《2025年计算机等级考试(三级)嵌入式系统试卷及答案》

《2025年计算机等级考试(三级)嵌入式系统试卷及答案》一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分。每小题只有一个正确选项）1.以下关于嵌入式系统定义的描述中，最准确的是（）。A.以通用计算机为核心的专用计算机系统B.以微处理器为核心，具有特定功能的计算机系统C.运行实时操作系统的计算机系统D.集成传感器与执行器的智能设备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.以下存储介质中，属于非易失性存储且支持随机访问的是（）。A.SRAMB.DRAMC.NORFlashD.NANDFlash4.某嵌入式系统采用AMBA5AXI4总线，其中用于传输写地址的通道是（）。A.AW通道B.W通道C.B通道D.AR通道5.若UART通信的波特率为115200bps，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.10472C.9600D.80006.以下关于嵌入式实时操作系统（RTOS）的描述中，错误的是（）。A.任务调度需满足截止时间要求B.支持任务优先级抢占调度C.必须采用微内核架构D.通常提供信号量、消息队列等同步机制7.某32位嵌入式处理器的地址总线为24位，其可寻址的最大物理内存空间为（）。A.16MBB.32MBC.64MBD.128MB8.以下ARMCortexM4特有的功能模块是（）。A.嵌套向量中断控制器（NVIC）B.浮点运算单元（FPU）C.系统定时器（SysTick）D.内存保护单元（MPU）9.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.实现网络通信协议D.处理用户输入输出10.某SPI接口配置为模式3（CPOL=1，CPHA=1），则其时钟极性和相位的正确描述是（）。A.时钟空闲时为高电平，数据在时钟下降沿采样B.时钟空闲时为高电平，数据在时钟上升沿采样C.时钟空闲时为低电平，数据在时钟下降沿采样D.时钟空闲时为低电平，数据在时钟上升沿采样11.以下关于嵌入式系统低功耗设计的措施中，效果最不显著的是（）。A.使用低功耗模式（如睡眠模式）B.降低处理器工作频率C.优化软件算法减少运算量D.增加外部存储芯片容量12.某嵌入式系统需要实时采集温度传感器（输出03.3V模拟信号）的数据，应选择的接口是（）。A.GPIOB.ADCC.DACD.UART13.在FreeRTOS中，创建任务的函数是（）。A.xQueueCreate()B.xSemaphoreCreateMutex()C.xTaskCreate()D.vTaskDelay()14.以下关于JTAG调试接口的描述中，错误的是（）。A.支持在线仿真（ICE）B.至少需要4根信号线（TMS、TCK、TDI、TDO）C.可用于程序下载D.仅支持ARM架构处理器15.某嵌入式系统的软件架构采用分层设计，最底层的软件层通常是（）。A.应用层B.操作系统层C.硬件抽象层（HAL）D.中间件层二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。每小题有2个或2个以上正确选项，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B.资源受限（如内存、计算能力）C.需长期稳定运行D.必须使用图形化界面17.ARMCortexM系列处理器支持的异常类型包括（）。A.复位（Reset）B.不可屏蔽中断（NMI）C.硬件错误（HardFault）D.系统服务调用（SVC）18.以下存储介质中，需要刷新操作的有（）。A.SRAMB.DRAMC.DDR3D.NORFlash19.嵌入式系统中，常用的总线协议包括（）。A.I²CB.CANC.PCIeD.SPI20.以下关于嵌入式Linux系统的描述中，正确的有（）。A.支持多任务调度B.需要裁剪内核以适应硬件资源C.必须使用文件系统D.可通过设备树（DeviceTree）描述硬件信息三、填空题（共10题，每空2分，共20分）21.ARMCortexM处理器的寄存器R13通常用作________寄存器（填写功能名称）。22.嵌入式系统中，将二进制程序文件烧录到Flash的过程称为________。