全国计算机等级考试四级嵌入式系统技术试卷(含答案)

全国计算机等级考试四级嵌入式系统技术试卷(含答案)一、单项选择题（共40小题，每小题1分，共计40分。下列每题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求）1.下列关于嵌入式系统核心特征的描述中，错误的是A）针对特定应用场景软硬件协同定制B）普遍对实时性、可靠性有明确约束C）必须搭载符合POSIX标准的通用桌面操作系统D）系统资源配置与业务需求强耦合，无冗余算力浪费2.按照实时性等级对嵌入式系统分类，下列应用场景属于硬实时嵌入式系统的是A）家用智能音箱音频播放系统B）高铁列车运行控制系统C）智能电视视频解码系统D）家用空调温度调控系统3.基于ARMv7架构的处理器系列中，面向高可靠实时控制场景、支持零等待中断响应的处理器系列是A）Cortex-A系列B）Cortex-R系列C）Cortex-M系列D）Cortex-X系列4.ARM处理器7种工作模式中，唯一的非特权模式是A）系统模式B）管理模式C）用户模式D）未定义指令中止模式5.ARM状态下处理器支持的通用寄存器总数为31个，其中用于存储程序执行状态的CPSR寄存器名称是A）程序状态寄存器B）当前程序状态寄存器C）备份程序状态寄存器D）快速中断状态寄存器6.下列关于ARM指令集与Thumb指令集的对比描述中，错误的是A）ARM指令为32位定长，Thumb-2指令集支持16位/32位混合编码B）同样程序代码编译后，Thumb指令集生成的可执行文件体积更小C）所有ARM处理器均同时支持ARM状态、Thumb状态、Thumb-2状态三种运行模式D）ARM状态下单条指令的运算执行效率普遍高于Thumb状态7.ARM汇编指令中，用于将内存单元数据加载到处理器通用寄存器的指令类是A）LDR系列指令B）STR系列指令C）STM系列指令D）SWI系列指令8.ARM系统默认采用的堆栈类型是满递减堆栈，下列对满递减堆栈的描述正确的是A）堆栈指针指向最后压入栈的有效数据地址，栈生长方向由高地址向低地址B）堆栈指针指向最后压入栈的有效数据地址，栈生长方向由低地址向高地址C）堆栈指针指向第一个未使用的栈空地址，栈生长方向由高地址向低地址D）堆栈指针指向第一个未使用的栈空地址，栈生长方向由低地址向高地址9.下列不属于ARM存储管理单元MMU核心功能的是A）实现虚拟地址到物理地址的动态映射B）完成存储访问权限的控制与校验C）提升处理器内核的主频运算能力D）支持Cache访问策略的动态配置10.若某嵌入式处理器的Cache行大小为64字节，总Cache容量为32KB，采用2路组相联映射方式，则该Cache的总组数为A）256B）512C）1024D）204811.翻译后备缓冲器TLB的核心作用是A）缓存常用的地址映射表项，降低地址转换时延B）缓存中断向量表项，提升中断响应速度C）存储处理器调试断点信息，简化调试流程D）存储动态电压调整参数，优化系统功耗表现12.下列AMBA总线协议中，面向高带宽高速片上外设、支持分离事务传输的新一代高性能总线是A）AHB总线B）APB总线C）AXI总线D）I2C总线13.关于I2C串行总线的技术特性描述中，错误的是A）仅使用SDA串行数据线、SCL串行时钟线两根信号线完成通信B）标准模式下最高通信速率为100kbps，高速模式下最高速率可达3.4MbpsC）通信节点地址支持7位与10位两种编码模式，总节点数量上限为1024个D）多主机场景下内置硬件仲裁机制，无需额外总线裁决单元即可避免冲突14.下列UART串行通信的参数组合中，代表8位数据位、1位停止位、无校验的标准配置是A）8N1B）8E1C）8O1D）7N215.下列不属于SPI总线典型信号引脚的是A）SCLK串行时钟引脚B）MOSI主机输出从机输入引脚C）MISO主机输入从机输出引脚D）RXD串行数据接收引脚16.下列嵌入式实时操作系统中，源码完全开源、遵循GPL许可证协议，面向工业控制场景广泛应用的是A）uC/OS-IIB）FreeRTOSC）VxWorksD）RTX17.uC/OS-II操作系统采用可抢占式实时调度策略，系统支持的最高优先级任务数量为A）64B）128C）256D）51218.下列关于uC/OS-II任务状态转换的描述中，错误的是A）任务处于挂起状态时，处理器资源可被其他就绪任务抢占B）中断服务程序执行完成后，系统会自动触发一次任务调度C）同优先级的多个任务可按照时间片轮转策略交替占用处理器D）任务延时到期后，会从等待状态自动转换为就绪状态19.嵌入式Linux系统内核配置过程中，用于启动字符交互图形化配置界面的命令是A）makeconfigB）makemenuconfigC）makexconfigD）makeoldconfig20.