2025年计算机三级嵌入式技能试题及答案

2025年计算机三级嵌入式技能试题及答案一、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实时性的描述中，正确的是（）。A.软实时系统允许任务偶尔超时，硬实时系统必须严格满足时间约束B.硬实时系统的任务响应时间必须小于1ms，软实时系统无明确要求C.实时性仅与操作系统调度算法有关，与硬件无关D.实时系统的任务优先级由任务执行时间决定2.某嵌入式系统使用ARMCortexM4处理器，其支持的指令集是（）。A.ARMv6MB.ARMv7MC.ARMv8AD.Thumb23.以下哪种总线协议支持多主设备竞争，且采用漏极开路输出实现线与（）？A.SPIB.I2CC.UARTD.CAN4.嵌入式系统中，Bootloader的主要功能不包括（）。A.初始化硬件（如时钟、内存）B.从存储介质加载操作系统到内存C.实现设备驱动程序的动态加载D.提供调试接口（如串口、JTAG）5.若某ADC的分辨率为12位，参考电压为3.3V，则其最小可检测电压增量为（）。A.0.805mVB.1.61mVC.3.22mVD.6.44mV6.以下实时操作系统（RTOS）中，属于开源且支持抢占式调度的是（）。A.VxWorksB.QNXC.FreeRTOSD.μC/OSII（版本I）7.嵌入式系统低功耗设计中，“动态电压频率调整（DVFS）”的核心目的是（）。A.提高系统峰值性能B.降低静态功耗（漏电流）C.根据负载调整功耗D.简化电源管理电路8.某嵌入式系统需要连接5个独立的GPIO外设，每个外设需要8位I/O口，最合理的IO扩展方案是（）。A.使用5片74HC595（8位串转并移位寄存器）B.使用1片MCP23017（16位I2C接口GPIO扩展芯片）C.直接使用处理器内部GPIO口（假设内部有40个可用GPIO）D.使用SPI接口的AD7303（8通道ADC）9.以下关于嵌入式Linux设备树（DeviceTree）的描述中，错误的是（）。A.设备树用于描述硬件平台的物理结构B.设备树替代了内核中大部分硬编码的硬件信息C.设备树必须包含所有外设的中断号、地址等细节D.设备树文件的扩展名为.dts10.若嵌入式系统需要实现“1秒周期内采样100次温度传感器”，则ADC的采样频率至少应为（）。A.100HzB.200HzC.1000HzD.无明确要求，只要1秒内完成100次即可11.以下ARMCortexM系列处理器中，支持浮点运算单元（FPU）的是（）。A.CortexM0+B.CortexM3C.CortexM4D.CortexM2312.嵌入式系统中，NORFlash与NANDFlash的主要区别是（）。A.NORFlash支持随机读写，NANDFlash适合大容量存储B.NORFlash擦除速度快，NANDFlash读写速度快C.NORFlash无坏块问题，NANDFlash需坏块管理D.NORFlash基于EEPROM技术，NANDFlash基于SRAM技术13.某UART通信设置为波特率115200、8位数据位、1位停止位、无校验位，其有效数据传输速率为（）。A.115200bpsB.104727bpsC.92160bpsD.88615bps14.以下不属于嵌入式系统硬件抽象层（HAL）功能的是（）。A.封装GPIO、UART等外设的底层操作B.提供跨平台的统一接口（如HAL_GPIO_WritePin）C.实现TCP/IP协议栈的网络通信D.处理硬件中断的底层响应15.嵌入式系统开发中，JTAG接口的主要作用是（）。A.程序下载与调试B.高速数据传输C.电源供电D.模拟信号采集二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。每题至少2个正确选项，错选、漏选均不得分）16.以下属于嵌入式系统典型特征的有（）。A.专用性强，面向特定应用B.资源受限（如内存、计算能力）C.必须运行Linux操作系统D.实时性要求高（部分场景）17.嵌入式处理器选型时，需要考虑的关键因素包括（）。A.指令集架构（如ARM、RISCV）B.片上外设（如ADC、PWM数量）C.工作温度范围（如工业级40℃~85℃）D.开发工具链支持（如是否支持Keil、IAR）18.以下关于I2C总线的描述中，正确的有（）。