2022年嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師下午題

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1.【問(wèn)答題】15分|11閱讀以下說(shuō)明，回答問(wèn)題1至問(wèn)題3。

【說(shuō)明】

某綜合化智能空氣凈化器設(shè)計(jì)以微處理器為核心，包含各種傳感器和控制器，具有檢測(cè)環(huán)境空氣參數(shù)（包含溫濕度、可燃?xì)怏w、細(xì)顆粒物等），空氣凈化、加濕、除濕、加熱和殺菌等功能，并能通過(guò)移動(dòng)客戶端對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

圖1-1為該系統(tǒng)電氣部分連接圖，除微處理器外，還包括了片上32KJBFLASH，以及SRAM和EEPROM。

問(wèn)題：1.1該系統(tǒng)的SRAM的地址線寬度為11，數(shù)據(jù)線寬度為8，其容量為多少字節(jié)？

問(wèn)題：1.2該系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)了IOS和Android兩種不同操作系統(tǒng)下的客戶端程序，二者在開(kāi)發(fā)上都使用MVC（模型（M）—視圖（V）—控制器（C））設(shè)計(jì)模式。在典型的程序設(shè)計(jì)中，用戶可以直接和視圖進(jìn)行交互，通過(guò)對(duì)事件的操作，可以觸發(fā)視圖的各種事件，再通過(guò)控制器，以達(dá)到更新模型或數(shù)據(jù)的目的。請(qǐng)完善圖1-2所示的流程模型。

問(wèn)題：1.3該系統(tǒng)采用數(shù)字式激光傳感器檢測(cè)PM2.5、PM10，并通過(guò)異步串行接口將數(shù)據(jù)上報(bào)給處理器，通信波特率為9600bps，上報(bào)周期為1.5秒，數(shù)據(jù)幀內(nèi)容包括：報(bào)文頭、指令號(hào)、數(shù)據(jù)（6字節(jié)）、校驗(yàn)和及報(bào)文尾，具體字段描述如表1-1所示。

王工根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)文通信協(xié)議，使用C語(yǔ)言編寫(xiě)了對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)接收和校驗(yàn)程序，請(qǐng)根據(jù)解釋要求補(bǔ)全程序。

程序段如下：

2.【問(wèn)答題】15分|閱讀以下說(shuō)明，回答問(wèn)題1至問(wèn)題4。

【說(shuō)明】

王工在采用某16位嵌入式CPU進(jìn)行A/D采集硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，利用8255控制器C口中的PC0輸出控制信號(hào)，利用PC7讀入AD574的狀態(tài)信號(hào)，利用A口和B口讀入AD574轉(zhuǎn)換好的12位數(shù)據(jù)。圖2-1為該A/D采集硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的部分連接示意圖。

其中，AD574各個(gè)管腳功能定義如表2-1所述。

AD574的控制功能狀態(tài)表如表2-2所示。

8255控制器各個(gè)管腳及地址控制描述如表2-3所示。

問(wèn)題：2.1在該嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，AD574是工作在12位轉(zhuǎn)換模式還是8位轉(zhuǎn)換模式？

問(wèn)題：2.2圖2-1中245為雙向緩沖器，在該硬件設(shè)計(jì)中配置8255控制字時(shí)，CPU需要向245進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出（245的A口傳輸給B口）；在獲取AD采集數(shù)據(jù)時(shí)CPU需要接收245所傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)（245的B口傳輸給A口）。根據(jù)硬件設(shè)計(jì)，描述DR分別為高、低電平時(shí)，245雙向緩沖器在A、B口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颉?/p>

問(wèn)題：2.3在該A/D變換中，如果用1/2LSB（最低有效位）來(lái)表示量化誤差，當(dāng)該A/D控制器的量程范圍為5V時(shí)，其量化誤差是多大？

問(wèn)題：2.4王工根據(jù)上述硬件設(shè)計(jì)，編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)采集程序，首先需要對(duì)8255進(jìn)行初始化，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，請(qǐng)根據(jù)解釋要求補(bǔ)全如下X86匯編程序。

3.【問(wèn)答題】15分|閱讀以下說(shuō)明，回答問(wèn)題1至問(wèn)題3。

【說(shuō)明】

某嵌入式控制軟件中，通過(guò)采集傳感器數(shù)值來(lái)計(jì)算輸出控制率，同時(shí)為提高數(shù)據(jù)采集的可靠性，對(duì)采集數(shù)值使用三余度采集方法進(jìn)行三個(gè)通道的數(shù)據(jù)采集。

