2025年嵌入式系统设计考试试题及答案

2025年嵌入式系统设计考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在CortexM3内核中，NVIC最多可支持多少个外部中断通道？A.32  B.64  C.240  D.1024答案：C解析：CortexM3的NVIC规定最大支持240个外部IRQ，编号16~255，0~15为系统异常。2.某MCU的SysTick时钟源为内核时钟（HCLK）的8分频，HCLK=72MHz，若需产生1ms周期中断，重装载值应设为：A.8999  B.9999  C.8999×8  D.9999×8答案：A解析：SysTick_freq=HCLK/8=9MHz，1ms所需计数=9000，重装载值=90001=8999。3.在FreeRTOS中，下列关于队列发送函数xQueueSend()的描述正确的是：A.可在中断服务程序中直接调用B.若队列满则立即返回errQUEUE_FULLC.带有阻塞时间参数D.发送长度必须等于队列项大小答案：C解析：xQueueSend()内部调用xQueueGenericSend()，其形参xTicksToWait允许任务阻塞；中断级需用xQueueSendFromISR()。4.关于CAN报文标识符的位宽，CAN2.0B规范中扩展帧标识符长度为：A.11bit  B.18bit  C.29bit  D.32bit答案：C解析：标准帧11bit，扩展帧29bit，由IDE位区分。5.在I²C总线中，若主设备发送地址后未收到ACK，下一步应执行：A.重发地址  B.发送Stop  C.切换为接收模式  D.拉高SCL答案：B解析：I²C协议规定无ACK必须发送Stop终止本次传输，防止总线死锁。6.使用DMA双缓冲模式时，下列寄存器用于指示当前目标缓冲区的是：A.DMA_SxPAR  B.DMA_SxM0AR  C.DMA_SxM1AR  D.DMA_SxCR_CT答案：D解析：CT位（CurrentTarget）在DMA_SxCR寄存器中，0=存储器0，1=存储器1。7.在ARMGCC工具链中，将变量放入指定Flash段的属性语法为：A.__attribute__((section("flash")))  B.__flash  C.@".flash"  D.pragmalocation答案：A解析：GCC使用__attribute__((section("name")))实现段放置，其余为IAR或Keil语法。8.当MCU进入Stop模式后，下列外设仍可由LSE时钟运行的是：A.ADC  B.RTC  C.USBOTGFS  D.DMA答案：B解析：RTC独立供电域，可继续由LSE计时；其余外设主电源关闭即停止。9.在嵌入式Linux设备树中，用于声明GPIO号及标志的属性格式为：A.gpios=<&gpio150>;  B.gpio=<50>;  C.pin="GPIO1_5";  D.num=<&gpio15>;答案：A解析：标准gpios属性为phandle+偏移+标志，0表示默认低电平有效。10.对QSPIFlash执行原地执行（XIP）时，必须配置MCU的：A.MPU  B.NVIC  C.DMA  D.SYSCFG答案：A解析：XIP需将Flash映射区设为Cacheable、Executable，MPU负责属性划分。二、多项选择题（每题3分，共15分，多选少选均不得分）11.下列哪些机制可用于解决优先级反转问题：A.优先级继承  B.优先级天花板  C.禁止中断  D.时间片轮转  E.关调度器答案：A、B解析：优先级继承与天花板协议为实时系统经典方法；其余与反转无关。12.关于CortexM4的FPU，正确的有：A.支持单精度浮点  B.支持双精度浮点  C.提供32个32位寄存器组  D.使用CP10、CP11协处理器编号  E.默认上电即开启答案：A、C、D解析：M4FPU仅单精度，寄存器S0~S31，协处理器号10/11，上电默认关闭。13.在CANopen协议中，属于过程数据对象（PDO）映射步骤的有：A.设置PDO通信参数  B.配置映射条目数量  C.写入映射子索引内容  D.发送NMT启动命令  E.切换PDO到预操作状态答案：A、B、C解析：映射需先写映射条目数，再写各子索引，最后设COBID；NMT与映射无直接顺序。14.以下哪些技术可降低嵌入式系统EMI：A.展频时钟  B.地平面分割  C.缩短高速信号回流路径  D.提高驱动电流  E.使用屏蔽罩答案：A、C、E解析：展频、回流优化、屏蔽可抑制辐射；地平面分割不当反而增加EMI。15.在RS485差分总线中，必须满足：A.终端匹配120Ω  B.采用双绞线  C.主从式协议  D.共地  E.方向控制引脚答案：A、B、D、E解析：RS485物理层需终端、双绞、共地；方向控制由收发器DE/RE实现，协议拓扑不限主从。三、判断改错题（每题2分，共10分，先判对错，若错需给出正确表述）16.在LittleEndian系统中，32位数0x12345678在地址0x2000处的字节顺序为0x120x340x560x78。答案：错。正确顺序应为0x780x560x340x12。17.使用静态RAM作为TFT显存时，无需考虑刷新率即可防止图像闪烁。答案：错。静态RAM虽不需刷新，但LCD面板需持续刷新数据，仍需考虑帧率。18.在FreeRTOS中，若configUSE_PREEMPTION设为0，则高优先级任务无法抢占低优先级任务，但中断仍可打断任务。答案：对。