嵌入式系統(tǒng)設(shè)計師(下午)真題選題卷2

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1.[問答][0分]某公司承接了某嵌入式系統(tǒng)的研制任務(wù)。該嵌入式系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理模塊、系統(tǒng)管理模塊、FC網(wǎng)絡(luò)交換模塊和智能電源模塊組成，系統(tǒng)組成如圖1所示。數(shù)據(jù)處理模塊處理系統(tǒng)的應(yīng)用任務(wù)；系統(tǒng)管理模塊除了處理系統(tǒng)的應(yīng)用任務(wù)外，還負(fù)責(zé)管理整個嵌入式系統(tǒng)；FC網(wǎng)絡(luò)交換模塊采用消息機(jī)制，支持廣播和組播，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換；智能電源模塊負(fù)責(zé)給其他模塊供電，該模塊根據(jù)系統(tǒng)命令可以給其他模塊供電或停止供電。

1、該系統(tǒng)的軟件大部分是用C語言編程的，編程人員經(jīng)常會使用運(yùn)算符，請按優(yōu)先級由高到低的次序，重新排序下面的運(yùn)算符：%,=,＜=,。

2、該系統(tǒng)的開發(fā)要求按軟件能力成熟度模型CMM3級開發(fā)，請回答下列問題：

(1)CMM3級包含多少個關(guān)鍵過程域?

(2)請寫出CMM3級的關(guān)鍵過程域。

(3)CMM2級包含多少個關(guān)鍵過程域?

(4)在對該開發(fā)軟件單位進(jìn)行CMM3級達(dá)標(biāo)評級時，只需檢查3級的關(guān)鍵過程域還是3級和2級的關(guān)鍵過程域都需要檢查?

3、(1)在本系統(tǒng)中，F(xiàn)C網(wǎng)絡(luò)采用何種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?請從如下4項中選擇最為合適的。A．總線B．樹型C．星形D．點對點

(2)FC網(wǎng)絡(luò)除了用于交換的光纖基礎(chǔ)架構(gòu)，還必須有高性能的I/O通道結(jié)構(gòu)支持，I/O通道在FC網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)勢是什么?

4、智能電源模塊首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，初始化后各設(shè)備就可使用，再根據(jù)系統(tǒng)初始配置表對嵌入式系統(tǒng)的其他模塊供電。

智能電源模塊通常完成兩件事情：

一、周期性地查詢本模塊溫度、各路電流(給各模塊供電的)以及電源模塊的供電是否異常，如果異常，則進(jìn)行異常處理，并報系統(tǒng)管理模塊，由系統(tǒng)管理模塊進(jìn)行決策；

二、進(jìn)入中斷處理程序，處理系統(tǒng)管理模塊的各種命令，如果系統(tǒng)管理模塊命令關(guān)機(jī)下電，則智能電源模塊對所有模塊(也包括自己)進(jìn)行下電處理

圖2是智能電源模塊上的管理軟件處理流程圖，請完成該流程圖，給(1)～(5)處填空。

2.[問答][0分]閱讀以下關(guān)于某四軸飛行器系統(tǒng)設(shè)計的說明，回答下列問題。

[說明]在某四軸飛行器系統(tǒng)設(shè)計中，利用慣性測量單元(IMU)、PID電機(jī)控制、2.4G無線遙控通信和高速空心直流電機(jī)驅(qū)動等技術(shù)來實現(xiàn)一個簡易的嵌入式四軸飛行器方案。整個系統(tǒng)的設(shè)計包括飛控板和遙控板兩部分，兩者之間采用2.4G無線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

飛控板采用高速單片機(jī)STM32作為處理器，采用含有三軸陀螺儀、三軸加速度計的運(yùn)動傳感器MPU16050作為慣性測量單元，通過2.4G無線模塊和遙控板進(jìn)行通信，最終根據(jù)PID控制算法以PWM方式驅(qū)動空心電機(jī)來控制目標(biāo)。

圖1為李工設(shè)計的系統(tǒng)總體框圖。

飛控板和遙控板的核心處理器都采用STM32F103。飛控系統(tǒng)的慣性測量單元采用MPU6050測量傳感器，MPU6050使用IIC接口，時鐘引腳SCL、數(shù)據(jù)引腳SDA和數(shù)據(jù)中斷引腳分別接到STM32的對應(yīng)管腳，圖2為該部分原理圖。

遙控板采用STM32單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計，使用AD對搖桿模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采用NRF2401無線模塊進(jìn)行通信，圖3為該部分原理圖。

