2021软考中级嵌入式系统设计师强化练习试卷

2021软考中级嵌入式系统设计师强化练习试卷考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题1分，共25分）1.在计算机系统中，Cache的作用是（）。A.提高硬盘读写速度B.增加内存容量C.提高CPU与内存之间数据传输的效率D.用于存储操作系统2.RISC指令集的特点通常不包括（）。A.指令格式规整B.指令执行时间固定C.指令种类繁多D.寻址方式简单3.嵌入式系统中，中断服务程序（ISR）的执行通常需要（）。A.阻止所有其他中断B.等待操作系统调度C.优先级高于所有后台任务D.由编译器自动管理4.以下哪种同步机制最适合用于实现多个任务对同一共享资源的互斥访问？（）A.信号量（Semaphore）B.互斥锁（Mutex）C.条件变量（ConditionVariable）D.记录锁（RecordLock）5.在嵌入式系统设计中，选择微控制器（MCU）时，通常需要考虑的主要因素不包括（）。A.价格B.功耗C.操作系统类型D.外设接口丰富程度6.以下哪种存储器类型通常用于存储程序代码？（）A.RAMB.ROMC.FlashD.Cache7.UART通信中，常用的波特率标准不包括（）。A.9600bpsB.115200bpsC.1MbpsD.100MHz8.SPI通信模式中，通常需要几根信号线？（）A.2根B.3根C.4根D.8根9.ADC（模数转换器）将模拟信号转换为数字信号的过程中，采样定理指的是（）。A.采样频率必须高于信号带宽的2倍B.采样频率必须低于信号带宽的2倍C.采样精度必须高于信号分辨率D.采样速度必须快于信号变化速度10.在嵌入式系统中，RTOS（实时操作系统）与通用操作系统（如Linux）的主要区别通常在于（）。A.是否支持多任务B.是否具有图形用户界面C.对任务调度响应的实时性要求D.源代码是否开源11.嵌入式系统开发中，使用C语言的主要原因之一是（）。A.代码执行效率高B.编译器通用性强C.支持高级抽象D.语法简单易学12.在进行嵌入式系统硬件调试时，常用的工具不包括（）。A.逻辑分析仪B.示波器C.仿真器D.网络抓包工具13.以下哪种技术通常用于提高嵌入式系统的功耗效率？（）A.硬件加速B.多核并行处理C.动态电压频率调整（DVFS）D.高速总线14.嵌入式系统中的电源管理单元（PMU）主要功能是（）。A.产生各种逻辑电平B.监控和管理系统电源状态C.实现数据加密D.控制外设时钟15.将C语言源代码转换为可执行文件的过程，主要涉及（）。A.编译和汇编B.链接和加载C.编译和链接D.解释和执行16.在嵌入式系统设计中，进行PCBLayout设计时，需要特别注意（）。A.线路板的颜色B.元件的排列顺序C.电源和地线的布局D.字体大小17.嵌入式系统中的“实时性”通常指的是（）。A.系统运行速度快B.系统对事件做出响应的时间具有确定的保证C.系统可以同时执行多个任务D.系统易于使用18.以下哪种接口通常用于连接键盘和鼠标？（）A.USBB.HDMIC.VGAD.Ethernet19.在嵌入式软件开发中，版本控制系统（如Git）的主要作用是（）。A.提高代码编写速度B.自动编译代码C.管理代码版本和协作开发D.优化代码结构20.嵌入式系统测试中，单元测试通常由谁执行？（）A.测试人员B.开发人员C.项目经理D.操作系统21.以下哪种技术不属于嵌入式系统常用的无线通信技术？（）A.BluetoothB.Wi-FiC.ZigbeeD.SATA22.嵌入式系统设计中，进行需求分析的主要目的是（）。A.设计硬件电路B.编写源代码C.确定系统需要实现的功能和性能指标D.选择开发工具23.