嵌入式面试题(一)：2014大疆

一：编程基础

1、有如下CAT_s结构体定义，回答：

struct CAT_s{
int ld;
char Color;
unsigned short Age;
char *Name;
void(*Jump)(void);
}Garfield;

1)在一台64位的机器上，使用32位编译，Garfield 变量占用多少内存空间？64位编译又是如何？（总分5分）
答案：
考点—>字节对齐
32位系统以4字节对齐，该结构体占16个字节；64位系统以8字节对齐，该结构体占24个字节。结构体里面不同类型参数的排序不同会影响结构体的大小。

2) 使用32位编译情况下，给出一种判断所使用机器大小端的方法。（总分5分）


判断方法：利用union结构体的从低地址开始存，且同一时间内只有一个成员占有内存的特性。大端储存符合阅读习惯。

#include 
int Check_sys()
{
   #数据高位是c，低位是i
    union Un
    {
        char c;
        int i;
    }un;
    un.i = 1;
    return un.c;
}
int main()
{
    int ret=Check_sys();   
    if (1 == ret)  printf("当前模式为小端存储\n");
    else           printf("当前模式为大端存储\n");
    return 0;
}

2、描述下面XXX 这个宏的作用。（总分10分）

#define offsetof(TYPE,MEMBER)((size_t)&((TYPE*)0)->MEMBER)
#define XXX(ptr,type,member({\
const typeof(((type*)0)->member)*__mptr=(ptr);\
(type*)(char*)__mptr – offsetof(type,member));})

答案：

#define offsetof(TYPE,MEMBER)((size_t)&((TYPE*)0)->MEMBER)

• (TYPE*)0：将0强转为TYPE类型的指针，且指向了0地址空间；
• (TYPE*)0->MEMEBER：指向结构体中的成员；
• &((TYPE*)0->MEMBER)：获取成员在结构体的位置，因为起始为0，所以获取的地址即为实际的偏移地址

#define XXX(ptr,type,member) ({\
    const typeof(((type*)0)->member) *__mptr=(ptr);\
    (type*)((char*)__mptr – offsetof(type,member));})

• typeof构造的主要应用是用在宏定义中。可以使用typeof关键字来引用宏参
• 数的类型。也就是说，typeof(((type*)0)->member)是引用与type结构体的member成员的数据类型；
• 获得了数据类型之后，定义一个与type结构体的member成员相同的类型的指针变量__mptr，且将ptr值赋给它；
• 用宏offsetof(type,member),获取member成员在type结构中的偏移量；
  最后将__mptr值减去这个偏移量，就得到这个结构变量的地址了（亦指针）。
  总体思路：ptr是指向正被使用的某类型变量指针；type是包含ptr指向的变量类型的结构类型；member是type结构体中的成员，类型与ptr指向的变量类型一样。功能是计算返回包含ptr指向的变量所在的type类型结构变量的指针

3、简述C 函数：1) 参数如何传递（__cdecl调用方式）；2) 返回值如何传递；3) 调用后如何 返回到调用前的下一条指令执行。（总分10分）
答案：

1）
__cdecl：C Declaration的缩写，C的默认调用方法。
__stdcall：StandardCall的缩写，C++的默认调用方式。

2）
设返回值大小为M字节：

• M <= 4，将返回值存储在eax返回；
• 4 < M <=8，把eax，edx联合起来。其中，edx存储高位，eax存储低位；
• M >8，使用一个临时的栈上内存作为中转，结果返回值对象会被拷贝两次。整个过程使用的是指向返回值的指针来进行拷贝的，而指针本身是通过eax返回的

3）C语言通过硬件栈保存函数的返回地址，被调用函数将返回地址出栈到程序计数器PC中，以返回到调用点。

4、在一个多任务嵌入式系统中，有一个CPU 可直接寻址的32位寄存器REGn ，地址为 0x1F000010，编写一个安全的函数，将寄存器REGn 的指定位反转（要求保持其他bit 的值不变）。（总分10分）
答案：
异或运算。

void bit_reverse(uint32_t nbit)
{
    *((volatile unsigned int *)0x1F000010) ^= (0x01 << nbit);
}