23.某ADC的分辨率为12位，参考电压为3.3V，则其最小量化单位为________mV（保留2位小数）。24.I²C总线的两根信号线分别是________和SCL（填写英文缩写）。25.实时操作系统中，任务的状态通常包括运行态、就绪态、阻塞态和________。26.嵌入式系统硬件设计中，PCB布局时需将________模块（如时钟源）远离高频干扰源。27.某32位处理器的指令集为Thumb2，其指令长度可以是________位或32位。28.在嵌入式开发中，用于将C语言代码转换为二进制机器码的工具是________。29.蓝牙低功耗（BLE）的通信协议栈中，负责物理层和链路层的是________层（填写英文缩写）。30.嵌入式系统可靠性设计中，常用________技术（如看门狗定时器）防止程序跑飞。四、简答题（共5题，第3133题每题5分，第3435题每题7分，共29分）31.（封闭型）简述NORFlash与NANDFlash的主要区别（至少列出3点）。32.（封闭型）说明嵌入式系统中“硬实时”与“软实时”的定义及关键差异。33.（开放型）设计一个基于STM32的温湿度监测系统，需实现数据采集（DHT11传感器）、LCD显示（I²C接口）和异常报警（GPIO控制蜂鸣器）。请列出硬件连接的关键步骤（不要求具体引脚）。34.（分析型）某嵌入式系统的中断服务程序（ISR）中存在以下操作：读取GPIO输入状态调用延时函数（delay_ms(10)）向消息队列发送数据指出上述操作的不合理之处，并说明改进方法。35.（设计型）某工业传感器需要通过UART与上位机通信，通信协议如下：波特率：9600bps数据格式：8位数据位，1位停止位，奇校验数据帧格式：起始符0xAA+传感器ID（1字节）+数据（2字节）+校验和（1字节，前4字节异或）请编写一段C语言代码（基于STM32HAL库），实现接收完整数据帧并校验的功能（需包含关键步骤注释）。五、综合应用题（共1题，16分）36.某嵌入式系统采用ARMCortexM4处理器，内存映射如下：片内SRAM：0x20000000~0x20007FFF（32KB）外部NORFlash：0x60000000~0x6007FFFF（512KB）片内Flash：0x08000000~0x0807FFFF（512KB）系统需要运行一个应用程序，其内存需求如下：代码段（.text）：200KB只读数据段（.rodata）：50KB全局变量（.data）：10KB未初始化变量（.bss）：15KB（1）说明各内存段应映射到哪类存储介质（片内Flash、外部NORFlash、片内SRAM），并简述原因。（2）计算片内SRAM的剩余可用空间（需列出计算过程）。答案及解析一、单项选择题1.B解析：嵌入式系统的核心是“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪”，强调专用性而非通用计算机（A错误），实时性非必要条件（C错误），传感器与执行器是部分应用场景（D错误）。2.D解析：CortexM3的NVIC支持最多240个可屏蔽中断（IRQ），16个系统异常。3.C解析：NORFlash支持随机访问（类似内存），NANDFlash为页/块访问（顺序为主），SRAM/DRAM为易失性。4.A解析：AXI4中，AW（写地址）、W（写数据）、B（写响应）、AR（读地址）、R（读数据）为五大通道。5.B解析：每字符占用位数=8（数据）+1（停止）=9位（无奇偶），每秒传输字符数=115200/9≈12800，但实际需考虑帧间隔，约10472（115200/11≈10472，可能题目简化为9位）。6.C解析：RTOS架构可为微内核或宏内核（如VxWorks为宏内核），其他选项均为RTOS基本特性。7.A解析：24位地址总线可寻址空间为2²⁴=16MB（2²⁰=1MB，2²⁴=16×2²⁰=16MB）。8.B解析：CortexM4集成FPU（浮点运算单元），M3无此功能；NVIC、SysTick、MPU为M3/M4共有。9.B解析：Bootloader的核心是初始化硬件（如时钟、内存）并加载OS内核，其他为上层功能。10.A解析：CPOL=1表示时钟空闲高电平，CPHA=1表示数据在第二个边沿（下降沿）采样。11.D解析：增加存储容量会直接增加功耗（如Flash待机电流），其他选项均为典型低功耗措施。