2025年计算机三级嵌入式技能考核试题及答案

2025年计算机三级嵌入式技能考核试题及答案一、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定义的描述中，正确的是（）。A.以通用计算机为核心，扩展特定功能的系统B.以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪的专用计算机系统C.仅包含微控制器（MCU）的小型电子设备D.运行Windows或Linux操作系统的桌面级计算机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.48D.2403.某嵌入式系统使用I2C总线连接温湿度传感器，若SCL时钟频率为400kHz，传输一个8位数据位的时间约为（）。A.2μsB.2.5μsC.5μsD.10μs4.以下不属于实时操作系统（RTOS）核心特性的是（）。A.任务抢占式调度B.内存虚拟管理C.确定的任务响应时间D.中断延迟可控5.某嵌入式系统需要存储512KB的程序代码和128KB的运行时数据，合理的存储方案是（）。A.程序存储使用NORFlash，数据存储使用SRAMB.程序存储使用NANDFlash，数据存储使用DRAMC.程序存储使用EEPROM，数据存储使用NORFlashD.程序存储使用SRAM，数据存储使用NANDFlash6.以下关于嵌入式系统低功耗设计的描述中，错误的是（）。A.空闲时关闭非必要外设时钟B.使用低功耗模式（如睡眠模式）替代运行模式C.提高CPU主频以加速任务执行，减少总运行时间D.选择静态功耗更低的处理器型号7.SPI总线的四根信号线中，用于主设备发送数据的是（）。A.SCKB.MOSIC.MISOD.SS8.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C.处理用户输入输出D.实现网络通信协议9.以下ARM指令中，属于Thumb2扩展指令集的是（）。A.LDRR0,[R1]B.ADD.WR0,R1,R2C.MOVR0,0xFFD.BXLR10.某32位嵌入式处理器的地址总线为30位，其可寻址的最大内存空间是（）。A.1GBB.2GBC.4GBD.8GB11.以下关于μC/OSII操作系统的描述中，正确的是（）。A.支持多任务抢占式调度，任务数无限制B.内核不支持时间片轮转调度C.所有任务优先级必须唯一D.不支持信号量、消息队列等同步机制12.嵌入式系统中，ADC（模数转换器）的分辨率为12位，参考电压为3.3V，其最小可分辨电压为（）。A.0.8mVB.1.6mVC.3.3mVD.6.6mV13.以下不属于嵌入式系统硬件开发流程的阶段是（）。A.需求分析B.PCB设计C.操作系统移植D.逻辑综合与布局布线14.某嵌入式系统需要实现CAN总线通信，若波特率设置为500kbps，总线位时间由16个时间量子（TQ）组成，则每个TQ的时长为（）。A.0.25μsB.0.5μsC.1μsD.2μs15.以下关于嵌入式Linux系统的描述中，错误的是（）。A.支持设备驱动程序模块化加载B.内核需要针对具体硬件裁剪C.文件系统必须使用EXT4格式D.可以通过交叉编译工具链生成目标代码二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。每题至少有2个正确选项，错选、漏选均不得分）1.以下属于ARMCortexM4处理器特性的有（）。A.支持单周期乘法和浮点运算（FPU）B.哈佛架构，指令与数据总线分离C.集成内存保护单元（MPU）D.仅支持Thumb2指令集2.嵌入式系统中常用的串行通信接口包括（）。A.UARTB.SPIC.PCIeD.I2C3.以下关于嵌入式系统调试的描述中，正确的有（）。A.JTAG接口可用于在线仿真和程序下载B.逻辑分析仪可捕获总线时序信号C.串口调试助手可通过UART接口输出调试日志D.调试时需关闭所有中断以避免干扰4.嵌入式系统电源管理的常用技术包括（）。A.动态电压频率调整（DVFS）B.外设时钟门控（ClockGating）C.电池电量监测（FuelGauge）D.虚拟内存分页5.以下关于嵌入式软件设计的描述中，符合实时性要求的有（）。A.关键任务设置高优先级，非关键任务设置低优先级B.使用抢占式调度替代合作式调度C.避免在中断服务程序（ISR）中执行耗时操作D.所有任务均采用循环查询方式实现三、填空题（共5题，每题3分，共15分）1.嵌入式系统中，片上系统（SoC）通常集成了CPU、存储器、外设接口和__________（填写核心组件）。2.ARMCortexM系列处理器的NVIC支持中断优先级分组，若配置为4位抢占优先级和0位子优先级，则最多可支持__________个不同的抢占优先级。3.SPI总线的四种工作模式由时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）决定，其中CPOL=1表示SCL时钟线空闲时为__________（填写高电平或低电平）。4.嵌入式实时操作系统中，任务切换的触发条件通常包括定时器中断、任务等待事件（如信号量）或__________（填写另一种常见触发条件）。5.某嵌入式系统使用32位处理器，其数据总线为32位，若访问一个半字（16位）数据，地址线的最低__________位（填写数字）必须为0，以保证对齐访问。四、简答题（共4题，第12题每题6分，第34题每题8分，共28分）1.（封闭型）简述嵌入式系统中“硬实时”与“软实时”的区别，并各举一个应用场景。2.（封闭型）ARM处理器的Thumb指令集与ARM指令集相比有何优势？为何CortexM系列仅支持Thumb2指令集？3.