李工所設(shè)計的系統(tǒng)軟件同樣包含飛控板和遙控板兩部分，飛控板軟件的設(shè)計主要包括無線數(shù)據(jù)的接收、自身姿態(tài)的實時計算、電機(jī)PID增量的計算和PWM的電機(jī)驅(qū)動。

遙控板主控制器軟件通過ADC外設(shè)對搖桿數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，把采集到的數(shù)據(jù)通過2.4G無線通信模塊發(fā)送至飛控板。圖4為飛控系統(tǒng)的軟件流程示意圖。

1、由圖1系統(tǒng)總體框圖設(shè)計可知，飛控板和遙控板之間是用2.4G無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，各自主處理器和無線通信模塊之間是SPI接口。同時，在飛控板上，處理器和慣性測量單元是通過IIC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。以下關(guān)于SPI接口和IIC接口的描述中，正確的是：______、______、______、______。A．SPI和IIC都是主從式通信方式B．SPI的數(shù)據(jù)收發(fā)線是各自獨(dú)立的，IIC也是同樣C．SPI和IIC的傳輸都不需要片選控制D．IIC總線是一個多主機(jī)的總線，可以連接多于一個能控制總線的器件到總線E．IIC總線包括標(biāo)準(zhǔn)模式，快速模式和高速模式，相互之間的傳輸速度差異并不大F．在原理設(shè)計中，到底采用SPI和IIC哪種方式，需要依據(jù)外設(shè)芯片的接口而定G．SPI是一種環(huán)形總線結(jié)構(gòu)H．在IIC總線上，可以有多個從設(shè)備具有相同的IIC地址

2、(1)圖2飛控板部分原理圖中，R4的作用是什么?

(2)圖3遙控板部分原理圖中，C11、C12、C13、C14的作用是什么?

3、在STM32處理器的PWM使用過程中，最為關(guān)鍵的就是PWM的頻率和占空比。PWM的頻率依賴于PWM模塊的參考時鐘頻率，自動裝載寄存器ARR的值加1之后再乘以參考時鐘頻率即可得到PWM的頻率。

PWM的占空比是用捕獲比較寄存器CCR和自動裝載寄存器ARR獲得的，PWM占空比=CCR/(ARR+1)。假設(shè)當(dāng)前主控板的STM32處理器PWM模塊的參考時鐘頻率為1kHz，要將PWM模塊的頻率設(shè)置為100kHz，則ARR寄存器的值應(yīng)設(shè)置為多少?如果此時占空比希望設(shè)置為20%，那么CCR寄存器的值應(yīng)該設(shè)置為多少?

4、5毫秒進(jìn)行一次定時器的觸發(fā)，每次中斷都會檢查一次無線模塊數(shù)據(jù)的接收，以確保飛控系統(tǒng)控制信息的實時性。每2次中斷(即1毫秒)讀取一次。MPU16050單元的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行算法處理。每4次中斷(即2毫秒)通過計算當(dāng)前飛控板系統(tǒng)的姿態(tài)，結(jié)合遙控端的目標(biāo)姿態(tài)，根據(jù)兩者的差值通過PID控制算法對各個電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。每200次中斷(即100毫秒)采集一次電池電壓，然后通過無線模塊把電池電壓發(fā)送給遙控板，以告知操作人員當(dāng)前電壓的大小。圖4為飛控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的簡要流程圖，根據(jù)以上描述，請補(bǔ)全圖4中的空(1)～(6)處的內(nèi)容。

3.[問答][0分]閱讀以下關(guān)于某嵌入式系統(tǒng)多路數(shù)據(jù)采集的說明，回答下列問題。

[說明]某嵌入式系統(tǒng)中，存在16路數(shù)據(jù)采集通道，為了提高數(shù)據(jù)采集的可靠性，對16路采集通道均采用雙余度設(shè)計，為了監(jiān)控采集通道是否發(fā)生故障，對各路雙余度通道采集值進(jìn)行比較，只有當(dāng)該通道兩個余度設(shè)備采集值均不小于45時，才表示該路通道正常。設(shè)計人員設(shè)計函數(shù)num_of_passer用于統(tǒng)計無故障通道數(shù)目，在該函數(shù)的設(shè)計中考慮了如下因素：9采用如下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲通道號及采集值：Structvalue{unsignedintNo;//通道號,1到16unsignedshortValue1;//余度1采集值unsignedshortValue2;//余度2采集值}10當(dāng)輸入?yún)?shù)異常時，函數(shù)返回-1；11若正確統(tǒng)計了無故障通道數(shù)目，則返回該數(shù)目；12該函數(shù)需要兩個輸入?yún)?shù)，第一個參數(shù)是用于存儲通道號及余度采集值的數(shù)組，第二個參數(shù)為通道總數(shù)目。

