嵌入式系统实时性考核试题及答案

嵌入式系统实时性考核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.实时系统的时间约束是设计时确定的，且在运行时不可改变。2.非抢占式调度算法比抢占式调度算法更简单，因此实时系统中普遍采用非抢占式。3.优先级反转是指高优先级任务被低优先级任务阻塞的现象，可以通过优先级继承机制解决。4.嵌入式系统中的中断服务程序可以嵌套调用其他中断。5.实时系统的任务切换时间越短，系统的实时性越好。6.硬实时系统允许任务错过截止时间，只要错误在可接受范围内。7.预测执行（SpeculativeExecution）技术可以提高实时系统的响应速度。8.实时系统的任务调度通常采用静态分配策略，以确保时间可预测性。9.嵌入式系统中的时钟中断是实时系统中最常用的同步机制。10.实时系统的资源分配必须满足死锁避免条件，因此通常采用静态资源分配。二、单选题（每题2分，共20分）1.以下哪种调度算法最适合硬实时系统？（）A.轮转调度（RoundRobin）B.优先级调度（PriorityScheduling）C.多级反馈队列调度（MultilevelFeedbackQueue）D.最短作业优先调度（SJF）2.实时系统中，以下哪种机制可以防止优先级反转？（）A.优先级天花板（PriorityCeiling）B.时间片轮转（TimeSlicing）C.优先级继承（PriorityInheritance）D.优先级天花板和时间片轮转3.中断服务程序（ISR）的执行时间过长会导致哪种问题？（）A.上下文切换延迟B.优先级反转C.系统吞吐量下降D.资源竞争4.以下哪种同步机制适用于实时系统中的任务同步？（）A.信号量（Semaphore）B.互斥锁（Mutex）C.计数信号量（CountingSemaphore）D.以上都是5.实时系统的任务截止时间通常由以下哪个因素决定？（）A.任务优先级B.任务执行时间C.系统负载D.以上都是6.以下哪种技术可以减少任务切换的开销？（）A.预执行（Preemption）B.延迟执行（LazyEvaluation）C.分段加载（SegmentedLoading）D.以上都是7.实时系统中，以下哪种资源分配策略最安全？（）A.动态分配B.静态分配C.按需分配D.以上都一样8.中断优先级高于任务优先级，以下哪种情况会发生中断嵌套？（）A.低优先级任务正在执行B.高优先级任务被阻塞C.中断服务程序未被启用D.以上都不会9.实时系统的任务调度通常采用哪种算法以保证时间可预测性？（）A.优先级调度B.轮转调度C.多级反馈队列调度D.以上都是10.以下哪种机制可以防止死锁？（）A.资源按序分配B.优先级继承C.中断禁用D.以上都是三、多选题（每题2分，共20分）1.实时系统的设计目标包括哪些？（）A.可预测性B.可靠性C.高效性D.低成本2.以下哪些是实时系统的常见调度算法？（）A.优先级调度B.轮转调度C.多级反馈队列调度D.最短作业优先调度3.优先级反转的解决方法包括哪些？（）A.优先级天花板B.优先级继承C.中断禁用D.资源预分配4.中断服务程序的设计要点包括哪些？（）A.尽量减少执行时间B.避免阻塞其他任务C.支持中断嵌套D.以上都是5.实时系统的资源分配策略包括哪些？（）A.静态分配B.动态分配C.按需分配D.以上都是6.实时系统的同步机制包括哪些？（）A.信号量B.互斥锁C.计数信号量D.条件变量7.实时系统的任务调度需要考虑哪些因素？（）A.任务优先级B.任务执行时间C.系统负载D.资源约束8.中断嵌套的优缺点包括哪些？（）A.优点：提高系统响应速度B.缺点：增加设计复杂度C.优点：支持实时任务协作D.缺点：可能导致优先级反转9.实时系统的设计原则包括哪些？（）A.时间可预测性B.资源利用率最大化C.可靠性D.可扩展性10.实时系统的常见问题包括哪些？（）A.优先级反转B.中断风暴C.资源竞争D.任务死锁四、案例分析（每题6分，共18分）1.案例背景：某嵌入式实时控制系统需要同时处理温度传感器数据（高优先级任务）和用户输入（低优先级任务）。系统采用优先级调度算法，温度传感器数据采集周期为50ms，用户输入处理周期为200ms。系统时钟中断周期为10ms。问题：-该系统的任务调度策略是什么？