嵌入式系统实时性设计测验试题及答案

嵌入式系统实时性设计测验试题及答案考试时长：120分钟满分：100分试卷名称：嵌入式系统实时性设计测验试题及答案考核对象：嵌入式系统相关专业学生、行业从业者题型分值分布：-判断题（总共10题，每题2分）总分20分-单选题（总共10题，每题2分）总分20分-多选题（总共10题，每题2分）总分20分-案例分析（总共3题，每题6分）总分18分-论述题（总共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.实时系统的响应时间必须严格小于任务截止时间。2.预期时间约束（ETC）是实时系统任务调度的重要指标。3.优先级反转是实时系统中常见的死锁现象。4.非抢占式调度算法比抢占式调度算法更适用于硬实时系统。5.硬实时系统的任务执行延迟允许有随机抖动。6.软实时系统的任务错过截止时间可以被容忍一定比例。7.基于速率单调（RMS）的调度算法适用于所有实时任务。8.实时系统的时钟中断频率越高，系统开销越大。9.静态优先级调度算法不需要动态调整任务优先级。10.实时系统的内存管理需要支持碎片化分配。二、单选题（每题2分，共20分）1.以下哪种调度算法最适合处理周期性实时任务？A.轮转调度（RoundRobin）B.优先级调度（PriorityScheduling）C.最早截止时间优先（EDF）D.最短作业优先（SJF）2.实时系统中，任务优先级分配的主要依据是？A.任务执行时间B.任务重要性C.任务截止时间D.任务资源需求3.以下哪种机制可以避免优先级反转？A.优先级继承B.优先级天花板C.时间片轮转D.优先级丢弃4.实时系统中的“抖动”指的是？A.任务执行时间的随机波动B.任务优先级的变化C.系统资源竞争D.任务超时5.以下哪种内存分配策略最适合实时系统？A.动态分配B.静态分配C.按需分配D.固定分区6.实时系统中的“任务截止时间”是指？A.任务开始时间B.任务完成时间C.任务最迟完成时间D.任务执行时间7.以下哪种实时操作系统（RTOS）以高可靠性著称？A.FreeRTOSB.VxWorksC.RTLinuxD.QNX8.实时系统中的“任务抢占”是指？A.高优先级任务中断低优先级任务B.任务主动放弃CPUC.任务等待资源D.任务阻塞9.以下哪种实时系统设计原则强调最小化任务执行延迟？A.可预测性B.可扩展性C.可维护性D.可移植性10.实时系统中，以下哪种方法可以减少任务执行抖动？A.增加任务执行时间B.减少任务优先级C.使用静态优先级调度D.增加系统时钟频率三、多选题（每题2分，共20分）1.实时系统设计需要考虑哪些性能指标？A.响应时间B.吞吐量C.可靠性D.资源利用率2.以下哪些是实时系统中的常见调度算法？A.最早截止时间优先（EDF）B.轮转调度（RoundRobin）C.优先级调度（PriorityScheduling）D.最短作业优先（SJF）3.实时系统中，以下哪些措施可以避免优先级反转？A.优先级天花板协议B.优先级继承协议C.增加任务优先级D.使用静态优先级调度4.实时系统中的“任务超时”可能由哪些原因导致？A.资源竞争B.任务优先级过低C.系统负载过高D.任务执行时间预估不准确5.实时系统中的内存管理需要考虑哪些问题？A.内存碎片B.内存保护C.内存分配效率D.内存回收6.实时系统中的“任务同步”可以通过哪些机制实现？A.信号量B.互斥锁C.条件变量D.事件标志7.实时系统中的“任务调度器”需要具备哪些功能？A.任务优先级管理B.任务时间片分配C.任务阻塞与唤醒D.任务资源分配8.实时系统中的“时钟中断”作用是什么？A.提供时间基准B.触发任务调度C.记录任务执行时间D.生成系统事件9.实时系统中的“任务抖动”可能由哪些因素引起？A.任务优先级变化B.系统负载波动C.任务执行时间不确定性D.资源竞争10.实时系统设计需要考虑哪些安全因素？A.数据完整性B.系统可用性C.防止死锁D.防止优先级反转四、案例分析（每题6分，共18分）案例1：某嵌入式实时系统需要处理以下任务：-任务A：周期10ms，执行时间5ms，优先级3。