A.仅需SCL（时钟线）和SDA（数据线）两根信号线B.每个从设备有唯一的7位或10位地址C.支持多主设备竞争，通过仲裁机制解决冲突D.最高传输速率可达10Mbps（高速模式）19.嵌入式系统低功耗设计的常用策略包括（）。A.使用低功耗模式（如STOP、SLEEP）B.关闭空闲外设的时钟（如GPIO、UART）C.提高处理器工作频率以缩短任务执行时间D.选择静态功耗更低的处理器（如CortexM0+）20.以下关于嵌入式系统调试的描述中，正确的有（）。A.可以通过串口输出调试信息（如printf重定向）B.在线调试器（如STLink）通过SWD或JTAG接口连接C.逻辑分析仪可用于分析总线信号（如SPI时序）D.模拟器（如QEMU）无法模拟硬件中断行为三、填空题（共10空，每空2分，共20分）21.嵌入式系统的核心组成包括______、______和______（硬件、软件、应用场景三要素）。22.ARMCortexM处理器的异常优先级中，______（如复位、NMI）的优先级高于普通中断。23.实时操作系统的调度算法中，______调度（如FreeRTOS默认）允许高优先级任务抢占低优先级任务的执行。24.某SPI通信中，主设备设置CPOL=1（时钟空闲高电平）、CPHA=1（数据在时钟第二个边沿采样），则其工作模式为______（填模式编号，如Mode0）。25.嵌入式Linux系统中，根文件系统（rootfs）的常见格式包括______（至少填2种）。26.若某32位嵌入式处理器的地址总线为24位，则其可寻址的内存空间为______MB。27.嵌入式系统中，DMA（直接内存访问）的主要作用是______，从而减轻CPU负担。四、简答题（共4题，第28~30题每题6分，第31题7分，共25分）28.（封闭型）简述嵌入式系统中“实时性”与“分时系统”的核心区别。29.（封闭型）列举3种常见的嵌入式操作系统，并说明其典型应用场景。30.（开放型）某嵌入式设备需要通过4G模块上传传感器数据，设计其软件架构时需考虑哪些关键问题？（至少4点）31.（分析型）某基于CortexM4的系统中，ADC采样频率不稳定，可能的硬件或软件原因有哪些？（至少5点）五、综合应用题（共1题，20分）32.设计一个基于STM32F407（CortexM4）的温湿度监测系统，要求：（1）硬件部分：选择温湿度传感器（需说明型号及接口类型）、设计最小系统（包括电源、时钟、调试接口）；（2）软件部分：编写主程序框架（伪代码），包含初始化、数据采集、串口发送流程；（3）通信设计：选择与上位机的通信协议（如ModbusRTU），说明帧格式及校验方式。参考答案及解析一、单项选择题1.A（硬实时系统必须严格满足时间约束，软实时系统允许偶尔超时；实时性与硬件（如处理器速度）和软件（调度算法）均有关；任务优先级通常由用户设定）2.B（CortexM4基于ARMv7M架构，支持Thumb2指令集）3.B（I2C使用漏极开路输出，支持多主设备仲裁）4.C（Bootloader不负责动态加载驱动，驱动由操作系统管理）5.A（3.3V/(2^121)=3.3/4095≈0.805mV）6.C（FreeRTOS开源，支持抢占式调度；μC/OSIIV1仅支持合作式调度）7.C（DVFS根据负载调整电压和频率，降低动态功耗）8.B（MCP23017通过I2C扩展16位GPIO，5个外设仅需8×5=40位，1片MCP23017提供16位，需3片，但比5片74HC595（需5路SPI）更简洁；若内部GPIO足够则选C，但题目未明确，故B更合理）9.C（设备树只需描述与内核相关的硬件信息，非所有细节）10.A（1秒100次即100Hz，采样频率需≥信号最高频率的2倍，但温度信号变化缓慢，100Hz足够）11.C（CortexM4集成FPU，M0+、M3、M23无）12.A（NOR支持随机读写，适合代码存储；NAND容量大，适合数据存储）13.C（有效数据速率=波特率×数据位/(数据位+停止位+校验位)=115200×8/(8+1+0)=102400bps？