2025年計算機(jī)嵌入式考點(diǎn)試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.以下關(guān)于ARMCortexM3處理器NVIC（嵌套向量中斷控制器）的描述，錯誤的是（）。A.支持中斷嵌套B.最多支持240個外部中斷C.中斷優(yōu)先級可配置為4位（16級）D.所有中斷的響應(yīng)時間固定為12個時鐘周期答案：D（CortexM3的中斷響應(yīng)時間為12個時鐘周期，但異常（如復(fù)位、NMI）的響應(yīng)時間更短，因此“所有中斷”的描述錯誤）2.嵌入式系統(tǒng)中，NORFlash與NANDFlash的主要區(qū)別是（）。A.NOR支持隨機(jī)讀取，NAND適合大容量存儲B.NOR的擦除單元是頁，NAND的擦除單元是塊C.NOR的寫入速度更快D.NAND的接口更適合直接執(zhí)行代碼（XIP）答案：A（NORFlash支持隨機(jī)地址訪問，適合存儲代碼；NANDFlash以頁/塊為單位操作，適合大容量數(shù)據(jù)存儲）3.在STM32中，配置GPIO引腳為推挽輸出模式時，需要設(shè)置（）寄存器的對應(yīng)位。A.MODER（模式寄存器）B.OTYPER（輸出類型寄存器）C.OSPEEDR（輸出速度寄存器）D.PUPDR（上拉/下拉寄存器）答案：A（MODER的兩位一組配置引腳模式，01為輸出模式；OTYPER控制推挽/開漏，推挽時該位為0）4.以下實時操作系統(tǒng)（RTOS）的調(diào)度策略中，屬于搶占式調(diào)度的是（）。A.FreeRTOS的時間片調(diào)度（相同優(yōu)先級任務(wù)輪詢）B.μC/OSII的基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度C.非實時系統(tǒng)的輪轉(zhuǎn)調(diào)度（RoundRobin）D.固定優(yōu)先級且不允許中斷當(dāng)前任務(wù)的調(diào)度答案：B（μC/OSII采用固定優(yōu)先級搶占式調(diào)度，高優(yōu)先級任務(wù)可立即搶占低優(yōu)先級任務(wù)）5.嵌入式系統(tǒng)中，CAN總線的仲裁機(jī)制基于（）。A.數(shù)據(jù)幀的ID優(yōu)先級（ID值越小優(yōu)先級越高）B.總線空閑時的隨機(jī)退避C.節(jié)點(diǎn)的物理地址D.數(shù)據(jù)長度（數(shù)據(jù)域越長優(yōu)先級越高）答案：A（CAN總線采用非破壞性位仲裁，ID值越小的幀優(yōu)先級越高，仲裁過程中顯性位（0）覆蓋隱性位（1））二、填空題（每空2分，共20分）1.ARMCortexM系列處理器的位帶操作允許對（）地址空間中的單個位進(jìn)行原子操作，其映射的位帶別名區(qū)地址計算公式為（）。答案：SRAM（或外設(shè)）；AliasAddr=0x22000000+(byte_offset×32)+(bit_number×4)（SRAM位帶區(qū)為0x200000000x200FFFFF，別名區(qū)為0x220000000x23FFFFFF）2.嵌入式系統(tǒng)中，UART的波特率計算公式為（），其中APB1時鐘頻率為48MHz，波特率為115200，過采樣率為16時，BRR寄存器的值應(yīng)為（）（保留整數(shù)）。答案：波特率=APB時鐘頻率/(16×BRR)；26（48,000,000/(16×115200)≈26.04，取整為26）3.實時操作系統(tǒng)中，任務(wù)間通信的常用機(jī)制包括（）、（）和郵箱（Mailbox）。答案：信號量（Semaphore）；消息隊列（MessageQueue）4.嵌入式系統(tǒng)低功耗設(shè)計中，STM32的Stop模式會關(guān)閉（），但保留（）的內(nèi)容。答案：內(nèi)核時鐘（或CPU時鐘）；SRAM和寄存器三、簡答題（每題8分，共32分）1.簡述嵌入式系統(tǒng)中“實時性”的定義及其關(guān)鍵指標(biāo)。答案：實時性指系統(tǒng)在確定時間內(nèi)對外部事件做出響應(yīng)的能力。關(guān)鍵指標(biāo)包括：響應(yīng)時間（ResponseTime）：從事件發(fā)生到系統(tǒng)開始處理的時間；完成時間（CompletionTime）：從處理開始到任務(wù)完成的時間；抖動（Jitter）：同一任務(wù)多次執(zhí)行時間的波動范圍；截止時間（Deadline）：任務(wù)必須完成的最大允許時間。2.