嵌入式硬件设计实践考核试题及答案

嵌入式硬件设计实践考核试题及答案考试时长：120分钟满分：100分试卷名称：嵌入式硬件设计实践考核试题考核对象：嵌入式硬件设计初学者或相关行业从业者题型分值分布：-判断题（10题，每题2分，共20分）-单选题（10题，每题2分，共20分）-多选题（10题，每题2分，共20分）-简答题（3题，每题4分，共12分）-应用题（2题，每题9分，共18分）总分：100分一、判断题（每题2分，共20分）请判断下列说法的正误。1.ARMCortex-M系列处理器不支持浮点运算。2.FPGA的配置数据通常存储在SRAM中，断电后数据会丢失。3.PCIe总线支持热插拔功能，但需要设备两端均实现相应的电源管理协议。4.8051单片机的定时器/计数器模块只能工作在定时模式。5.I2C总线的时钟线（SCL）和数据线（SDA）都是双向的。6.DDR3内存的预取位数是8位，而DDR4内存的预取位数是16位。7.看门狗定时器（WDT）主要用于检测系统是否死机，通过复位系统来恢复运行。8.ARM处理器的MMU（内存管理单元）可以支持虚拟内存。9.USB2.0设备的传输速率最高可达480Mbps。10.电磁屏蔽罩可以有效防止外部电磁干扰对电路板的影响。二、单选题（每题2分，共20分）请选择最符合题意的选项。1.以下哪种处理器架构属于RISC（精简指令集）？A.x86B.ARMC.MIPSD.PowerPC2.在PCB设计中，以下哪种元器件的布局需要优先考虑散热？A.电阻B.晶振C.MOSFETD.二极管3.以下哪种接口协议属于串行通信？A.SPIB.USBC.PCIeD.SATA4.以下哪种存储器属于易失性存储器？A.FlashB.ROMC.RAMD.EPROM5.在ARM处理器中，以下哪个寄存器用于存储程序计数器（PC）？A.R0B.R15C.R13D.R146.以下哪种电源管理技术适用于低功耗嵌入式系统？A.线性稳压器B.电池管理ICC.电压调节模块（VRM）D.电流限制器7.在I2C总线上，以下哪种设备角色负责发起通信？A.从设备B.主设备C.中断控制器D.时钟发生器8.以下哪种传感器常用于检测设备振动？A.温度传感器B.光敏传感器C.加速度传感器D.湿度传感器9.在嵌入式系统中，以下哪种技术用于提高数据传输的可靠性？A.CRC校验B.串行通信C.DMA传输D.PCIe直通10.以下哪种封装形式适用于高密度PCB布局？A.QFPB.BGAC.DIPD.SOIC三、多选题（每题2分，共20分）请选择所有符合题意的选项。1.以下哪些是ARM处理器的常见工作模式？A.用户模式B.系统模式C.中断模式D.虚拟化模式2.在PCB设计中，以下哪些因素会影响信号完整性？A.布线长度B.针脚间距C.电源噪声D.电磁屏蔽3.以下哪些接口协议支持热插拔功能？A.SATAB.USB3.0C.PCIeD.HDMI4.在嵌入式系统中，以下哪些技术用于降低功耗？A.动态电压调节（DVFS）B.睡眠模式C.电流限制器D.电磁屏蔽5.以下哪些是I2C总线的特性？A.支持多主设备B.需要外部上拉电阻C.最高传输速率可达1MbpsD.支持地址自动配置6.在ARM处理器中，以下哪些寄存器属于通用寄存器？A.R0-R7B.R8-R12C.R13（SP）D.R14（LR）7.以下哪些是常见的电源管理IC功能？A.电压转换B.电流限制C.看门狗复位D.功率因数校正8.在嵌入式系统中，以下哪些传感器属于非接触式传感器？A.红外传感器B.超声波传感器C.温度传感器D.光纤传感器9.以下哪些是FPGA的优势？A.高度可编程性B.低延迟C.高功耗D.成本低10.在PCB设计中，以下哪些元器件需要考虑散热？A.MOSFETB.晶振C.逻辑芯片D.电阻四、简答题（每题4分，共12分）1.简述ARMCortex-M4处理器与Cortex-M3处理器的核心区别。2.解释什么是信号完整性，并列举三种提高信号完整性的方法。3.