19.当Boot0引脚拉高时，STM32必然从系统存储区启动，与用户程序无关。答案：错。仅当选项字节nBOOT1=1且Boot0=1时才进入系统Loader；若nBOOT1=0则进入SRAM启动。20.看门狗复位属于冷启动，因此RAM内容会被完全清零。答案：错。看门狗复位为热启动，SRAM内容通常保持，仅上电复位才彻底清零。四、简答题（每题6分，共18分）21.描述在STM32中实现“一键升级”Bootloader的最小功能集合，并说明如何确保升级过程掉电安全。答案要点：1.双分区架构：Bank0运行APP，Bank1存放新固件；2.升级标志：Flash末尾设置镜像有效标志（magic+CRC32）；3.掉电保护：先写新固件到Bank1，校验通过后，置位“swappending”标志，再擦除Bank0头部，最后原子写入“swapdone”；4.启动流程：Bootloader检测标志，若Bank0无效且Bank1有效则复制并跳转；5.回滚：若新固件启动失败，看门狗触发复位，Bootloader检测到“swapdone”但APP未在限时内清除“alive”标志，则回滚旧镜像。解析：关键在于“写校验原子切换”三步，确保任何时刻至少有一个完整可启动镜像。22.解释优先级反转现象，并给出采用优先级继承协议时任务状态转换的时序。答案：假设低任务L持有资源S，高任务H请求S被阻塞，中等任务M抢占L，导致H间接被M阻塞。优先级继承：L临时继承H的优先级，释放S后恢复原始优先级。时序：t0：L获得S，优先级=L；t1：H请求S，进入阻塞，L继承H优先级；t2：M就绪，因L优先级>M，无法抢占；t3：L释放S，优先级恢复，H立即抢占运行；t4：H完成，M运行。解析：通过临时提升，避免M长时间抢占，缩短H阻塞时间。23.某传感器通过SPI以20MHz连续输出16bit数据，MCU主频72MHz，采用DMA双缓冲接收。请计算理论最高采样率，并说明如何验证无丢包。答案：SPI时钟20MHz，16bit=2Byte，传输时间=2×8/20M=0.8µs，理论采样率=1/0.8µs=1.25MSps。DMA双缓冲可无缝切换，MCU只需处理缓冲区满中断，72MHz下处理时间<<0.8µs，CPU负载<1%。验证：在缓冲区首尾放置递增序列号，主循环检查序列连续；同时GPIO翻转测频，与理论值误差<0.1%即无丢包。解析：瓶颈在SPI时钟，DMA仅降低CPU开销，不影响物理极限。五、综合设计题（共37分）24.智能车载节点设计（25分）背景：设计一个基于STM32F407的车载网关，需同时采集4路CAN报文、1路LIN主节点、1路以太网100BaseTX，并将过滤后的数据通过MQTT上传云端。要求：a)画出系统时钟树，说明为何选择25MHz外部晶振；b)给出CAN过滤器配置，仅接收ID为0x180~0x18F、0x200~0x20F的扩展帧；c)说明如何以零拷贝方式将CAN报文封装成JSON并通过lwIP发送；d)若以太网需支持TSN时间同步，评估STM32F407是否胜任，如不能提出替代方案；e)列出软件任务划分及优先级分配，论证实时性。参考答案：a)25MHz晶振经PLL倍频得168MHz系统时钟，同时25MHz为以太网PHY提供REFCLK，省去额外晶振；b)CAN1设32位扩展ID掩码模式，FilterIdHigh=0x180<<3，FilterMaskIdHigh=0xFF0<<3，FilterIdLow=0x200<<3，FilterMaskIdLow=0xFF0<<3，关联FIFO0；c)定义结构体can_json_t，使用u8_tbuf[256]作为lwIPpbufpayload指针，DMA将CAN数据直接搬入buf，snprintf填充JSON头部，pbuf_ref=1避免拷贝；d)STM32F407无硬件TSN（无gPTP、无硬件时间戳），误差>1ms，不满足车载802.1AS；改用STM32H7+DP83869HM+Linux+ptp4l，或采用S32K3TSNMAC；e)任务划分：•Task_ETH，优先级6，处理lwIP主循环；•Task_CAN_RX，优先级5，阻塞在队列，收到后发布MQTT；•Task_LIN，优先级4，主调度表2ms时隙；•Task_JSON，优先级3，CPU密集，时间片10ms；•Task_CLOUD，优先级2，低功耗间歇运行；•IDLE钩子喂独立看门狗。论证：CAN_RX高于ETH，确保报文不丢；LIN主节点时隙固定，用硬件定时器释放信号量，抖动<100µs。25.代码阅读与补全（12分）以下代码意图在CortexM4上实现无锁环形缓冲，但存在两处错误，请指出并修正，同时补全空缺的内存屏障。```ctypedefstruct{uint32_twr;uint32_trd;uint32_tmask;uint32_tbuf[256];}ring_t;boolring_put(ring_tq,uint32_tval){uint32_twr=q>wr;uint32_tnext=(wr+1)&q>mask;if(next==q>rd)returnfalse;q>buf[wr]=val;/空缺1/q>wr=next;returntrue;}boolring_get(ring_tq,uint32_tval){uint32_trd=q>rd;if(rd==q>wr)returnfalse;val=q>buf[rd];/空缺2/q>rd=(rd+1)&q>mask;returntrue;}```答案：错误1：写操作后未释放内存屏障，导致编译器重排，读端