实际应为：每个字符占1起始位+8数据位+1停止位=10位，有效数据速率=115200×8/10=92160bps，选C）14.C（HAL封装硬件操作，TCP/IP属于协议栈，非HAL功能）15.A（JTAG主要用于程序下载和调试）二、多项选择题16.ABD（嵌入式系统不一定运行Linux，如使用RTOS）17.ABCD（全选，均为选型关键因素）18.ABC（I2C高速模式最高3.4Mbps，10Mbps为超高速模式）19.ABD（提高频率会增加动态功耗，C错误）20.ABC（QEMU可模拟部分硬件中断行为）三、填空题21.硬件平台、嵌入式软件、特定应用场景22.系统异常（或不可屏蔽中断/NMI、复位）23.抢占式24.Mode3（CPOL=1，CPHA=1对应Mode3）25.ext4、yaffs2、ubifs（任意2种）26.16（2^24=16MB）27.在外设与内存间直接传输数据，无需CPU干预四、简答题28.实时性要求系统在严格的时间约束内完成任务（硬实时）或尽可能及时（软实时），任务优先级由时间约束决定；分时系统强调多个任务公平共享CPU时间，优先级通常由系统分配，不保证严格时间限制。29.①FreeRTOS：开源轻量级RTOS，用于智能家居、工业传感器节点；②VxWorks：商业RTOS，用于航空航天等高可靠性场景；③嵌入式Linux：用于需要丰富接口和文件系统的设备（如智能网关）。30.关键问题：①4G模块初始化与网络连接（如AT指令交互）；②传感器数据采集的实时性与精度；③数据封装与传输协议（如MQTT、HTTP）；④异常处理（如网络断开重连、数据缓存）；⑤低功耗设计（如空闲时进入休眠）。31.可能原因：①时钟源不稳定（如外部晶振老化）；②ADC时钟分频设置错误；③DMA配置错误导致数据搬运延迟；④其他高优先级任务抢占CPU，导致采样中断延迟；⑤传感器输出信号噪声大（如未加滤波电路）；⑥ADC参考电压波动（如电源纹波过大）。五、综合应用题32.（1）硬件设计：传感器：SHT30（I2C接口，温湿度一体，精度±0.3℃、±2%RH）；最小系统：STM32F407VET6（LQFP100封装）、3.3V电源（AMS11173.3）、8MHz外部晶振（主时钟）、32.768kHzRTC晶振、SWD调试接口（SWDIO、SWCLK、GND）。（2）软件框架（伪代码）：```cinclude"stm32f4xx_hal.h"include"sht30.h"include"usart.h"voidSystemClock_Config(void);intmain(void){HAL_Init();SystemClock_Config();MX_USART1_UART_Init();//初始化串口（波特率115200）SHT30_Init();//初始化I2C及传感器while(1){floattemp,humi;if(SHT30_ReadData(&temp,&humi)==HAL_OK){charbuf[50];sprintf(buf,"Temp:%.1f℃,Humi:%.1f%%\r\n",temp,humi);HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t)buf,strlen(buf),100);}else{HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t)"Readfailed\r\n",13,100);}HAL_Delay(1000);//1秒采样一次}}voidSystemClock_Config(void){RCC_OscInitTypeDefosc_init={0};RCC_ClkInitTypeDefclk_init={0};osc_init.OscillatorType=RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;osc_init.HSEState=RCC_HSE_ON;osc_init.PLL.PLLState=RCC_PLL_ON;osc_init.PLL.PLLSource=RCC_PLLSOURCE_HSE;osc_init.PLL.PLLM=8;//8MHz/8=1MHzosc_init.PLL.PLLN=168;//1MHz×168=168MHzosc_init.PLL.PLLP=RCC_PLLP_DIV2;//168MHz/2=84MHz（PLLCLK）HAL_RCC_OscConfig(&osc_init)