開發(fā)人員根據(jù)上述要求使用ANSIC對代碼實現(xiàn)如下(代碼中第一個數(shù)字代表行號)：1)unsignedintnum_of_passer(structvaluearray[],unsignedintnum){2)unsignedintn=0;//循環(huán)變量3)unsignedintcounter;//無故障通道數(shù)目4)if((array=NULL)||(num==0)||(num＞16))5)return-1;//當(dāng)輸入?yún)?shù)異常時,函數(shù)返回-16)for(n=0;nimage.png=num;n++){7)if((array[n].Value1＞45)((array[n].Value2＞45)))8)counter=counter+1;}9)returncounter;}

1、嵌入式軟件中通常使用圈復(fù)雜度來衡量程序的可維護(hù)性(一般要求圈復(fù)雜度不大于10)，請計算函數(shù)num_of_passer的圈復(fù)雜度。

2、作為測試人員，請參照表1序號1的方式使用代碼審查的方法找出該程序中所包含的至少3處錯誤。

3、覆蓋率是度量測試完整性的一個手段，也是度量測試有效性的一個手段。在嵌入式軟件白盒測試過程中，通常以語句覆蓋率、分支覆蓋率和MC/DC覆蓋率作為度量指標(biāo)，請指出對函數(shù)num_of_passer達(dá)到100%語句覆蓋、100%分支(DC)覆蓋和100%MC/DC覆蓋所需的最少測試用例數(shù)目，如表2所示。

4.[問答][0分]閱讀以下關(guān)于數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的說明，回答下列問題。

[說明]某公司承接了一個數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的項目，由劉工負(fù)責(zé)系統(tǒng)的方案設(shè)計，劉工的設(shè)計方案如圖1所示。該方案是基于PCI總線的多功能處理系統(tǒng)，PCI設(shè)備1是以太網(wǎng)，PCI設(shè)備2用于數(shù)據(jù)采集，PCI設(shè)備3、PCI設(shè)備4用于和該系統(tǒng)中的其他處理模塊進(jìn)行互聯(lián)，LEGACY設(shè)備1、LEGACY設(shè)備2用于處理系統(tǒng)中一些慢速設(shè)備。

1、在以下描述PCI總線的基本概念中，正確的表述有______、______、______、______、______、______。A．PCI總線是一個與處理器有關(guān)的高速外圍總線B．PCI總線的基本傳輸機(jī)制是猝發(fā)式傳送C．PCI設(shè)備一定是主設(shè)備D．PCI的物理地址與其他總線一樣，是由內(nèi)存地址空間和I/O地址組成E．PCI設(shè)備的地址譯碼不能對配置空間直接尋址F．PCI設(shè)備識別主要是對開發(fā)商代碼和設(shè)備代碼進(jìn)行識別G．訪問配置空間時，PCI橋應(yīng)提供IDSEL信號以選擇PCI設(shè)備H．系統(tǒng)中只允許有一條PCI總線I．PCI總線是高速串行總線J．PCI總線有3種橋，即HOST/PCI橋，PCI/PCI橋，PCI/LEGACY橋K．PCI橋是可以把一條總線的地址空間映射到另一條總線的地址空間

2、PCI設(shè)備2和主CPU之間采用雙口RAM方式交換數(shù)據(jù)，雙口RAM是常見的共享式多端口存儲器，其最大的特點是存儲數(shù)據(jù)共享。

它允許兩個獨(dú)立的CPU或控制器同時異步訪問存儲單元。既然數(shù)據(jù)共享，就必須存在訪問仲裁控制，否則就會出現(xiàn)錯誤或沖突。內(nèi)部仲裁邏輯控制提供以下功能：對同一地址單元訪問的時序控制；存儲單元數(shù)據(jù)塊的訪問權(quán)限分配；信令交換邏輯(例如中斷信號)等。兩個端口對同一內(nèi)存操作有4種情況：A．兩個端口同時對同一地址單元讀出數(shù)據(jù)；B．兩個端口同時對同一地址單元寫入數(shù)據(jù)；C．兩個端口不同時對同一地址單元存取數(shù)據(jù)；D．兩個端口同時對同一地址單元，一個寫入數(shù)據(jù)，另一個讀出數(shù)據(jù)。在上述情況下，兩個端口的存取不會出現(xiàn)錯誤的是______和______，會出現(xiàn)寫入錯誤的是______，會出現(xiàn)讀出錯誤的是______。

