),如果出錯(cuò),就請(qǐng)求重新發(fā)送;使用重傳機(jī)制,如果接收端沒(méi)有收到數(shù)據(jù)或者收到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù),就會(huì)向發(fā)送端發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求重傳的信號(hào),發(fā)送端收到信號(hào)后,就會(huì)重新發(fā)送數(shù)據(jù)。解析:在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)中,數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃灾陵P(guān)重要。因?yàn)楸O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性直接關(guān)系到監(jiān)測(cè)結(jié)果的有效性和可靠性,如果數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤或丟失,就可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的決策或結(jié)論,甚至引發(fā)安全事故。因此,提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性是環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中一個(gè)不能忽視的問(wèn)題。提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性的方法有很多,比如使用校驗(yàn)和或循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)技術(shù),通過(guò)校驗(yàn)碼檢測(cè)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中是否出錯(cuò),如果出錯(cuò),就請(qǐng)求重新發(fā)送。這種方法簡(jiǎn)單有效,應(yīng)用非常廣泛。另外,還可以使用重傳機(jī)制,如果接收端沒(méi)有收到數(shù)據(jù)或者收到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù),就會(huì)向發(fā)送端發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求重傳的信號(hào),發(fā)送端收到信號(hào)后,就會(huì)重新發(fā)送數(shù)據(jù)。這種方法可以確保數(shù)據(jù)最終一定能正確傳輸?shù)浇邮斩?,但缺點(diǎn)是會(huì)增加傳輸時(shí)間,降低傳輸效率??傊?,提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性是環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的工作,需要采取各種技術(shù)手段,確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。解析:嵌入式系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)中,數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃灾陵P(guān)重要。因?yàn)楸O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性直接關(guān)系到監(jiān)測(cè)結(jié)果的有效性和可靠性,如果數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤或丟失,就可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的決策或結(jié)論,甚至引發(fā)安全事故。例如,如果監(jiān)測(cè)到某個(gè)地方的溫度過(guò)高,需要采取措施降溫,但如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)丟失了,咱們就沒(méi)法及時(shí)采取措施,可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備過(guò)熱損壞,甚至引發(fā)安全事故。因此,提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性是環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中一個(gè)不能忽視的問(wèn)題。提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性的方法有很多,比如使用校驗(yàn)和或循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)技術(shù),通過(guò)校驗(yàn)碼檢測(cè)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中是否出錯(cuò),如果出錯(cuò),就請(qǐng)求重新發(fā)送。這種方法簡(jiǎn)單有效,應(yīng)用非常廣泛。另外,還可以使用重傳機(jī)制,如果接收端沒(méi)有收到數(shù)據(jù)或者收到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù),就會(huì)向發(fā)送端發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求重傳的信號(hào),發(fā)送端收到信號(hào)后,就會(huì)重新發(fā)送數(shù)據(jù)。這種方法可以確保數(shù)據(jù)最終一定能正確傳輸?shù)浇邮斩耍秉c(diǎn)是會(huì)增加傳輸時(shí)間,降低傳輸效率??傊?,提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性是環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的工作,需要采取各種技術(shù)手段,確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。35.