（开放型）设计一个基于STM32的温湿度监测系统，需实现：通过DHT11传感器采集数据（单总线协议）、通过LCD1602显示数据、通过UART将数据发送至PC。请说明硬件设计的关键步骤（至少列出4项）。4.（开放型）某嵌入式系统需要处理周期性数据采集（周期10ms）和用户按键响应（延迟需<5ms），现有任务调度方案为：主循环中查询采集标志位，采集完成后处理数据；按键通过外部中断检测，中断服务程序中设置标志位，主循环中处理按键。分析该方案的实时性问题，并提出改进建议。五、综合应用题（共1题，12分）某嵌入式系统需实现电机转速控制，要求如下：处理器：STM32F407（CortexM4，72MHz主频）传感器：正交编码器（每转输出1000个脉冲，A/B相正交）执行器：直流电机（通过PWM控制转速，PWM频率20kHz）控制算法：PID控制（采样周期20ms）任务1：设计正交编码器的信号采集方案，要求测量电机转速（单位：转/分钟，rpm）。需说明：（1）使用的STM32外设模块（如定时器的具体模式）；（2）转速计算的公式（假设在时间T内捕获到N个脉冲）。任务2：设计PWM输出方案，要求占空比范围0%100%，精度1%。需计算：（1）定时器预分频系数（PSC）和自动重装载值（ARR）；（2）占空比与比较匹配值（CCR）的关系式。任务3：分析PID控制任务的调度实现，说明如何在STM32上保证20ms的采样周期（需涉及RTOS或定时器中断的具体配置）。2025年全国计算机等级考试三级嵌入式系统开发技术技能考核试题答案一、单项选择题1.B2.D3.B（400kHz时钟周期为2.5μs，每个数据位占1个时钟周期）4.B（RTOS通常不支持虚拟内存）5.A（程序代码需掉电保存，NORFlash适合；数据存储需高速，SRAM适合）6.C（提高主频会增加功耗）7.B8.B9.B（Thumb2支持32位扩展指令，如ADD.W）10.A（30位地址总线可寻址2^30=1GB）11.C（μC/OSII任务优先级唯一，最多64个任务）12.A（3.3V/(2^12)=3.3/4096≈0.8mV）13.C（操作系统移植属于软件开发流程）14.A（500kbps波特率，每位时间2μs；16个TQ，每个TQ=2μs/16=0.25μs）15.C（嵌入式Linux支持多种文件系统，如YAFFS、UBIFS）二、多项选择题1.ABC（CortexM4支持FPU，哈佛架构，MPU；支持Thumb2和Thumb指令）2.ABD（PCIe是高速并行总线）3.ABC（调试时无需关闭所有中断）4.ABC（虚拟内存分页是桌面OS技术）5.ABC（循环查询无法保证实时性）三、填空题1.片上外设（或：外设控制器/IP核）2.16（2^4=16）3.高电平4.更高优先级任务就绪（或：中断触发任务切换）5.1（半字对齐要求地址最低1位为0）四、简答题1.区别：硬实时要求任务必须在截止时间内完成，否则导致系统失效；软实时允许任务偶尔超期，仅影响性能。场景：硬实时如汽车安全气囊触发（必须在碰撞后10ms内完成）；软实时如视频流播放（偶尔卡顿可接受）。2.优势：Thumb指令集为16位，代码密度高（节省存储空间）；CortexM系列面向低功耗、小存储场景，Thumb2融合16位和32位指令，兼顾代码密度与性能，无需ARM指令集即可满足需求。3.硬件设计关键步骤：（1）电源模块：确保3.3V/5V供电稳定（DHT11需5V，STM32需3.3V，需LDO或DCDC转换）；（2）传感器接口：DHT11数据引脚接STM32GPIO（需上拉电阻），配置为开漏输出/输入；（3）LCD接口：LCD1602的RS、R/W、E控制引脚接GPIO，数据总线（D0D7）接GPIO或使用I2C转接模块简化布线；（4）UART接口：通过MAX3232电平转换芯片连接STM32的UART引脚（TTL电平转RS232），或直接使用USB转TTL模块（如CH340）连接PC。4.实时性问题：（1）数据采集采用查询方式，若主循环被其他任务阻塞，可能错过10ms周期；（2）按键处理在主循环中延迟执行，可能超过5ms延迟要求。改进建议：（1）数据采集使用定时器中断（10ms周期）触发，中断服务程序（ISR）中置位标志位，主循环仅处理数据；（2）按键检测使用外部中断（上升/下降沿触发），ISR中记录按键时间戳，通过RTOS（如FreeRTOS）的任务通知或消息队列立即唤醒按键处理任务（高优先级），确保延迟<5ms；（3）引入RTOS进行任务调度，将数据采集、按键处理设为独立任务，根据优先级抢占执行。五、综合应用题任务1：（1）使用STM32的高级定时器（如TIM1/TIM8）或通用定时器（如TIM2TIM5）的正交编码器模式。配置定时器为编码器模式（TI1和TI2输入），自动捕获A/B相脉冲，利用边沿检测计数（每转4倍频，实际脉冲数=1000×4=4000）。（2）转速公式：转速(rpm)=(N/4000)/(T/60)=(N×60)/(4000×T)=(3N)/(200T)（T单位：秒）。任务2：（1）PWM频率=20kHz，周期=50μs。STM32定时器时钟为72MHz（假设APB1预分频为1，定时器时钟=72MHz）。PWM周期=(PSC+1)×(ARR+1)/72MHz=50μs→(PSC+1)×(ARR+1)=72MHz×50μs=3600。取PSC=35（35+1=36），则ARR+1=3600/36=100→ARR=99。（2）占空比D=CCR/(ARR+1)×100%→CCR=D×(ARR+1)/100=D×1（因ARR+1=100），即CCR=D（D范围0100）。任务3：使用定时器中断或RTOS任务调度保证20ms采样周期：定时器中断方案：配置通用定时器（如TIM6），中断周期20ms（计数频率=72MHz/(PS