說明ARMCortexM處理器的異常（Exception）與中斷（Interrupt）的區(qū)別。答案：異常是CPU內(nèi)部事件（如復(fù)位、錯誤、系統(tǒng)調(diào)用），中斷是外部外設(shè)觸發(fā)的事件；異常的優(yōu)先級固定（如NMI優(yōu)先級高于普通中斷），中斷的優(yōu)先級可通過NVIC配置；異常的向量表位于固定地址（0x00000004開始），中斷向量緊隨其后；所有中斷本質(zhì)上是異常的一種，CortexM將中斷歸為“外部異?！薄?.對比嵌入式系統(tǒng)中靜態(tài)內(nèi)存分配與動態(tài)內(nèi)存分配的優(yōu)缺點(diǎn)。答案：靜態(tài)分配：編譯時確定內(nèi)存大小，分配在全局區(qū)或棧區(qū)；優(yōu)點(diǎn)：無內(nèi)存碎片、運(yùn)行時效率高、可靠性高（避免內(nèi)存泄漏）；缺點(diǎn)：靈活性差、內(nèi)存利用率低（可能浪費(fèi)固定空間）。動態(tài)分配：運(yùn)行時通過malloc/free分配，內(nèi)存位于堆區(qū)；優(yōu)點(diǎn)：靈活適應(yīng)不同場景、內(nèi)存利用率高；缺點(diǎn)：可能產(chǎn)生碎片、存在泄漏風(fēng)險、增加運(yùn)行時開銷（需維護(hù)內(nèi)存管理表）。4.簡述I2C總線的通信流程（以主機(jī)讀取從機(jī)數(shù)據(jù)為例）。答案：①主機(jī)發(fā)送起始信號（SCL高電平，SDA由高變低）；②主機(jī)發(fā)送從機(jī)地址（7位地址+1位寫標(biāo)志0），從機(jī)響應(yīng)ACK；③主機(jī)發(fā)送寄存器地址（目標(biāo)數(shù)據(jù)的存儲位置），從機(jī)響應(yīng)ACK；④主機(jī)再次發(fā)送起始信號（重復(fù)起始，Sr）；⑤主機(jī)發(fā)送從機(jī)地址（7位地址+1位讀標(biāo)志1），從機(jī)響應(yīng)ACK；⑥從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，主機(jī)響應(yīng)ACK（繼續(xù)讀?。┗騈ACK（結(jié)束讀?。?；⑦主機(jī)發(fā)送停止信號（SCL高電平，SDA由低變高）。四、分析題（18分）某嵌入式系統(tǒng)使用STM32F407（CortexM4）開發(fā)，要求實現(xiàn)一個溫度采集系統(tǒng)，傳感器為DS18B20（單總線接口），需滿足以下需求：每500ms采集一次溫度（允許±50ms誤差）；溫度超過30℃時，通過GPIO控制蜂鳴器報警；系統(tǒng)需支持低功耗模式（空閑時進(jìn)入Sleep模式）。請分析以下問題：（1）如何選擇定時器實現(xiàn)500ms定時？說明定時器時鐘源與分頻配置（假設(shè)APB1時鐘為42MHz）。（2）DS18B20的單總線通信需要嚴(yán)格的時序控制，應(yīng)如何避免中斷干擾？（3）設(shè)計低功耗模式的實現(xiàn)策略（包括喚醒源與模式選擇）。答案：（1）選擇通用定時器（如TIM2），時鐘源為APB1的倍頻（APB1預(yù)分頻系數(shù)為1時，定時器時鐘=42MHz×2=84MHz）。定時時間公式：T=(ARR+1)×(PSC+1)/Tclk。設(shè)PSC=8399（分頻8400），則計數(shù)頻率=84MHz/8400=10kHz（周期0.1ms）。需500ms，故ARR=500ms/0.1ms1=4999。配置為更新中斷模式，每500ms觸發(fā)中斷。（2）單總線時序（如復(fù)位脈沖、讀/寫時隙）對時間精度要求高（誤差需<1μs）。為避免中斷干擾，可在通信期間關(guān)閉其他非必要中斷（如通過__disable_irq()），或在中斷服務(wù)程序（ISR）中標(biāo)記事件，由主任務(wù)處理通信（即“底半部分”機(jī)制）。此外，使用GPIO的位帶操作或直接寄存器訪問（避免庫函數(shù)延遲），確保時序準(zhǔn)確。（3）低功耗策略：空閑時進(jìn)入Sleep模式（內(nèi)核停止，外設(shè)時鐘運(yùn)行），降低功耗；喚醒源選擇定時器中斷（TIM2的更新中斷），每500ms喚醒一次；關(guān)閉未使用的外設(shè)時鐘（如SPI、ADC等），通過RCC寄存器配置；溫度采集完成后，若無需報警，立即重新進(jìn)入Sleep模式；報警時（溫度>30℃），保持GPIO輸出高電平，關(guān)閉Sleep模式直至溫度低于閾值。