答案:嵌入式系統(tǒng)中模塊化設(shè)計(jì)的原則是模塊應(yīng)該盡量獨(dú)立,模塊內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)外部應(yīng)該是封裝的,模塊之間盡量減少依賴;模塊應(yīng)該具有明確定義的接口,接口應(yīng)該簡(jiǎn)單、穩(wěn)定;模塊應(yīng)該盡量小,功能應(yīng)該單一;模塊應(yīng)該能夠獨(dú)立地進(jìn)行修改和擴(kuò)展,不會(huì)影響到其他模塊。模塊化設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和維護(hù)的好處是:開(kāi)發(fā)效率會(huì)提高,因?yàn)槟K可以獨(dú)立開(kāi)發(fā),可以并行工作,縮短開(kāi)發(fā)周期;系統(tǒng)的可維護(hù)性會(huì)增強(qiáng),因?yàn)槊總€(gè)模塊都是獨(dú)立的,修改或者維護(hù)一個(gè)模塊,不會(huì)影響到其他模塊,降低了風(fēng)險(xiǎn);系統(tǒng)的可測(cè)試性也會(huì)提高,因?yàn)槊總€(gè)模塊都可以獨(dú)立測(cè)試,更容易發(fā)現(xiàn)和定位問(wèn)題;模塊化設(shè)計(jì)還可以提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,當(dāng)需要增加新功能時(shí),可以簡(jiǎn)單地添加一個(gè)新的模塊,不會(huì)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)造成太大的影響。解析:模塊化設(shè)計(jì)是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一種非常重要的設(shè)計(jì)方法,它將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)分解成若干個(gè)獨(dú)立的模塊,每個(gè)模塊負(fù)責(zé)一部分功能,模塊之間通過(guò)定義好的接口進(jìn)行通信。模塊化設(shè)計(jì)的原則是模塊應(yīng)該盡量獨(dú)立,模塊內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)外部應(yīng)該是封裝的,模塊之間盡量減少依賴,這樣可以提高模塊的復(fù)用性。模塊應(yīng)該具有明確定義的接口,接口應(yīng)該簡(jiǎn)單、穩(wěn)定,這樣模塊之間才能正確地通信。模塊應(yīng)該盡量小,功能應(yīng)該單一,這樣模塊更容易理解、開(kāi)發(fā)和測(cè)試。模塊應(yīng)該能夠獨(dú)立地進(jìn)行修改和擴(kuò)展,不會(huì)影響到其他模塊。模塊化設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和維護(hù)有很多好處。首先,開(kāi)發(fā)效率會(huì)提高,因?yàn)槟K可以獨(dú)立開(kāi)發(fā),可以并行工作,縮短開(kāi)發(fā)周期。其次,系統(tǒng)的可維護(hù)性會(huì)增強(qiáng),因?yàn)槊總€(gè)模塊都是獨(dú)立的,修改或者維護(hù)一個(gè)模塊,不會(huì)影響到其他模塊,降低了風(fēng)險(xiǎn)。再次,系統(tǒng)的可測(cè)試性也會(huì)提高,因?yàn)槊總€(gè)模塊都可以獨(dú)立測(cè)試,更容易發(fā)現(xiàn)和定位問(wèn)題。最后,模塊化設(shè)計(jì)還可以提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,當(dāng)需要增加新功能時(shí),可以簡(jiǎn)單地添加一個(gè)新的模塊,不會(huì)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)造成太大的影響。因此,模塊化設(shè)計(jì)是一種非常好的設(shè)計(jì)方法,能夠提高系統(tǒng)的質(zhì)量、降低開(kāi)發(fā)成本、縮短開(kāi)發(fā)周期,是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一種非常值得推崇的方法。四、分析題答案及解析36.答案:該系統(tǒng)中可能遇到的主要技術(shù)挑戰(zhàn)包括:傳感器選型、無(wú)線通信方式選擇、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴⒐墓芾砗褪謾C(jī)APP開(kāi)發(fā)。解決方案包括:根據(jù)具體需求選擇性價(jià)比合適的溫濕度傳感器;根據(jù)傳輸距離、功耗、數(shù)據(jù)量等因素選擇合適的無(wú)線通信方式,如藍(lán)牙、Wi-Fi或Zigbee,并采用可靠的通信協(xié)議和錯(cuò)誤處理機(jī)制;采用各種低功耗設(shè)計(jì)技術(shù),如使用低功耗元器件、動(dòng)態(tài)調(diào)整傳感器的工作頻率、使用休眠喚醒機(jī)制等,以盡可能降低系統(tǒng)功耗;開(kāi)發(fā)一個(gè)用戶友好的手機(jī)APP,能夠方便地顯示溫濕度數(shù)據(jù),并且能夠設(shè)置報(bào)警閾值,當(dāng)溫濕度超過(guò)閾值時(shí),能夠及時(shí)提醒用戶;在設(shè)計(jì)的時(shí)候就考慮成本因素,選擇性價(jià)比高的元器件,并且優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。解析:設(shè)計(jì)一個(gè)室內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并無(wú)線發(fā)送到手機(jī)APP,需要考慮的技術(shù)挑戰(zhàn)很多。首先,傳感器選型是個(gè)挑戰(zhàn)。溫濕度傳感器市面上有很多種,精度、功耗、成本都不一樣,得根據(jù)實(shí)際需求選個(gè)合適的。比如,如果要求精度高,可能就得選個(gè)進(jìn)口的傳感器,成本就高了;如果對(duì)功耗要求苛刻,可能就得選個(gè)低功耗的傳感器,精度可能就差點(diǎn)。其次,無(wú)線通信也是個(gè)挑戰(zhàn)。得選擇合適的無(wú)線通信方式,比如藍(lán)牙、Wi-Fi、Zigbee,或者LoRa,每種方式的優(yōu)缺點(diǎn)都不一樣,得根據(jù)傳輸距離、功耗、數(shù)據(jù)量等因素來(lái)選擇。比如,如果傳輸距離近,數(shù)據(jù)量不大,功耗要求不高,可以選擇藍(lán)牙;如果傳輸距離遠(yuǎn),可以選擇LoRa。