嵌入式Linux系统中，用于存储根文件系统的典型文件系统格式是A）ext4B）NTFSC）exFATD）FAT3221.下列不属于嵌入式实时系统核心性能指标的是A）任务最坏执行时间B）中断延迟时间C）调度抖动值D）系统峰值算力22.动态电压频率调整DVFS技术的核心优化目标是A）提升处理器运算主频B）降低系统运行功耗C）增大内存访问带宽D）减少网络传输时延23.嵌入式系统调试中，JTAG接口标准定义的必选信号引脚数量为A）4个B）6个C）8个D）16个24.下列关于JTAG调试模式的描述中，正确的是A）需要在目标系统中预先植入调试代理程序才能完成调试B）可直接访问处理器内部所有寄存器与片上资源，实现硬件级调试C）仅能对应用层程序的变量、执行流程进行跟踪，无法访问底层硬件D）调试速率受串口带宽限制，无法实现代码的全速仿真25.某嵌入式数据采集系统要求在1ms内完成10路12位AD采样、数据校验、以太网发送全流程操作，经测试系统最坏情况下完成该流程的耗时为870us，则该系统的CPU利用率约为A）87%B）13%C）8.7%D）130%26.下列关于嵌入式系统低功耗设计的操作中，错误的是A）外设空闲时及时关闭对应时钟域，切断外设供电B）非关键任务在系统闲时自动降频运行，降低动态功耗C）所有中断均设置为电平触发模式，避免误唤醒导致功耗上升D）主控制器休眠时关闭未使用的GPIO端口浮空状态，配置为下拉输出27.基于Cortex-M3内核的微控制器中，嵌套向量中断控制器NVIC支持的最高中断优先级位数为A）2位B）4位C）8位D）16位28.下列不属于嵌入式软件白盒测试方法的是A）语句覆盖测试B）分支覆盖测试C）边界值测试D）条件覆盖测试29.工业级嵌入式系统常用的看门狗定时器核心作用是A）监控系统程序运行状态，出现死锁时自动复位处理器B）精确统计任务执行耗时，生成系统性能分析报告C）校准系统实时时钟，避免走时误差累积D）监控电源电压波动，电压异常时自动切断外设供电30.下列关于CAN总线技术特性的描述中，错误的是A）采用差分信号传输，抗电磁干扰能力强B）支持硬件错误自动重传，总线数据传输可靠性高C）单条总线最大可挂载127个通信节点D）标准帧格式下数据段最大有效载荷长度为8字节31.ARM汇编指令中，用于实现处理器软件中断、触发系统进入管理模式调用系统服务的指令是A）SWIB）STMC）BLD）B32.下列寻址方式中，属于ARM基址变址寻址类型的是A）LDRR0,[R1,#4]B）LDRR0,[R1],#4C）LDRR0,R1D）LDRR0,[R1,R2LSL#2]33.某嵌入式系统采用16位地址总线、8位数据总线架构，则该系统的最大可寻址内存空间大小为A）16KBB）64KBC）1MBD）16MB34.下列存储介质中，属于非易失性存储介质的是A）SRAMB）DRAMC）DDR4D）SPIFlash35.嵌入式系统中，将用户空间的应用程序请求转发到内核空间处理的核心接口是A）系统调用B）中断服务程序C）设备驱动D）信号量36.下列实时操作系统进程间通信机制中，可实现异步信号通知功能的是A）消息队列B）信号量C）信号D）共享内存37.某嵌入式系统采用双余度CAN总线设计，两路总线数据传输速率均为1Mbps，理论上单路总线每秒钟可传输的标准数据帧数量最大值为A）约1000帧B）约10000帧C）约100000帧D）约1000000帧38.下列关于嵌入式系统可靠性指标的描述中，MTBF的含义是A）平均故障间隔时间B）平均故障修复时间C）系统可用度D）故障失效率39.面向低功耗物联网场景的Cortex-M0系列处理器，内核最高工作主频通常不超过A）48MHzB）1GHzC）500MHzD）200MHz40.嵌入式系统软硬件协同设计流程中，完成系统需求定义后的下一步核心工作是A）软硬件任务划分与架构设计B）直接开始硬件原理图绘制C）直接启动应用软件代码编写D）系统集成测试二、综合应用题（共4小题，共计60分）1.（15分）已知某ARM32处理器工作在ARM状态下，初始寄存器值为：R0=0x00000000，R1=0x10001000，R2=0x00000005，内存地址0x10001000处存储数据0x00000001，地址0x10001004处存储数据0x00000002，地址0x10001008处存储数据0x00000003，地址0x1000100C处存储数据0x00000004，地址0x10001010处存储数据0x00000005，依次执行以下汇编指令：Loop:LDRR3,[R1],#4ADDR0,R0,R3SUBR2,R2,#1CMPR2,#0BNELoop请完成以下问题：（1）指出上述代码中第1条指令LDRR3,[R1],#4对应的寻址方式类型，并说明该指令执行后R1寄存器的数值变化结果。（2）完整描述上述汇编程序段执行完成后，R0寄存器的最终计算结果，以及该程序段实现的核心功能。