12.B解析：ADC（模数转换器）用于将模拟信号转换为数字信号，适合温度传感器的模拟输出。13.C解析：FreeRTOS中xTaskCreate()用于创建任务，xQueueCreate()为队列，xSemaphoreCreateMutex()为互斥锁，vTaskDelay()为延时。14.D解析：JTAG是通用调试接口，支持多种架构（如RISCV、ARM），不仅ARM。15.C解析：分层架构底层为硬件抽象层（HAL），向上为OS层、中间件层、应用层。二、多项选择题16.ABC解析：嵌入式系统通常无图形化界面（D错误），其他为典型特征。17.ABCD解析：CortexM系列异常包括复位、NMI、HardFault、SVC（系统调用）等。18.BC解析：DRAM（包括DDR3）需周期性刷新以保持数据，SRAM和Flash无需刷新。19.ABD解析：PCIe是计算机高速总线，嵌入式常用I²C、CAN、SPI。20.ABD解析：嵌入式Linux可裁剪内核（B正确），支持设备树（D正确），多任务调度（A正确）；文件系统非必需（如某些实时场景可省略）。三、填空题21.栈指针（SP）22.烧录（或编程）23.0.81（3.3V/(2¹²1)=3.3/4095≈0.000806V=0.81mV）24.SDA（串行数据）25.挂起态（或终止态）26.敏感（或时钟）27.1628.编译器（或交叉编译器）29.PHY（物理层）30.冗余（或容错）四、简答题31.主要区别：存储结构：NOR为字节寻址（随机访问），NAND为页/块寻址（顺序访问为主）；擦写寿命：NOR约10万次，NAND约100万次（MLC/TLC更低）；容量与成本：NAND容量大、成本低（适合存储），NOR容量小、成本高（适合代码存储）；接口：NOR多为并行或SPI，NAND多为专用接口（如ONFI）。32.定义：硬实时：任务必须在截止时间前完成，否则导致系统失效（如医疗设备控制）；软实时：任务尽量在截止时间前完成，超时有一定容限（如视频流播放）。关键差异：硬实时强调“必须满足”，软实时强调“最佳努力”；硬实时系统需严格的任务调度和资源分配。33.硬件连接步骤：DHT11数据引脚连接STM32的GPIO（需上拉电阻）；LCD的SDA/SCL引脚连接STM32的I²C接口（需外接上拉电阻）；蜂鸣器控制引脚连接STM32的GPIO（需通过三极管或驱动芯片隔离）；所有模块共地，电源（3.3V/5V）需满足各器件要求；必要时添加去耦电容（如100nF）靠近各模块电源引脚。34.不合理之处及改进：调用延时函数：ISR中禁止使用阻塞式延时（会延长中断响应时间，影响实时性）；改进：删除延时，通过读取GPIO状态后立即返回，状态处理放到任务中（通过消息队列通知任务处理）；其他：ISR应尽量短小，避免复杂操作（如大量计算），数据发送消息队列是合理的（但需使用中断安全函数，如xQueueSendFromISR()）。35.参考代码（关键步骤注释）：```cinclude"stm32f4xx_hal.h"UART_HandleTypeDefhuart1;uint8_trx_buffer[6];//数据帧长度：1（起始）+1（ID）+2（数据）+1（校验和）=5字节？题目描述为5字节？需确认uint8_trx_index=0;boolframe_received=false;//UART接收中断回调函数voidHAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDefhuart){if(huart==&huart1){if(rx_index==0){//第一个字节if(rx_buffer[0]==0xAA){//校验起始符rx_index++;}else{rx_index=0;//丢弃错误数据}}elseif(rx_index<5){//假设数据帧共5字节（起始+ID+2数据+校验和）rx_index++;}else{//接收完成//计算校验和（前4字节异或）uint8_tchecksum=0;for(inti=0;i<4;i++){checksum^=rx_buffer[i];}if(checksum==rx_buffer[4]){frame_received=true;//标记有效帧}rx_index=0;//重置索引}//继续接收下一个字节HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&rx_buf