第三,數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸彩莻€(gè)挑戰(zhàn)。無(wú)線通信嘛,容易受到各種干擾,數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中可能會(huì)丟失或者出錯(cuò),這就得采取措施保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?,比如使用校?yàn)和、重傳機(jī)制等技術(shù)。第四,功耗管理也是個(gè)挑戰(zhàn)。如果這個(gè)系統(tǒng)是電池供電的,那就得特別注意功耗管理,得設(shè)計(jì)好電源管理策略,比如使用低功耗元器件、動(dòng)態(tài)調(diào)整傳感器的工作頻率、使用休眠喚醒機(jī)制等等,盡可能延長(zhǎng)電池的使用壽命。第五,手機(jī)APP的開(kāi)發(fā)也是個(gè)挑戰(zhàn)。得開(kāi)發(fā)一個(gè)用戶友好的手機(jī)APP,能夠方便地顯示溫濕度數(shù)據(jù),并且能夠設(shè)置報(bào)警閾值,當(dāng)溫濕度超過(guò)閾值時(shí),能夠及時(shí)提醒用戶。最后,系統(tǒng)的成本也是個(gè)挑戰(zhàn)。得在保證系統(tǒng)功能和性能的前提下,盡可能降低成本,提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。針對(duì)這些挑戰(zhàn),相應(yīng)的解決方案我也想了一些。傳感器方面,可以根據(jù)具體需求選擇性價(jià)比合適的傳感器。無(wú)線通信方面,可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的通信方式,并且采用可靠的通信協(xié)議和錯(cuò)誤處理機(jī)制。功耗管理方面,可以采用各種低功耗設(shè)計(jì)技術(shù),并且優(yōu)化系統(tǒng)的工作模式,比如在長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候,將系統(tǒng)置于休眠狀態(tài)。手機(jī)APP方面,可以參考市面上優(yōu)秀的同類APP,設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)潔、易用的界面。成本方面,可以在設(shè)計(jì)的時(shí)候就考慮成本因素,選擇性價(jià)比高的元器件,并且優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。總之,設(shè)計(jì)這樣一個(gè)系統(tǒng),需要綜合考慮各種因素,解決各種技術(shù)挑戰(zhàn),才能設(shè)計(jì)出一個(gè)好系統(tǒng)。37.答案:實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)和通用操作系統(tǒng)(GPOS)在設(shè)計(jì)和功能上的主要區(qū)別包括:RTOS的設(shè)計(jì)目標(biāo)是保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,它能夠保證實(shí)時(shí)任務(wù)的及時(shí)執(zhí)行,并提供豐富的實(shí)時(shí)服務(wù),比如任務(wù)調(diào)度、中斷管理、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等等。RTOS的設(shè)計(jì)通常比較簡(jiǎn)單,內(nèi)核小,調(diào)度策略簡(jiǎn)單,并且提供豐富的實(shí)時(shí)服務(wù),但實(shí)時(shí)性通常不是它的首要考慮因素。GPOS的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供各種功能和服務(wù),滿足用戶的各種需求,比如文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信、圖形界面等等。GPOS的設(shè)計(jì)通常比較復(fù)雜,內(nèi)核大,調(diào)度策略復(fù)雜,并且提供各種各樣的功能和服務(wù),但實(shí)時(shí)性通常不是它的首要考慮因素。GPOS更注重系統(tǒng)的通用性和靈活性,而不是確定性和可預(yù)測(cè)性,因?yàn)镚POS的調(diào)度策略復(fù)雜,任務(wù)之間的調(diào)度可能會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的延遲,這就不適合用于實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用通常選擇RTOS而不是GPOS的原因是:RTOS能夠保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的需求;RTOS的確定性和可預(yù)測(cè)性,使得環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的行為是可以預(yù)測(cè)的,這有利于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試,也降低了系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn);RTOS通常資源占用比較少,適合資源有限的嵌入式系統(tǒng);最后,RTOS的開(kāi)發(fā)成本通常也比較低,開(kāi)發(fā)周期也比較短。解析:RTOS和GPOS,這可是嵌入式系統(tǒng)里頭經(jīng)常要比較的兩個(gè)東西。RTOS,就是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),GPOS,就是通用操作系統(tǒng),它們?cè)谠O(shè)計(jì)理念和功能上都有很大的區(qū)別。RTOS的設(shè)計(jì)目標(biāo)是保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,也就是說(shuō),系統(tǒng)對(duì)外部事件的響應(yīng)時(shí)間要在一個(gè)確定的時(shí)間范圍內(nèi),這個(gè)時(shí)間范圍通常是事先可以預(yù)測(cè)的。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),RTOS的設(shè)計(jì)通常比較簡(jiǎn)單,內(nèi)核小,調(diào)度策

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