计算机三级考试嵌入式系统开发技术上机试题及答案

计算机三级考试嵌入式系统开发技术上机试题及答案一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.以下关于嵌入式系统的描述中，错误的是（）。A.嵌入式系统通常具有实时性要求B.嵌入式系统的硬件可裁剪性强C.嵌入式系统必须运行操作系统D.嵌入式系统的软件需与硬件深度耦合2.ARMCortexM3处理器的NVIC（嵌套向量中断控制器）最多支持（）个可屏蔽中断。A.16B.32C.60D.2403.以下不属于I2C总线信号的是（）。A.SCLB.SDAC.CSD.停止位4.某嵌入式系统使用UART通信，波特率为115200，数据位8位，停止位1位，无奇偶校验。则每秒最多可传输的字符数约为（）。A.11520B.9600C.1047D.8005.在FreeRTOS中，若任务A的优先级为3，任务B的优先级为5，任务C的优先级为3，且当前运行任务为A，当任务B进入就绪态时，系统会（）。A.继续运行任务AB.切换至任务B运行C.切换至任务C运行D.进入空闲任务6.以下关于GPIO（通用输入输出）的描述中，正确的是（）。A.所有GPIO引脚均可配置为模拟输入模式B.开漏输出模式下，引脚需外接上拉电阻才能输出高电平C.推挽输出模式下，引脚无法输出高阻态D.输入模式下，GPIO内部必须启用上拉或下拉电阻7.嵌入式系统中，Bootloader的主要功能是（）。A.管理文件系统B.初始化硬件并加载操作系统内核C.处理中断请求D.提供图形用户界面8.以下ARMCortexM处理器中，支持硬件浮点运算单元（FPU）的是（）。A.CortexM0B.CortexM3C.CortexM4D.CortexM0+9.某嵌入式系统需要实时采集温度传感器数据（精度±0.1℃），应优先选择的ADC（模数转换器）位数为（）。A.8位B.10位C.12位D.16位10.在嵌入式Linux系统中，设备驱动程序的加载方式不包括（）。A.静态编译进内核B.通过insmod命令动态加载C.通过rmmod命令动态卸载D.通过用户空间应用程序直接编写11.以下关于SPI总线的描述中，错误的是（）。A.支持全双工通信B.主从模式下，每个从设备需要独立的片选信号C.通信速率通常低于I2C总线D.数据传输通过MOSI和MISO引脚完成12.嵌入式系统低功耗设计中，不属于软件优化策略的是（）。A.关闭空闲外设时钟B.使用睡眠模式C.优化算法减少计算量D.选择低功耗硬件芯片13.在STM32HAL库中，初始化UART外设的函数是（）。A.HAL_UART_Init()B.HAL_UART_Transmit()C.HAL_UART_Receive()D.HAL_UART_IRQHandler()14.以下关于实时操作系统（RTOS）的描述中，错误的是（）。A.硬实时系统必须在规定时间内完成任务B.软实时系统允许任务延迟但需保证整体性能C.RTOS的任务调度算法通常采用抢占式D.RTOS的任务切换开销一定小于非实时操作系统15.某嵌入式系统需要存储用户配置参数（需掉电保存，容量约2KB），最适合的存储介质是（）。A.SRAMB.NORFlashC.NANDFlashD.EEPROM二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。多选、错选不得分，少选得1分）1.以下属于嵌入式系统典型应用场景的有（）。A.智能手机B.工业机器人C.超级计算机D.智能手表2.ARMCortexM处理器的异常类型包括（）。A.复位B.中断C.系统服务调用（SVC）D.错误异常（HardFault）3.I2C总线的通信过程包括（）。A.起始条件B.地址帧传输C.数据帧传输D.停止条件4.FreeRTOS的任务状态包括（）。A.运行态B.就绪态C.阻塞态D.挂起态5.嵌入式系统开发中，常用的调试工具包括（）。A.JLinkB.STLinkC.逻辑分析仪D.示波器三、填空题（共10空，每空2分，共20分）1.ARMCortexM3/M4处理器的寄存器组中，R13通常用作______寄存器。2.嵌入式系统中，______总线是一种高速串行差分传输总线，广泛用于显示设备连接（如LCD）。