五、設(shè)計題（30分）基于STM32L431（CortexM4，支持低功耗）設(shè)計一個無線傳感器節(jié)點(diǎn)，要求：采集溫濕度（使用SHT30，I2C接口）；每10分鐘通過LoRa模塊（UART接口）上傳一次數(shù)據(jù)；系統(tǒng)平均功耗低于100μA（3.3V供電）。請完成以下設(shè)計：（1）硬件方案：畫出關(guān)鍵模塊連接示意圖（文字描述即可），并說明低功耗硬件選型依據(jù)。（2）軟件流程：設(shè)計主程序流程圖，包含初始化、數(shù)據(jù)采集、低功耗模式切換、數(shù)據(jù)上傳步驟。（3）關(guān)鍵代碼片段：包括I2C讀取SHT30數(shù)據(jù)的函數(shù)、UART發(fā)送LoRa數(shù)據(jù)的函數(shù)，以及低功耗模式配置函數(shù)。答案：（1）硬件方案：主控：STM32L431（低功耗系列，支持Stop2模式，運(yùn)行功耗100μA/MHz，Stop模式功耗0.3μA）；傳感器：SHT30（I2C接口，低功耗模式下待機(jī)電流<1μA）；LoRa模塊：選擇低功耗型號（如SX1262，睡眠模式電流0.5μA）；電源管理：使用LDO（如TPS78233，靜態(tài)電流1μA），傳感器和LoRa模塊通過GPIO控制電源（斷電時關(guān)閉）；連接：STM32的I2C1（SCL/PB6，SDA/PB7）接SHT30；UART2（TX/PA2，RX/PA3）接LoRa模塊的UART；GPIO（如PA4）控制LoRa模塊電源，GPIO（PA5）控制SHT30電源。（2）軟件流程：①初始化：配置I2C、UART、GPIO、RTC（實時時鐘，用于10分鐘定時）；②進(jìn)入Stop2模式，由RTC鬧鐘（10分鐘）喚醒；③喚醒后：打開SHT30電源（PA5置高），延時10ms等待穩(wěn)定；通過I2C讀取溫濕度數(shù)據(jù)（發(fā)送測量命令，等待響應(yīng)，讀取寄存器）；關(guān)閉SHT30電源（PA5置低）；打開LoRa模塊電源（PA4置高），延時50ms等待模塊啟動；通過UART發(fā)送數(shù)據(jù)（格式：“TEMP:25.5℃,HUM:60%”）；等待LoRa模塊確認(rèn)（或超時1s），關(guān)閉LoRa電源（PA4置低）；④重復(fù)步驟②~③。（3）關(guān)鍵代碼片段：```c//I2C讀取SHT30數(shù)據(jù)函數(shù)（假設(shè)I2C1已初始化）typedefstruct{floattemp;floathum;}SHT30_Data;SHT30_DataSHT30_Read(void){uint8_tcmd[2]={0x2C,0x06};//高精度測量命令uint8_tdata[6];SHT30_Dataresult;HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1,0x44<<1,cmd,2,100);//從機(jī)地址0x44（寫）HAL_Delay(20);//等待測量完成HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1,(0x44<<1)|0x01,data,6,100);//讀模式//轉(zhuǎn)換溫度（原始值范圍0~65535對應(yīng)45~130℃）uint16_ttemp_raw=(data[0]<<8)|data[1];result.temp=45+(175(float)temp_raw)/65535;//轉(zhuǎn)換濕度（原始值范圍0~65535對應(yīng)0~100%）uint16_thum_raw=(data[3]<<8)|data[4];result.hum=(100(float)hum_raw)/65535;returnresult;}//UART發(fā)送LoRa數(shù)據(jù)函數(shù)（假設(shè)UART2已初始化）voidLoRa_SendData(constchardata){HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t)data,strlen(data),1000);}//低功耗模式配置函數(shù)（進(jìn)入Stop2模式，RTC鬧鐘喚醒）voidEnter_StopMode(void){//關(guān)閉非必要外設(shè)時鐘__HAL_RCC_GPIOA_CLK_DISABLE();__HAL_RCC_GPIOB_CLK_DISABLE();//配置RTC鬧鐘（10分鐘=600秒）RTC_AlarmTypeDefsAlarm={0};sAlarm.AlarmTime.Hours=0;sA