1.三余度數(shù)據(jù)采集及處理要求：

(1)如果某通道采集值在[-3.0，3.0]v正常范圍內(nèi)，且與任一相鄰?fù)ǖ篱g差值不大于0.5v，則該通道數(shù)據(jù)滿足要求；

(2)如果某通道釆集值超過(guò)[-3.0，3.0]v正常范圍，或者此通道采集值與其他兩個(gè)通道的差值均大無(wú)0.5v，則該通道數(shù)據(jù)不滿足要求；

(3)如果三通道值均滿足要求，則取三通道中差值較小的兩通道數(shù)據(jù)乎均值；

(4)如果三通道值均滿足要求，且相鄰兩數(shù)值的差值相等，則取三個(gè)采集值的中間值；

(5)如果僅有一個(gè)通道數(shù)據(jù)不滿足釆集要求，取滿足要求的兩個(gè)通道數(shù)據(jù)平均值；

(6)如果大于一個(gè)通道數(shù)據(jù)不滿足采集要求，取安全值0v。

2.對(duì)計(jì)算輸出控制率的具體處理算法如下：

(1)如果依據(jù)采集數(shù)據(jù)計(jì)算的控制率C1與目前實(shí)際控制率C0差值不大于0.01，則使用本周期計(jì)算控制率Cdft行輸出控制，否則使用目前實(shí)際控制率C0輸出控制，連續(xù)超過(guò)范圍計(jì)數(shù)加1，不上報(bào)傳感器故障；

(2)如果連續(xù)3個(gè)周期計(jì)算的控制率C1與目前實(shí)際控制率C0差值大于0.01，則上報(bào)傳感器三級(jí)故障，連續(xù)超過(guò)范圍計(jì)數(shù)清零，使用目前實(shí)際控制率C0輸出控制；如果已經(jīng)連續(xù)3個(gè)周期控制率差值超過(guò)范圍，并已上報(bào)三級(jí)故障，但第4個(gè)周期計(jì)算的控制率C1與目前實(shí)際控制率C0差值不大于0.01，則清除三級(jí)故障上報(bào)，并使用C1進(jìn)行輸出控制；

(3)如果累計(jì)大于等于10個(gè)周期計(jì)算的控制率C1與目前實(shí)際控制率C0，差值大于0.01，則上報(bào)傳感器二級(jí)故障，使用目前實(shí)際控制率C0輸出控制；

(4)如果累計(jì)大于等于100個(gè)周期計(jì)算的控制率C1目前實(shí)際控制率C0，差值大于0.01，則上報(bào)傳感器一級(jí)故障，清除二級(jí)故障，并切斷輸出控制（輸出安全值0）；

(5)如果低級(jí)故障和高級(jí)故障同時(shí)發(fā)生，則按高級(jí)故障上報(bào)和處理。

問(wèn)題：3.1為了測(cè)試采集算法，在不考慮測(cè)量誤差的情況下，根據(jù)所設(shè)計(jì)測(cè)試用例的輸入填寫(xiě)表3-1中的（1）?（6）空，預(yù)期輸出結(jié)果精度為小數(shù)點(diǎn)后保留兩位數(shù)字。

問(wèn)題：3.2白盒測(cè)試方法和黑盒測(cè)試方法是目前嵌入式軟件測(cè)試常用的方法。請(qǐng)簡(jiǎn)述白盒測(cè)試方法與黑盒測(cè)試方法的概念。同時(shí)依據(jù)本題說(shuō)明，指明問(wèn)題1中設(shè)計(jì)的測(cè)試用例使用了白盒測(cè)試方法還是黑盒測(cè)試方法。

問(wèn)題：3.3為了測(cè)試控制率計(jì)算算法，在不考慮測(cè)量誤差的情況下，請(qǐng)完善所設(shè)計(jì)的測(cè)試用例，填寫(xiě)表3-2中的空（1）?（6）。

4.【問(wèn)答題】15分|閱讀下列說(shuō)明，回答問(wèn)題：1至問(wèn)題3。

【說(shuō)明】

某公司承接了一個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊的項(xiàng)目，由沈工負(fù)責(zé)模塊的方案設(shè)計(jì)，沈工的設(shè)計(jì)方案如圖4-1所示。該數(shù)據(jù)處理模塊以PowerPC處理器為核心，設(shè)計(jì)了存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)、溫度傳感器、調(diào)試接口等功能電路。