5、有10000个正整数，每个数的取值范围均在1到1000之间，变成找出从小到大排在第 3400（从0开始算起）的那个数，将此数的值返回，要求不使用排序实现。（总分10分）
答案：计算不同整数值对应的整数个数

#include 
using namespace std;
 
#define TOTAL 10000
#define RANGE 1000
#define REQUIRED 3400
 
int main()
{
	int number[TOTAL] = { 0 };
	int count[RANGE] = { 0 };
	int i, sum = 0;
 
	for (i = 0; i < 10000; i++) {
		number[i] = (rand() % 1000) + 1;		/*产生10000个1-1000之间的随机数*/
	}
 
	for (i = 0; i < 10000; i++) {
		count[number[i] - 1]++;				/*计算10000个整数出现次数*/
	}
 
	for (i = 0; i < 1000; i++) {
		sum += count[i];
		if (sum >= REQUIRED + 1) {
			cout << i + 1 << endl;
			break;
		}
	}
 
	return 0;
}

二．嵌入式基本知识

简述处理器中断处理的过程（中断向量、中断保护现场、中断嵌套、中断返回等）。（总 分10分）
答案：
中断向量：
中断服务程序的入口地址
中断嵌套：
中断系统正在执行一个中断服务时，有另一个优先级更高的中断提出中断请求，这时会暂时终止当前正在执行的级别较低的中断源的服务程序，去处理级别更高的中断源，待处理完毕，再返回到被中断了的中断服务程序继续执行
保护现场：主程序和中断服务子程序都要使用CPU内部寄存器等资源，为使中断处理程序不破坏主程序中寄存器的内容，应先将断点处各寄存器的内容压入堆栈保护起来，再进入的中断中断返回过程如下：首先恢复原保留寄存器的内容和标志位的状态，这称为恢复现场
中断返回：
由用户编程完成。然后，再加返回指令RETI，RETI指令的功能是恢复PC值，使CPU返回断点，这称为恢复断点。恢复现场和断点后，CPU将继续执行原主程序，中断响应过程到此为止处理。现场保护是由用户使用PUSH指令来实现的。
恢复现场：
当中断处理完毕后，用户通过POP指令将保存在堆栈中的各个寄存器的内容弹出，即恢复主程序断点处寄存器的原值。
中断服务：
中断服务是执行中断的主体部分，不同的中断请求，有各自不同的中断服务内容，需要根据中断源所要完成的功能，事先编写相应的中断服务子程序存入内存，等待中断请求响应后调用执行

简述处理器在读内存的过程中，CPU 核、cache 、MMU 如何协同工作？画出CPU 核、 cache 、MMU 、内存之间的关系示意图加以说明（可以以你熟悉的处理器为例）。（总分10分）

三．基本通信知识

请说明总线接口USRT 、I2C 、USB 的异同点（串/并、速度、全/半双工、总线拓扑等）。 （总分5分）
列举你所知道的linux 内核态和用户态之间的通信方式并给出你认为效率最高的方式， 说明理由。（总分5分）

四．系统设计

有一个使用UART 进行通信的子系统X ，其中UART0进行数据包接收和回复，UART1进行数据包转发。子系统X 的通信模块职责是从UART0接收数据包，如果为本地数据包（receiver 为子系统X ），则解析数据包中的命令码（2字节）和数据域（0~128字节），根据命令码调用内部的处理程序，并将处理结果通过UART0回复给发送端，如果非本地数据包，则通过UART1转发。
如果由你来设计子系统X 的通信模块：

1. 请设计通信数据包格式，并说明各字段的定义；（总分5分）
2. 在一个实时操作系统中，你会如何部署模块中的任务和缓存数据，画出任务间的数据流
   视图加以说明；（总分5分）
3. 你会如何设置任务的优先级，说说优缺点；（总分5分）
4. 如果将命令码对应的处理优先级分为高、低两个等级，你又会如何设计；（总分5分）