-任务B：周期20ms，执行时间10ms，优先级1。-任务C：周期50ms，执行时间2ms，优先级2。系统时钟频率为100Hz，使用优先级调度算法。请回答：（1）该系统是否存在任务饥饿风险？（2）如果任务B的优先级提高到4，系统调度会发生什么变化？案例2：某实时控制系统需要处理温度和湿度数据，要求：-温度采集任务：周期100ms，执行时间10ms，优先级2。-湿度采集任务：周期150ms，执行时间5ms，优先级3。-控制任务：周期50ms，执行时间20ms，优先级1。系统使用EDF调度算法，时钟频率为100Hz。如果温度采集任务执行时间随机波动±5ms，请分析：（1）系统最坏情况下的任务错过截止时间风险。（2）如何改进系统设计以降低风险？案例3：某无人机嵌入式系统需要处理以下任务：-GPS定位任务：周期50ms，执行时间2ms，优先级4。-飞行控制任务：周期10ms，执行时间8ms，优先级1。-图像传输任务：周期200ms，执行时间30ms，优先级3。系统使用优先级调度算法，但存在优先级反转问题。请回答：（1）优先级反转可能导致什么后果？（2）如何通过优先级天花板协议解决该问题？五、论述题（每题11分，共22分）1.论述实时系统设计中“可预测性”的重要性，并分析如何通过调度算法和硬件设计提高可预测性。2.比较优先级调度算法和最早截止时间优先（EDF）算法的优缺点，并说明在哪些场景下更适合使用EDF算法。---标准答案及解析一、判断题1.√实时系统必须满足任务截止时间要求。2.√ETC是评估任务实时性的关键指标。3.×优先级反转是优先级冲突，死锁是资源竞争。4.×抢占式调度更适合硬实时系统。5.×硬实时系统不允许随机抖动。6.√软实时系统允许一定程度的延迟容忍。7.×RMS适用于静态优先级任务，动态任务需EDF。8.√高频时钟增加系统开销。9.√静态优先级无需动态调整。10.√实时系统需避免内存碎片。二、单选题1.CEDF最适合周期性实时任务。2.C截止时间决定优先级。3.B优先级天花板协议可避免反转。4.A抖动是执行时间的随机波动。5.B静态分配最可靠。6.C截止时间是任务最迟完成时间。7.BVxWorks以高可靠性著称。8.A抢占式调度是高优先级中断低优先级。9.A可预测性是实时系统核心原则。10.C静态优先级调度可减少抖动。三、多选题1.A,B,C,D实时系统需综合评估性能指标。2.A,B,C,D以上均为常见调度算法。3.A,B优先级天花板和继承可避免反转。4.A,B,C,D以上均可能导致任务超时。5.A,B,C,D内存管理需考虑碎片、保护、效率、回收。6.A,B,C,D以上均为任务同步机制。7.A,B,C,D调度器需管理优先级、时间片、阻塞、资源。8.A,B,C,D时钟中断用于时间基准、调度、记录、事件。9.A,B,C,D以上均可能导致任务抖动。10.A,B,C,D实时系统需保证数据完整性、可用性、防死锁、防反转。四、案例分析案例1：（1）存在饥饿风险。任务B优先级最低，若任务A和C频繁执行，B可能永远得不到CPU。（2）若任务B优先级提高到4，系统将优先执行B，可能导致A和C饥饿。案例2：（1）最坏情况下，温度采集任务执行时间15ms时，系统无法在100ms内完成所有任务，导致错过截止时间。（2）改进方法：-使用EDF调度算法，动态调整优先级。-增加缓冲区，平滑执行时间波动。案例3：（1）优先级反转可能导致高优先级任务等待低优先级任务，系统响应延迟。（2）优先级天花板协议：为每个任务组设置最高优先级，避免低优先级任务阻塞高优先级任务。五、论述题1.可预测性在实时系统设计中的重要性及提高方法可预测性是实时系统的核心要求，直接影响系统可靠性和安全性。-重要性：-硬实时系统必须保证任务在截止时间前完成，不可预测性会导致系统失效（如汽车控制系统）。-软实时系统虽然允许一定延迟容忍，但可预测性仍能提高系统稳定性。-提高方法：-调度算法：优先级调度和EDF能保证任务按截止时间执行。-硬件设计：使用确定性中断、固定延迟硬件模块（如FPGA）。-资源管理：静态内存分配、预分配资源避免动态竞争。2.优先级调