嵌入式八股-面试30题（20240821）

1. 硬件基础与微控制器架构

1.1 CPU内部结构

回答：
CPU内部主要由运算单元（ALU）、控制单元、寄存器组、缓存（Cache）和总线接口等部分组成。ALU负责执行算术和逻辑运算，控制单元负责指令的解码和执行，寄存器组用于快速存储数据和指令，缓存用于存储频繁访问的数据以提高处理速度。

1.2 ARM结构处理器简析

回答：
ARM架构是一种RISC（精简指令集计算机）架构，具有低功耗、高性能和高效率的特点，广泛应用于嵌入式系统中。ARM处理器具有多个模式和级别的中断处理能力，支持多种总线协议，如AMBA，并且通常集成了丰富的外设接口。

1.3 ARM和DSP的区别

回答：
ARM和DSP的主要区别在于设计目标和指令集：

• ARM：通用型处理器，支持广泛的应用场景，指令集简洁，高效的流水线设计，适用于多任务操作和一般计算任务。
• DSP：专为数字信号处理设计，指令集优化用于高效执行滤波、傅里叶变换等数学运算，具有并行处理能力，适用于音频、视频和通信信号处理。

1.4 ROM和RAM的概念

回答：

• ROM（只读存储器）：用于存储固件和不可变的数据，断电后数据不会丢失，典型应用如BIOS。
• RAM（随机存取存储器）：用于存储临时数据，读写速度快，但断电后数据丢失，常用于系统的工作内存。

1.5 CPU、内存、虚拟内存、磁盘/硬盘的关系

回答：
CPU直接与内存（RAM）交互以获取指令和数据。虚拟内存是操作系统用来扩展物理内存的一种技术，它将部分磁盘/硬盘空间用作虚拟内存，以支持更大的地址空间。磁盘/硬盘是永久存储设备，主要用于存储操作系统、应用程序和数据文件。

1.6 处理器在读内存的过程中，CPU核、cache、MMU如何协同工作

回答：
当CPU需要读取内存数据时，首先查找缓存（Cache）。如果数据在缓存中，则直接使用，否则通过MMU（内存管理单元）进行地址转换，然后从物理内存中读取数据并加载到缓存中，最后传递给CPU核。

2. IO接口与总线协议

2.1 IO口工作方式：上拉输入、下拉输入、推挽输出、开漏输出

回答：

• 上拉输入：通过内部或外部上拉电阻将输入引脚默认拉高。
• 下拉输入：通过内部或外部下拉电阻将输入引脚默认拉低。
• 推挽输出：引脚可以驱动输出高电平或低电平，适合高速、强驱动的应用。
• 开漏输出：引脚只能下拉至低电平，需要外部上拉电阻拉高，适用于多设备共用一条信号线（如I2C）。

2.2 IO口的模式及推挽输出和开漏输出的区别

回答：
推挽输出和开漏输出主要区别在于推挽输出可以主动驱动高低电平，而开漏输出只能驱动低电平，高电平需要外部上拉。推挽适合高速信号，开漏适合总线通信。

2.3 总线接口USART、I2C、USB的异同点

回答：

• USART：全双工通信，使用两个数据线（TX和RX），不需要时钟线，适合点对点通信。
• I2C：半双工通信，使用两根线（SDA和SCL），支持多主从架构，适合短距离多设备通信。
• USB：复杂的总线协议，支持高数据速率、多设备连接、热插拔和电源管理，广泛用于外设连接。

2.4 异步串口和同步串口的区别

回答：

• 异步串口：数据传输时不需要时钟信号，接收方通过数据线的开始/停止位确定数据帧的边界，适合低速通信。
• 同步串口：数据传输时需要时钟信号，发送方和接收方的时钟同步，适合高速通信。

2.5 波特率是什么，为什么双方波特率要相同

回答：
波特率是指每秒传输的比特数。通信双方的波特率必须一致，以确保正确地解码数据位，否则可能导致通信失败或数据错误。

2.6 IIC协议的读时序

回答：
IIC（I2C）读操作通常包括以下步骤：

1. 主设备发送设备地址和读命令。
2. 从设备应答并发送数据。
3. 主设备接收数据并发送应答或非应答。
4. 主设备发送停止条件结束通信。

3. 嵌入式操作系统（FreeRTOS）

3.1 FreeRTOS中任务调度的机制

回答：
FreeRTOS使用基于优先级的抢占式调度器。调度器根据任务的优先级分配CPU时间，高优先级任务会抢占低优先级任务的执行。内核也支持时间片轮转调度，即在同优先级任务之间公平分配CPU时间。