3.在UART通信中，______位用于指示数据帧的结束，通常为1位或2位。4.FreeRTOS中，______函数用于创建任务，其参数包括任务句柄、任务名称、堆栈大小等。5.STM32系列微控制器的FLASH存储器主要用于存储______代码。6.I2C总线的标准通信速率为______kbps，快速模式可支持400kbps。7.嵌入式系统中，______（缩写）是一种实时操作系统内核，由风河公司开发，广泛应用于航空航天领域。8.ADC的转换精度主要由______位数决定，位数越多，精度越高。9.在GPIO配置中，______模式适用于需要读取外部信号且外部信号可能处于高阻态的场景。10.嵌入式Linux系统中，______文件系统通常用于存储内核和启动参数，具有只读、压缩等特点。四、简答题（共4题，共25分）1.（6分，封闭型）简述ARMCortexM处理器中NVIC的主要功能。2.（6分，封闭型）说明SPI总线与I2C总线在通信方式上的主要区别（至少列出3点）。3.（6分，开放型）某嵌入式系统需要采集温度传感器（输出03.3V模拟信号），请设计硬件接口电路并说明ADC配置要点（假设微控制器为STM32F407，ADC为12位，参考电压3.3V）。4.（7分，开放型）在FreeRTOS中，若需要实现两个任务（任务A和任务B）之间的同步，可采用哪些方法？并简要说明每种方法的适用场景。五、应用题（共2题，共30分）1.（15分，计算与分析类）某嵌入式系统使用STM32F103微控制器（系统时钟72MHz）通过UART与PC通信，要求波特率为9600，数据位8位，停止位1位，无奇偶校验。（1）计算UART波特率寄存器（USART_BRR）的配置值（需写出计算过程，STM32的波特率计算公式：波特率=系统时钟/(16×USART_BRR)）；（2）若实际测量发现通信过程中存在误码，可能的原因有哪些？（至少列出3点）2.（15分，综合设计类）设计一个基于STM32的温湿度监控系统，要求：（1）使用DHT11温湿度传感器（单总线协议）采集数据；（2）通过LCD1602显示温湿度值；（3）当温度超过30℃时，控制蜂鸣器报警；（4）画出系统硬件架构图（标注主要模块）；（5）写出主程序的关键代码逻辑（使用HAL库，包括初始化、数据采集、显示、报警判断部分）。参考答案一、单项选择题1.C（部分简单嵌入式系统无需操作系统，如单片机裸机程序）2.D（CortexM3支持240个可屏蔽中断+16个系统异常）3.C（CS是SPI的片选信号，I2C使用SCL和SDA）4.C（每个字符占10位，115200/10=11520，但实际需考虑帧间隔，约1047字符/秒）5.B（FreeRTOS采用抢占式调度，高优先级任务就绪时立即切换）6.B（开漏输出需上拉电阻才能输出高电平，推挽输出可直接输出高低电平）7.B（Bootloader负责初始化硬件并加载内核，是启动阶段的关键程序）8.C（CortexM4支持FPU，M0/M3/M0+无硬件浮点）9.C（12位ADC分辨率=3.3V/4096≈0.8mV，满足±0.1℃精度需求）10.D（驱动程序需在内核空间运行，用户程序无法直接编写驱动）11.C（SPI速率通常高于I2C，可达几十Mbps）12.D（选择低功耗芯片属于硬件设计，非软件优化）13.A（HAL_UART_Init()用于初始化，Transmit/Receive是收发函数）14.D（RTOS任务切换开销可能更大，因需保证实时性）15.D（EEPROM适合小容量掉电保存，NORFlash容量较大，NANDFlash适合大容量存储）二、多项选择题1.ABD（超级计算机属于通用计算机，非嵌入式）2.ABCD（CortexM的异常包括复位、中断、SVC、HardFault等）3.ABCD（I2C通信包含起始、地址、数据、停止条件）4.ABCD（FreeRTOS任务状态：运行、就绪、阻塞、挂起）5.ABCD（JLink/STLink用于调试，逻辑分析仪/示波器用于信号分析）三、填空题1.栈指针（SP）2.LVDS（低压差分信号）3.停止4.xTaskCreate5.应用程序（或用户）6.1007.VxWorks8.ADC9.