3、PCI設(shè)備2和主CPU之間通過雙端口存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。劉工設(shè)計了環(huán)形隊列的實現(xiàn)方式。設(shè)備2向環(huán)形隊列寫入數(shù)據(jù)，主CPU從環(huán)形隊列讀取數(shù)據(jù)。環(huán)形隊列是一個首尾相連的FIFO數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，采用數(shù)組存儲，到達(dá)尾部時將轉(zhuǎn)回到0位置，該轉(zhuǎn)回是通過取模操作來實現(xiàn)的。因此環(huán)形隊列邏輯上是將數(shù)組元素q[0]與q[MAX-1]連接，形成一個存放隊列的環(huán)形空間。

為了方便讀寫，還要用數(shù)組下標(biāo)來指明隊列的讀寫位置，其中head指向可以讀的位置，tail指向可以寫的位置，環(huán)形隊列如圖2所示。

使用環(huán)形隊列時需要判斷隊列為空還是為滿。當(dāng)tail追上head時，隊列為滿，當(dāng)head追上tail時，隊列為空。通常判斷環(huán)形隊列為空/為滿有兩種判斷方法。

(1)附加一個標(biāo)志位tag，當(dāng)head趕上tail，隊列空，則令tag=0，當(dāng)tail趕上head，隊列滿，則令tag=1；

(2)限制tail趕上head，即隊尾結(jié)點與隊首結(jié)點之間至少留有一個元素的空間。

隊列空：head==tai；隊列滿：(tail+1)%MAXN==head。如果采用第一種方法(即附加標(biāo)志實現(xiàn)算法)，則環(huán)形隊列的結(jié)構(gòu)定義如下：typedefstructringg{inthead;/*頭部,出隊列方向*/inttail;/*尾部,入隊列方向*/inttag;intsize;/*隊列總尺寸*/intspace[RINGQ_MAX];/*隊列空間*/}RINGQ;RINGQp,*q;q=p;初始化環(huán)形隊列的C語言代碼為：q-＞head=q-＞tail=q-＞tag=0;q-＞size=RINGQ_MAX;判斷隊列為空的C語言代碼為______。判斷隊列為滿的C語言代碼為______。入隊操作時，如果隊列不滿，則入隊后更新尾指針的C語言代碼為q-＞tail=______。出隊操作時，如果隊列不空，則出隊后更新頭指針的C語言代碼為q-＞head=______。

如果采用第二種方法，還采用上述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，初始化環(huán)形隊列的C語言代碼為：q-＞head=q-＞tail=0;q-＞size=RINGQ_MAX;判斷隊列為空的C語言代碼為______。判斷隊列為滿的C語言代碼為______。入隊操作時，如果隊列不滿，則入隊后更新尾指針的C語言代碼為q-＞tail=______。出隊操作時，如果隊列不空，則出隊后更新頭指針的C語言代碼為q-＞head=______。

5.[問答][0分]閱讀以下關(guān)于C語言編程方面的說明和程序，回答下列問題。

[說明]在開發(fā)某嵌入式系統(tǒng)時，設(shè)計人員根據(jù)系統(tǒng)要求，分別編寫了如下程序，其中：程序1是關(guān)于文件操作的一段程序。程序2是某信息管理系統(tǒng)的系統(tǒng)登錄和密碼驗證程序，規(guī)定密碼最長為20個字符。首先，打開密碼文件sys_code，如果成功，則將文件中的密碼信息與用戶輸入的密碼進(jìn)行比較，若相等，則身份驗證通過并進(jìn)入信息管理系統(tǒng)，否則輸出錯誤信息并退出登錄系統(tǒng)。如果打開文件sys_code失敗，則由用戶輸入密碼并保存到密碼文件sys_code。

[程序1]#includeimage.pngstdio.h＞#includeimage.pngstdlib.h＞Voidmain15{FILE*fp;charc,fname[20];printf("輸入文件名:");Scanf("%S",fname);if((fp=fopen(fname,"r"))==______){printf("不能打開文件:%sin",fname);exit16;}while(______)/*檢測文件是否結(jié)束*/{c=fgetc(fp);if(______)/*檢測文件是否出錯*/{printf("文件讀錯誤\n");break;}putchar(c);}}

[程序2]voidpassword15{intsign=0;sign=checkcode15;if(______){printf("\a\n\n\n\n\n\n\n\n\n\t\t密碼錯誤,請重新登錄!");getch19;system("cls");exit20;}system("cls");printf("\a\n\n\n\n\n\n\n\n\n\t\t");printf("歡迎登錄信息管理系統(tǒng)!\n");getch19;return;}intcheckcode15{FILE*fp;charch,syspwd[21]="\0";charusrpwd[21]="\0";inti;/*身份驗證*/if((fp=fopen("sys