2025年嵌入式系统低功耗设计测试试题及答案

2025年嵌入式系统低功耗设计测试试题及答案考试时长：120分钟满分：100分题型分值分布：-判断题（10题，每题2分）总分20分-单选题（10题，每题2分）总分20分-多选题（10题，每题2分）总分20分-案例分析（3题，每题6分）总分18分-论述题（2题，每题11分）总分22分总分：100分---一、判断题（每题2分，共20分）1.低功耗设计在嵌入式系统中仅能通过降低工作频率来实现。2.功耗管理单元（PMU）在低功耗设计中主要用于监控电池电压。3.动态电压频率调整（DVFS）技术适用于所有类型的嵌入式处理器。4.休眠模式（SleepMode）比深度休眠模式（DeepSleepMode）功耗更低。5.I/O引脚的电源管理可以通过关闭引脚时钟来完全消除功耗。6.低功耗设计中的电源门控技术会完全切断电路的电源供应。7.温度传感器在低功耗设计中主要用于散热管理而非功耗控制。8.事件驱动唤醒机制比定时唤醒机制更耗能。9.低功耗设计中的时钟门控技术适用于所有时钟域的信号传输。10.嵌入式系统的低功耗设计会显著增加系统开发成本。二、单选题（每题2分，共20分）1.以下哪种技术不属于低功耗设计范畴？A.动态电压频率调整（DVFS）B.电源门控（PowerGating）C.外部中断唤醒D.休眠模式（SleepMode）2.在低功耗设计中，以下哪种模式功耗最低？A.ActiveModeB.IdleModeC.SleepModeD.DeepSleepMode3.功耗管理单元（PMU）的主要功能是？A.控制处理器频率B.监控系统功耗C.管理外部设备电源D.优化内存访问4.以下哪种方法不属于时钟门控技术？A.时钟使能（ClockGating）B.多时钟域设计C.时钟抖动抑制D.时钟分频5.低功耗设计中，I/O引脚的电源管理通常通过什么方式实现？A.关闭引脚时钟B.降低引脚电压C.关闭引脚电源D.增加引脚电容6.以下哪种唤醒机制最节能？A.定时唤醒B.外部中断唤醒C.软件唤醒D.硬件唤醒7.功耗计算公式P=V²/R中，R代表什么？A.电流B.电阻C.电压D.功率8.低功耗设计中，以下哪种技术最适用于内存系统？A.SRAM替换为DRAMB.使用SRAM的更低工作电压C.增加内存容量D.关闭内存时钟9.温度传感器在低功耗设计中的作用是？A.控制散热风扇转速B.优化处理器工作频率C.监测芯片温度以调整功耗D.提供系统时钟信号10.低功耗设计中，以下哪种方法不属于电源管理范畴？A.电压调节模块（VRM）优化B.外部设备独立供电C.系统级时钟门控D.内存自刷新三、多选题（每题2分，共20分）1.低功耗设计的主要目标包括？A.延长电池续航B.降低系统发热C.提高处理性能D.减少开发成本2.功耗管理单元（PMU）的功能包括？A.监控功耗状态B.控制电源开关C.生成唤醒信号D.优化内存访问3.动态电压频率调整（DVFS）的优势包括？A.降低功耗B.提高性能C.增加系统发热D.适用于所有应用4.低功耗设计中，以下哪些属于电源门控技术？A.时钟门控B.I/O引脚电源管理C.外部设备独立供电D.内存自刷新5.休眠模式（SleepMode）的特点包括？A.功耗低于ActiveModeB.需要较长时间唤醒C.适用于低频应用D.完全切断处理器电源6.低功耗设计中，以下哪些属于时钟门控技术？A.时钟使能（ClockGating）B.多时钟域设计C.时钟抖动抑制D.时钟分频7.功耗计算公式P=VI中，V和I分别代表什么？A.功率B.电压C.电流D.电阻8.低功耗设计中，以下哪些属于电源管理范畴？A.电压调节模块（VRM）优化B.外部设备独立供电C.系统级时钟门控D.内存自刷新9.温度传感器在低功耗设计中的作用包括？A.控制散热风扇转速B.优化处理器工作频率C.监测芯片温度以调整功耗D.提供系统时钟信号10.低功耗设计中，以下哪些技术可以减少功耗？A.动态电压频率调整（DVFS）B.电源门控（PowerGating）C.休眠模式（SleepMode）D.