處理器外接FLASH存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)上電初始化程序和應(yīng)用程序。處理器通過(guò)I2C接口連接測(cè)溫電路，監(jiān)控模塊的工作溫度。以太網(wǎng)、串口、調(diào)試離散量等用于軟件調(diào)試和狀態(tài)顯示。

測(cè)溫電路選用ADT7461AR芯片，用于測(cè)試模塊溫度。ADT7461AR是一個(gè)雙通道數(shù)字溫度計(jì)，工作電壓3v至5v，具有低/超溫報(bào)警功能，采用I2C接口實(shí)現(xiàn)主機(jī)對(duì)遠(yuǎn)程/本地溫度數(shù)據(jù)的采集f采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在高/低兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器中，每個(gè)寄存器為16位，高寄存器表示整數(shù)值，低寄存器表示小數(shù)值。

存儲(chǔ)模塊采用某公司的FLASH存儲(chǔ)芯片。支持編程、擦除、復(fù)位等操作命令。該FLASH芯片的常用命令序列如表4-1所示。表中的地址和數(shù)據(jù)皆為16進(jìn)制數(shù)。

問(wèn)題：4.1ADT7461AR芯片支持兩種測(cè)溫模式，其中第0種模式為二進(jìn)制模式，用0表示0度，測(cè)溫范圍為0℃?+127℃；第二種模式為偏移二進(jìn)制模式，用64表示0度，測(cè)溫范圍為-55℃?+150℃，溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系如表4-2所示。

請(qǐng)?jiān)冢?）?（4）處寫(xiě)出對(duì)應(yīng)溫度的二進(jìn)制數(shù)。

問(wèn)題：4.2沈工用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)FLASH的操作，需按照表4-1中定義的命令序列順序執(zhí)行即可。仔細(xì)閱讀下列代碼，請(qǐng)?jiān)冢?）?（4）處將對(duì)應(yīng)的C語(yǔ)言代碼補(bǔ)全。

問(wèn)題：4.3該嵌入式系統(tǒng)對(duì)處理的性能要求較高，沈工在完成軟件設(shè)計(jì)后，需要對(duì)每一個(gè)函數(shù)的執(zhí)行性能進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)其是否滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。沈工通過(guò)PowerPC處理器內(nèi)部的高精度時(shí)鐘寄存器（TimeBase）進(jìn)行計(jì)時(shí)，該寄存器由高低兩個(gè)32位的寄存器組成，根據(jù)總線頻率自動(dòng)遞增，當(dāng)?shù)?2位寄存器遞增到0xFFFFFFFF時(shí)，向高32位寄存器進(jìn)位。計(jì)數(shù)值可以換算成時(shí)間值，精確到微秒級(jí)。

在功能函數(shù)functkm1()的執(zhí)行體前后，進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)，最后計(jì)算出該函數(shù)的執(zhí)行時(shí)間值，請(qǐng)?jiān)冢?）?（2）處將對(duì)應(yīng)的C語(yǔ)言代碼補(bǔ)全。

5.【問(wèn)答題】15分|閱讀以下說(shuō)明和C程序代碼，回答問(wèn)題1至問(wèn)題3，將答案填入答題紙的對(duì)應(yīng)欄內(nèi)。

【說(shuō)明】

【程序1】是關(guān)于條件編譯的一段程序示例；

【程序2】是一段switch語(yǔ)句應(yīng)用示例。C語(yǔ)言要求switch之后圓括弧內(nèi)的“表達(dá)式”類型必須是整型或字符型。該程序代碼中a與x的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表5-1所示。

表5-1a與x對(duì)應(yīng)關(guān)系表

【程序3】是冒泡排序算法的實(shí)現(xiàn)。假設(shè)有N個(gè)數(shù)據(jù)存放在數(shù)組aa中，用冒泡排序?qū)⑦@N個(gè)數(shù)從小到大排序。首先，在aa[0]到aa[N..1]的范圍內(nèi)，依次比較兩個(gè)相鄰元素的值，若aa[j]aa[j+1]，則交換aa[j]與aa[j+1]，j的值取0，1，2，…，N-2；經(jīng)過(guò)這樣一趟冒泡，就把這N個(gè)數(shù)中最大的數(shù)放到aa[N-1]中。接下來(lái)對(duì)aa[0]到aa[N-2]中的數(shù)再進(jìn)行一趟冒泡，這樣就將該范圍內(nèi)的最大值換到aa[N-2]中。依次進(jìn)行下去，最多只要進(jìn)行N-1趟冒泡，就可完成排序。如果在某趟冒泡過(guò)程中沒(méi)有交換相鄰的值，則說(shuō)明排序已完成，