输入浮空（或浮空输入）10.UBI（或UBoot）四、简答题1.NVIC主要功能：（1）管理中断优先级（支持中断嵌套）；（2）配置中断使能/禁用；（3）处理中断挂起和清除；（4）支持向量中断，快速定位中断服务程序（ISR）入口地址。2.SPI与I2C通信方式区别：（1）接口信号：SPI使用SCLK、MOSI、MISO、CS（多线）；I2C使用SCL、SDA（双线）。（2）通信模式：SPI支持全双工；I2C为半双工。（3）寻址方式：SPI通过CS引脚选择从机；I2C通过从机地址（7位或10位）寻址。（4）速率：SPI速率通常高于I2C（可达几十MbpsvsI2C的400kbps/1Mbps）。3.硬件接口电路设计：（1）温度传感器输出通过RC滤波电路（如1kΩ电阻+100nF电容）连接至STM32F407的ADC输入引脚（如PA0）；（2）确保传感器电源与STM32共地，参考电压为3.3V。ADC配置要点：（1）分辨率设置为12位；（2）采样时间选择（如28.5个ADC时钟周期，平衡精度与速度）；（3）参考电压配置为VREF+（3.3V）；（4）转换模式选择单次转换或连续转换；（5）使能ADC中断（若需DMA传输则配置DMA）。4.任务同步方法及场景：（1）信号量（Semaphore）：适用于资源共享或任务间事件通知（如任务A完成数据采集后释放信号量，任务B获取信号量后处理数据）。（2）事件组（EventGroup）：适用于多事件触发（如任务A需等待任务B和任务C均完成才继续执行）。（3）互斥量（Mutex）：适用于共享资源的互斥访问（如两个任务同时访问串口时，需互斥量保证独占使用）。（4）队列（Queue）：适用于任务间数据传递（如任务A将采集的数据通过队列发送给任务B处理）。五、应用题1.（1）波特率计算：系统时钟=72MHz=72,000,000Hz波特率=72,000,000/(16×USART_BRR)=9600USART_BRR=72,000,000/(16×9600)=72,000,000/153,600=468.75STM32中，USART_BRR的高4位为整数部分（468=0x1D4），低4位为小数部分（0.75×16=12=0xC），因此配置值为0x1D4C。（2）误码可能原因：①波特率配置误差（如晶振精度不足导致实际波特率偏差）；②硬件干扰（如电源噪声、布线不合理导致信号失真）；③数据位/停止位/校验位配置与对端不一致；④接收缓冲区溢出（未及时处理接收数据）；⑤通信线过长导致信号衰减（需增加驱动或使用差分传输）。2.（1）硬件架构图（标注模块）：STM32主控芯片（如STM32F103C8T6）→DHT11（单总线连接至GPIO）→LCD1602（I2C或并行接口）→蜂鸣器（GPIO控制）→电源模块（3.3V/5V供电）。（2）主程序关键代码逻辑（HAL库）：```cinclude"stm32f1xx_hal.h"include"dht11.h"include"lcd1602.h"UART_HandleTypeDefhuart1;GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStruct;//初始化函数voidSystem_Init(void){HAL_Init();SystemClock_Config();//配置系统时钟72MHz//初始化DHT11引脚（PA1）__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();GPIO_InitStruct.Pin=GPIO_PIN_1;GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull=GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);//初始化LCD1602（假设使用I2C接口，PB6/SCL,PB7/SDA）LCD1602_Init();//初始化蜂鸣器（PA2）GPIO_InitStruct.Pin=GPIO_PIN_2;GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;HAL_GPIO_Init(G