当嵌入式系统中的任务优先级发生冲突时，RTOS通常采用何种策略来决定任务执行顺序？（）A.先来先服务（FCFS）B.时间片轮转（RoundRobin）C.优先级调度（PriorityScheduling）D.最短作业优先（SJF）24.以下哪种存储器断电后数据会丢失？（）A.RAMB.ROMC.FlashD.EPROM25.嵌入式系统设计中，硬件设计文档通常包括（）。A.源代码清单B.系统架构设计图C.测试用例D.用户操作手册二、综合应用题（共5题，每题10分，共50分）26.某嵌入式系统选用ARMCortex-M4微控制器，工作频率为120MHz。假设其中一段关键代码的执行时间为100纳秒（ns）。为了满足实时性要求，该代码段必须在多少微秒（µs）内完成？请解释你的计算过程。27.简述中断服务程序（ISR）的设计原则。在嵌入式系统中，ISR设计中需要注意哪些关键问题？28.假设你需要为一个嵌入式设备设计一个简单的软件定时器功能。该定时器需要能够产生一个在1秒到10秒之间可配置的定时中断。请简述实现该功能可能涉及的关键步骤和技术考虑。29.描述在嵌入式系统开发过程中，进行硬件调试通常涉及哪些主要步骤和方法。列举至少三种常用的硬件调试工具及其主要用途。30.阅读以下场景描述：一个嵌入式控制系统需要同时控制两个电机（MotorA和MotorB），电机驱动器分别连接到微控制器的两个独立PWM输出引脚。系统要求：MotorA以50%占空比连续运转，而MotorB需要实现每秒闪烁两次（即高电平0.5秒，低电平0.5秒）。请简述实现该功能的可能方法，包括需要考虑的硬件连接、软件设计要点（如PWM配置、延时或定时器使用等）。三、设计与编程题（共1题，共25分）31.假设你正在使用C语言为基于某种微控制器（如ARMCortex-M系列）的嵌入式系统开发一个简单的字符通过串口（UART）发送的功能。该微控制器具有一个内置的UART外设，其相关寄存器基地址位于`0x40013800`。假设UART的控制寄存器（CR）、状态寄存器（SR）、数据寄存器（DR）分别位于基地址的偏移地址`0x00`、`0x04`、`0x08`。控制寄存器CR的第0位（bit0）用于使能UART，第1位（bit1）用于设置发送使能。状态寄存器SR的第5位（bit5）用于指示数据寄存器是否为空（TXE）。请完成以下任务：a.编写一个函数`voidUART_SendChar(charch)`，用于将一个字符`ch`通过该UART外设发送出去。该函数需要等待数据寄存器准备好后再发送字符，并在发送前使能UART发送功能。请使用伪代码或C语言实现。b.简要说明你的函数如何检测数据寄存器是否为空，以及如何使能UART发送功能。c.如果需要配置UART的波特率（例如设置为9600bps），通常还需要设置UART的波特率发生器寄存器（BRG），假设该寄存器位于基地址的偏移地址`0x0C`，请简述设置波特率9600bps时，需要进行的计算和寄存器写入操作（无需实际编写代码，但需说明计算过程和目标值）。试卷答案一、选择题1.C2.C3.A4.B5.C6.B7.D8.C9.A10.C11.A12.D13.C14.B15.C16.C17.B18.A19.C20.B21.D22.C23.C24.A25.B二、综合应用题26.解析思路：首先明确1微秒（µs）等于1000纳秒（ns）。已知代码执行时间为100ns，需要将其转换为µs。计算方法是用100ns除以1µs等于多少ns，即100/1000=0.1µs。因此，该代码段必须在0.1微秒内完成。答案：该代码段必须在0.1微秒（0.1µs）内完成。计算过程为100ns/1000ns/µs=0.1µs。27.解析思路：ISR设计原则强调快速执行、最小化影响、避免复杂操作。