3.2 FreeRTOS中任务调度发生的时机

回答：
任务调度在以下情况发生：

• 系统调用（如taskYIELD()、vTaskDelay()）导致任务阻塞或进入就绪状态时。
• 中断服务例程（ISR）调用任务间切换函数时。
• 定时器中断或其他硬件中断触发调度时。

3.3 FreeRTOS中非抢占非礼让模式下的任务执行情况

回答：
在非抢占模式下，当前正在运行的任务不会因为其他任务就绪而被中断，除非它主动放弃CPU或进入阻塞状态。非礼让模式下，同优先级任务的执行顺序由它们被调度的顺序决定。

3.4 FreeRTOS同优先级的任务创建的执行顺序

回答：
在FreeRTOS中，同优先级任务的执行顺序由任务创建和调度的先后顺序决定，具体执行顺序会因任务的创建顺序、时间片轮转等因素影响。

4. 中断与裸机开发

4.1 中断怎么发生，中断处理流程

回答：
中断由外部或内部事件触发，如硬件信号、电平变化、计时器溢出等。处理流程：

1. CPU保存当前执行上下文。
2. 跳转到中断向量表对应的中断服务程序（ISR）。
3. ISR处理完毕后，恢复上下文，继续执行被中断的任务。

4.2 裸机开发实现软件定时器的方法

回答：
在裸机环境中，可以通过配置硬件定时器产生周期性中断，在中断服务例程中递增计数器，从而实现软件定时器。也可以使用轮询方式检查系统时间或计时器寄存器。

5. 数据结构与算法

5.1 冒泡排序的思路及时间复杂度的计算

回答：
冒泡排序通过相邻元素比较交换的方式，将较大（或较小）元素逐步移动到序列末端。时间复杂度为O(n^2)，适合小规模数据的排序。

5.2 DFS与BFS算法的解释

回答：

• DFS（深度优先搜索）：沿着一条路径不断深入直到不能再继续，然后回溯到最近的分支点继续探索。
• BFS（广度优先搜索）：从初始节点开始，逐层扩展搜索范围，先访问所有邻居节点，然后再访问下一级邻居。

5.3 链表是否有二分查

找，什么情况下使用二分查找
回答：
链表通常不使用二分查找，因为二分查找依赖于随机访问特性，而链表只支持顺序访问。二分查找通常用于数组或动态数组等支持随机访问的数据结构上。

6. 操作系统与多线程

6.1 操作系统的基本功能与结构

回答：
操作系统提供了资源管理、进程管理、内存管理、文件系统和设备管理等基本功能。其结构包括内核层、系统调用接口、用户空间等部分。

6.2 进程与线程的区别

回答：

• 进程：操作系统中的独立运行单元，拥有独立的地址空间和资源。
• 线程：进程中的轻量级执行单元，多个线程共享同一进程的地址空间和资源，线程切换开销较低。

6.3 死锁的产生条件及解决方法

回答：
死锁的产生条件包括互斥、占有且等待、不可抢占和循环等待。解决方法包括资源预分配、银行家算法、死锁检测与恢复等。

6.4 FreeRTOS中非抢占非礼让模式下的任务执行情况

回答：
参见3.3。

7. 数据库与网络协议

7.1 数据库为什么要建立索引，以及索引的缺点

回答：
建立索引可以加速数据查询，减少查询时间。但索引会增加写操作的开销，消耗额外的存储空间，并且可能导致索引维护成本高。

7.2 数据库的ACID特性

回答：
ACID是指数据库事务的四个特性：

• Atomicity（原子性）：事务的所有操作要么全部执行，要么全部不执行。
• Consistency（一致性）：事务执行前后数据库状态必须一致。
• Isolation（隔离性）：并发事务互不干扰。
• Durability（持久性）：事务完成后数据永久保存在数据库中。

7.3 网络协议层次模型及其功能

回答：
网络协议分层模型包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每一层都有其特定的功能，如数据传输、路由选择、数据格式转换和应用服务支持等。

7.4 计算机网络中的TCP与UDP的区别

回答：

• TCP（传输控制协议）：面向连接，提供可靠的数据传输，具有流量控制和拥塞控制机制。
• UDP（用户数据报协议）：无连接，提供不可靠的数据传输，低延迟，适用于实时应用。

8. Linux操作系统与常用命令

8.1 Linux操作系统挂起、休眠、关机相关命令

回答：

• 挂起：systemctl suspend
• 休眠：systemctl hibernate
• 关机：shutdown -h now 或 poweroff