描述USB2.0设备的四种传输模式及其典型应用场景。五、应用题（每题9分，共18分）1.设计一个简单的嵌入式系统，要求包含以下功能：-使用ARMCortex-M3处理器作为主控芯片；-通过I2C总线连接一个温度传感器（如DS18B20）；-使用SPI总线连接一个SD卡模块，用于存储温度数据；-系统上电后，每隔5秒读取一次温度数据并存储到SD卡中。请简述系统硬件选型和关键接口设计。2.假设你正在设计一个需要高精度测量的嵌入式系统，要求：-使用一个12位ADC（如MCP3208）采集模拟信号；-通过SPI总线将采集到的数据传输到主控芯片（如STM32F4）；-系统需要支持DMA传输以提高数据采集效率；请简述ADC与主控芯片的接口设计，并说明DMA传输的优势。标准答案及解析一、判断题1.×ARMCortex-M系列处理器支持浮点运算（通过FPU单元）。2.√FPGA的SRAM配置数据易失性，断电后会丢失，通常需要外置非易失性存储器（如Flash）进行配置。3.√PCIe支持热插拔，但需要设备实现电源管理协议（如ACPI）。4.×8051的定时器/计数器模块既可工作在定时模式，也可工作在计数模式。5.√I2C的SCL和SDA线均为双向传输。6.√DDR3预取8位，DDR4预取16位。7.√看门狗定时器通过周期性复位来唤醒死机系统。8.√ARMMMU支持虚拟内存和分页机制。9.√USB2.0全速模式最高480Mbps。10.√电磁屏蔽罩可减少外部电磁干扰。二、单选题1.BARM属于RISC架构。2.CMOSFET发热量大，需优先考虑散热。3.ASPI是串行通信协议。4.CRAM是易失性存储器。5.BR15是ARM的程序计数器。6.B电池管理IC适用于低功耗系统。7.B主设备负责发起I2C通信。8.C加速度传感器用于检测振动。9.ACRC校验用于提高数据传输可靠性。10.BBGA适用于高密度PCB。三、多选题1.A,B,CARM处理器支持用户模式、系统模式和中断模式。2.A,B,C布线长度、针脚间距和电源噪声影响信号完整性。3.A,B,CSATA、USB3.0和PCIe支持热插拔。4.A,B,CDVFS、睡眠模式和电流限制器用于降低功耗。5.A,B,CI2C支持多主设备、需上拉电阻，最高1Mbps。6.A,B,R0-R12是通用寄存器，R13是栈指针，R14是链接寄存器。7.A,B,D电源管理IC可进行电压转换、电流限制和PFC。8.A,B,D红外、超声波和光纤传感器属于非接触式传感器。9.A,B,DFPGA高度可编程、低延迟、成本低。10.A,C,DMOSFET、逻辑芯片和电阻发热量大。四、简答题1.ARMCortex-M4与Cortex-M3的核心区别-Cortex-M4支持浮点运算单元（FPU），而Cortex-M3不支持。-Cortex-M4支持硬件调试接口（HITM），而Cortex-M3仅支持SWD。-Cortex-M4的JTAG接口是可选的，而Cortex-M3必须支持JTAG。2.信号完整性及提高方法-信号完整性指信号在传输过程中保持其质量，避免失真或衰减。-提高方法：-使用差分信号传输（抗干扰能力强）；-控制布线长度和阻抗匹配；-添加去耦电容减少电源噪声。3.USB2.0传输模式及应用-控制传输（Control）：用于设备控制和低速传输（如键盘鼠标）。-中断传输（Interrupt）：用于低带宽、固定间隔数据（如传感器）。-批量传输（Bulk）：用于高带宽、非实时数据（如文件传输）。-同步传输（Isochronous）：用于实时数据（如音频流）。五、应用题1.嵌入式系统设计-硬件选型：-主控芯片：STM32F3系列（Cortex-M4，支持FPU）。-温度传感器：DS18B20（1-Wire接口，通过I2C适配器）。-SD卡模块：SDHC卡（SPI接口）。-接口设计：-I2C：STM32F3的I2C1连接DS18B20，上拉电阻需外置。-SPI：STM32F3的SPI1连接S