关键问题包括：ISR执行时间应尽可能短；ISR内应避免调用可能导致阻塞或耗时操作的函数（如复杂算法、磁盘I/O）；ISR应避免直接修改全局变量或进行复杂逻辑判断，若需修改，应使用标志位，主程序循环中处理；ISR应处理好中断嵌套，合理安排中断优先级。答案：ISR的设计原则包括快速执行、最小化对主程序的影响、避免阻塞操作、保持简短和简单。关键问题包括ISR执行时间、避免调用阻塞函数、正确处理全局变量修改、中断嵌套和优先级管理。28.解析思路：实现可配置定时器中断涉及：选择合适的定时器硬件外设；编写初始化函数，配置定时器参数（如时钟源、预分频器）；编写定时器中断服务程序（ISR），在其中设置标志位或执行特定操作；在主循环或任务中检测标志位并执行相应动作；使用系统提供的函数或寄存器设置定时器的计数值，从而改变中断间隔时间。答案：关键步骤包括：选择并初始化定时器外设；配置定时器参数（时钟源、预分频）；编写ISR以响应中断；在中断服务程序中实现必要功能；通过设置计数值来调整定时间隔（1-10秒）。29.解析思路：硬件调试步骤通常包括：根据设计文档检查硬件连接（电路板、线缆、传感器、执行器）；使用万用表等基础工具测量电压、电流、电阻；使用逻辑分析仪或示波器观察信号时序、波形；使用仿真器或调试器设置断点，单步执行代码，观察变量值和程序执行流程；分析错误日志或状态指示。答案：主要步骤包括：检查硬件连接；使用万用表测量基本电气参数；使用逻辑分析仪/示波器观察信号；使用仿真器/调试器进行软件层面调试（断点、单步）；分析错误信息。常用工具有：万用表（测电压电流电阻）、逻辑分析仪（观察时序）、示波器（观察波形）、仿真器/调试器（软件调试）。30.解析思路：实现该功能，首先硬件上需要将MotorA和MotorB的驱动器分别连接到微控制器的两个PWM输出引脚。软件设计上，需要配置这两个PWM通道，设置MotorA的占空比为50%，MotorB使用定时器产生周期为1秒、高电平持续0.5秒、低电平持续0.5秒的方波信号，并将该信号输出到MotorB的驱动引脚。可以使用硬件定时器的比较输出功能或软件延时循环来实现MotorB的闪烁效果。答案：方法：硬件连接两个电机驱动器到MCU的PWM引脚。软件设计：1.配置PWM通道1，输出50%占空比信号至MotorA。2.配置PWM通道2或使用定时器：设置周期为1秒，比较值或延时0.5秒后输出高电平，再延时0.5秒输出低电平，驱动MotorB闪烁。三、设计与编程题31.解析思路：a.发送字符函数需先检查UART数据寄存器是否为空（通过读取状态寄存器检查TXE位）。若为空，则将字符写入数据寄存器。写入后，需要使能UART的发送使能位。b.检测TXE位为1表示数据寄存器空，写入字符后设置发送使能位。c.设置波特率通常需要计算波特率发生器（BRG）的值。计算公式通常为：BRG=(系统时钟频率/(波特率*(预分频器+1)))-1。需要根据系统时钟频率和目标波特率9600bps进行计算，得出BRG的值，然后写入BRG寄存器。a.答案：```cvoidUART_SendChar(charch){//等待数据寄存器为空while(!(UART_SR&(1<<5))){//假设TXE位是第5位//可以添加一些去抖动或超时处理}//向数据寄存器写入字符UART_DR=ch;//使能发送UART_CR|=(1<<1);//假设发送使能位是第1位//可选：清除发送使能位或等待发送完成//UART_CR|=(1<<1);//先使能//while(UART_CR&(1<<1)){}//等待完成或用其他方式确认}b.答案：函数通过轮询检查UART状态寄存器（UART_SR）的TXE位是否为1来判断数据寄存器是否为空。在写入数据寄存器（UART_D