增加系统时钟频率四、案例分析（每题6分，共18分）案例1：某嵌入式系统需要设计低功耗方案，系统包含一个主处理器（功耗为200mW@1GHz）、两个外部传感器（功耗分别为50mW@100kHz）、一个SD卡接口（功耗为30mW@10MHz），系统工作在电池供电模式。请设计一个低功耗方案，并计算系统在空闲状态下的功耗。案例2：某低功耗嵌入式系统需要实现以下功能：-主处理器在空闲时进入SleepMode-外部传感器通过中断唤醒主处理器-SD卡接口在非使用时关闭电源请设计一个低功耗唤醒机制，并说明如何通过PMU实现。案例3：某系统需要设计一个低功耗内存系统，现有SRAM和DRAM两种选择，SRAM功耗为100μW/Byte，DRAM功耗为50μW/Byte，但DRAM容量更大。请分析两种方案的优缺点，并给出选择建议。五、论述题（每题11分，共22分）1.论述动态电压频率调整（DVFS）技术在低功耗设计中的应用及其优缺点。2.结合实际案例，分析低功耗设计中电源门控和时钟门控技术的应用场景及实现方法。---标准答案及解析一、判断题1.×（低功耗设计还包括电源管理、时钟门控等技术）2.×（PMU主要用于监控和控制系统功耗，而非仅电压）3.×（DVFS不适用于所有处理器，如固定频率的微控制器）4.×（DeepSleepMode功耗更低）5.×（需要关闭引脚电源，时钟门控仅控制时钟信号）6.×（电源门控切断电源，但时钟门控保留时钟信号）7.×（用于散热管理，功耗控制需通过其他技术实现）8.×（事件驱动唤醒更节能，定时唤醒需持续功耗）9.×（时钟门控仅适用于特定时钟域）10.×（低功耗设计会增加开发成本，但长期节省能源）二、单选题1.C（外部中断唤醒属于系统功能，非低功耗技术）2.D（DeepSleepMode功耗最低）3.B（PMU主要监控功耗）4.C（时钟抖动抑制与功耗无关）5.C（关闭引脚电源最彻底）6.B（外部中断唤醒最节能）7.B（R代表电阻）8.B（使用更低电压可降低功耗）9.C（监测温度调整功耗）10.D（内存自刷新属于内存技术，非电源管理）三、多选题1.A,B,D（延长电池续航、降低发热、减少开发成本）2.A,B,C（监控功耗、控制电源、生成唤醒信号）3.A,B,D（降低功耗、提高性能、适用于部分应用）4.A,B,C（时钟门控、I/O电源管理、外部设备独立供电）5.A,B,C（功耗低于ActiveMode、唤醒时间长、适用于低频应用）6.A,B,D（时钟使能、多时钟域设计、时钟分频）7.B,C（电压、电流）8.A,B,C（VRM优化、外部设备独立供电、系统级时钟门控）9.A,B,C（控制风扇、优化频率、监测温度）10.A,B,C（DVFS、电源门控、休眠模式）四、案例分析案例1：设计方案：-主处理器在空闲时进入SleepMode（功耗降至50mW）-外部传感器独立供电，非使用时关闭电源（功耗降至0mW）-SD卡接口在非使用时关闭电源（功耗降至0mW）计算：-主处理器功耗：50mW-外部传感器功耗：0mW-SD卡接口功耗：0mW-总功耗：50mW案例2：设计方案：-PMU配置：主处理器在空闲时进入SleepMode-外部传感器通过中断信号唤醒主处理器-SD卡接口通过GPIO控制电源开关实现方法：-PMU监控系统状态，检测空闲时切换至SleepMode-外部传感器中断信号触发PMU唤醒主处理器-GPIO控制SD卡接口电源开关案例3：分析：-SRAM功耗高但访问速度快，适用于频繁读写场景-DRAM功耗低但访问速度慢，适用于大容量存储场景选择建议：-若系统读写频率高，选择SRAM-若系统需大容量存储且读写频率低，选择DRAM-可结合混合方案（如使用SRAM缓存DRAM数据）五、论述题1.DVFS技术应用及优缺点应用：-动态调整处理器电压和频率以匹配任务需求-高负载时提高性能，低负载时降低功耗优点：-显著降低功耗（如频率降低50%，功耗降低75%）-提高系统能效比-适用于可变负载应用缺点：-需要动态监测负载变化-电压调整可能影响系统稳定性-需要较复杂的控制逻辑2.电源门控和时钟门控技术应用场景：-