为什么适合该场景？-如果温度传感器数据采集时间偶尔会超过50ms，系统可能出现什么问题？如何解决？2.案例背景：某实时控制系统中有三个任务：任务A（优先级1）、任务B（优先级2）、任务C（优先级3）。系统采用优先级调度算法，任务A和任务B共享一个临界资源，通过互斥锁保护。任务C需要访问该资源，但优先级较低。问题：-如果任务C在任务A和任务B之间抢占执行，可能出现什么问题？-如何通过优先级天花板机制防止该问题？3.案例背景：某嵌入式实时系统中有多个中断源：时钟中断（高优先级）、网络中断（中优先级）、按键中断（低优先级）。系统需要同时处理这些中断，但时钟中断的频繁触发可能导致网络中断和按键中断被延迟。问题：-如何通过中断优先级设计保证所有中断的及时处理？-如果系统需要减少中断处理时间，可以采取哪些措施？五、论述题（每题11分，共22分）1.论述题：请论述实时系统中的任务调度算法对系统性能的影响，并比较优先级调度、轮转调度和多级反馈队列调度的优缺点。2.论述题：请论述实时系统中中断管理的设计要点，并分析中断嵌套和中断禁用的优缺点。---标准答案及解析一、判断题1.√2.×（抢占式调度更适合实时系统，因为可以保证高优先级任务及时执行）3.√4.√（中断服务程序可以嵌套调用更高优先级的中断）5.√（任务切换时间越短，系统响应速度越快）6.×（硬实时系统不允许任务错过截止时间）7.√（预测执行可以提前处理可能需要的指令，提高响应速度）8.×（实时系统通常采用静态分配以保证时间可预测性）9.√（时钟中断是实时系统中常用的同步机制）10.√（静态资源分配可以避免死锁）二、单选题1.B（优先级调度可以保证高优先级任务优先执行，适合硬实时系统）2.A（优先级天花板机制可以防止高优先级任务被低优先级任务阻塞）3.A（ISR执行时间过长会导致其他任务延迟）4.D（以上都是常见的同步机制）5.D（以上都是影响截止时间的因素）6.A（预执行可以减少任务切换的开销）7.B（静态分配最安全，因为资源分配在编译时确定）8.B（高优先级任务被阻塞时，低优先级任务可以执行，导致中断嵌套）9.A（优先级调度可以保证时间可预测性）10.A（资源按序分配可以防止死锁）三、多选题1.A、B、C（实时系统的设计目标包括可预测性、可靠性、高效性）2.A、B、C、D（以上都是常见的调度算法）3.A、B、D（优先级天花板、优先级继承、资源预分配可以解决优先级反转）4.A、B、C、D（以上都是中断服务程序的设计要点）5.A、B、C、D（以上都是资源分配策略）6.A、B、C、D（以上都是常见的同步机制）7.A、B、C、D（任务调度需要考虑优先级、执行时间、系统负载、资源约束）8.A、B、C、D（中断嵌套可以提高响应速度，但增加设计复杂度，并可能导致优先级反转）9.A、B、C、D（实时系统的设计原则包括时间可预测性、资源利用率、可靠性、可扩展性）10.A、B、C、D（以上都是实时系统的常见问题）四、案例分析1.参考答案：-调度策略：优先级调度算法。因为温度传感器数据采集优先级高于用户输入，优先级调度可以保证高优先级任务优先执行。-问题：如果温度传感器数据采集时间超过50ms，低优先级任务可能会抢占高优先级任务，导致温度数据错过截止时间。-解决方法：采用优先级继承机制，当高优先级任务被低优先级任务阻塞时，低优先级任务临时提升优先级，防止优先级反转。2.参考答案：-问题：任务C可能会阻塞任务A和任务B，导致高优先级任务无法及时执行，违反实时性要求。-解决方法：采用优先级天花板机制，为共享资源分配一个天花板优先级（高于任务C的优先级），防止低优先级任务阻塞高优先级任务。3.参考答案：-中断优先级设计：将时钟中断优先级设置为中等，网络中断和按键中断分别设置为高优先级和低优先级，确保高优先级中断优先执行。-减少中断处理时间：优化中断服务程序，减少不必要的操作；采用中断合并技术，将多个低优先级中断合并为一个中断处理；增加中断处理线程，并行处理中断。五、论述题1.参考答案：实时系统的任务调度算法直接影响系统的性能，主要体现在任务执行时间、资源利用率和系统响应速度等方面。-优先级调度：优点是简单、时间可预测性强，适合硬实时系统；缺点是可能导致低优先级任务饥饿。-轮转调度：优点是公平，适合周期性任务；缺点是任务切换开销较大，不适合非周期性任务。-多级反馈队列调度：优