（3）若将BNELoop指令替换为BCCLoop指令，且初始CPSR寄存器的C位条件码为0，说明程序执行的流程变化与最终R0的结果。2.（15分）基于Cortex-M3内核的工业采集终端使用GPIO端口连接1路霍尔转速传感器，传感器输出脉冲信号每转一圈产生12个脉冲，系统时钟频率为72MHz，要求实现脉冲计数功能，同时脉冲累计满10000次时触发一次数据采集操作。已知GPIO端口的输入数据寄存器地址为0x40020008，外部中断配置寄存器地址为0x40010000，定时器计数寄存器的最大计数值为0xFFFF，请完成以下问题：（1）设计采用外部中断上升沿触发方式实现脉冲计数的核心逻辑，补充以下C语言代码的空缺部分：uint32_tpulse_cnt=0;voidEXTI_IRQHandler(void){if(①)//判断外部中断触发标志位{②;//清除外部中断触发标志位pulse_cnt++;if(pulse_cnt>=10000){//触发AD采集操作pulse_cnt=0;}}}（2）若要求同时实现转速高精度测量，采用定时器输入捕获模式测量相邻两个脉冲的时间间隔，某次捕获得到的定时器计数值差值为3600，则当前测得的转速是多少转每分钟？要求写出详细计算过程。（3）指出上述中断计数实现方案的潜在缺陷，给出至少2种可提升脉冲计数可靠性的优化方案。3.（20分）某基于uC/OS-II操作系统的嵌入式系统设计了3个任务，任务A优先级为5，任务B优先级为10，任务C优先级为15，数值越小代表优先级越高。系统上电后首先执行初始化代码，创建3个任务并启动操作系统调度，初始状态所有任务均为挂起状态，随后按照时序依次发生以下事件：①t1时刻外部中断触发，在中断服务程序中唤醒任务C；②t2时刻任务C执行过程中等待信号量S1，主动进入等待状态；③t3时刻信号量S1被外部中断服务程序释放，此时任务A与任务B均处于就绪状态；④t4时刻任务A执行过程中主动延时10ms，进入等待状态；⑤t5时刻任务B执行完成，调用任务挂起API进入挂起状态。请完成以下问题：（1）写出t1、t2、t3、t4、t5五个时间点之后，当前占用处理器运行的任务分别是哪一个，说明调度判定依据。（2）简述抢占式实时操作系统中，任务切换的完整执行流程。（3）若系统未实现中断嵌套功能，最高优先级的中断为2级，最低优先级的中断为5级，说明系统处理4级中断过程中，新到来2级、3级、5级中断的响应处理逻辑。4.（10分）某智能电网嵌入式FTU终端部署在户外高压环境下，当前设计方案采用通用消费级ARM微控制器，无硬件看门狗电路，通信端口未加ESD防护，软件未做任何异常处理逻辑。请分析该设计存在的可靠性隐患，并给出至少4项针对性的优化改进措施，确保系统可在-40℃~85℃工业宽温环境下7*24小时稳定运行。参考答案一、单项选择题答案1.C2.B3.B4.C5.B6.C7.A8.A9.C10.B11.A12.C13.C14.A15.D16.B17.A18.C19.B20.A21.D22.B23.A24.B25.A26.C27.B28.C29.A30.C31.A32.A33.B34.D35.A36.C37.B38.A39.A40.A二、综合应用题参考答案1.（1）该指令属于ARM寄存器后变址寻址类型，指令执行完成后，R1寄存器的数值在读取完内存数据后自动加4，初始R1为0x10001000，第一次执行后R1变为0x10001004。（2）程序循环执行5次，依次累加地址0x10001000开始的5个32位数据：1+2+3+4+5=15，R0最终结果为0x0000000F，该程序段的核心功能是对从内存0x10001000地址开始的连续5个32位整型数据完成求和运算。（3）BNE是结果非零跳转，替换为BCC是进位标志位为0跳转，初始CPSR的C位为0，程序进入死循环，R2不断自减不会停止，R1持续向高地址读取未定义的内存数据，最终R0结果无法确定，程序无法正常退出循环。2.（1）空缺①填写*(volatileuint32_t*)0x40010000&0x01，判断对应外部中断线的触发标志位为1；空缺②填写*(volatileuint32_t*)0x40010000=0x01，写1清除中断标志位。（2）定时器计数时钟由系统72MHz时钟提供，单步计数时长为1/72MHz=1/72us，计数值差3600对应脉冲间隔时间为3600/72MHz=50us，每转12个脉冲，对应单转时间为12*50us=600us，每分钟转速=60/(600*10^-6)=100000转/分钟。（3）潜在缺陷：脉冲输入信号受电磁干扰产生抖动，导致中断误触发，计数结果不准；高频脉冲频率过高时，中断响应不及时导致脉冲漏记。优化方案：增加输入信号硬件滤波电路，在GPIO输入端并联10nF滤波电容；将外部中断触发替换为定时器硬件编码器模式，由