南京交通職業(yè)技術(shù)學院《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法》2023-2024學年第一學期期末試卷

學校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號學校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁南京交通職業(yè)技術(shù)學院

《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法》2023-2024學年第一學期期末試卷題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共25個小題，每小題1分，共25分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、嵌入式操作系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。假設(shè)一個工業(yè)控制系統(tǒng)需要高穩(wěn)定性和確定性的操作。以下關(guān)于工業(yè)控制中操作系統(tǒng)的特點，正確的是：（）A.具備硬實時性、高可靠性和可預測的性能B.可以容忍一定程度的延遲和不確定性C.對操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能要求不高，功能實現(xiàn)為主D.工業(yè)控制中的操作系統(tǒng)與一般嵌入式系統(tǒng)相同2、在嵌入式系統(tǒng)的音頻處理中，數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)常常被應(yīng)用。假設(shè)一個嵌入式設(shè)備需要實現(xiàn)音頻的編碼和解碼。以下關(guān)于音頻DSP的描述，哪一項是錯誤的？（）A.DSP算法可以有效地對音頻信號進行壓縮和濾波等處理B.音頻DSP的計算復雜度較高，需要合理優(yōu)化以滿足實時性要求C.可以使用專用的DSP芯片或在通用處理器上通過軟件實現(xiàn)音頻處理功能D.音頻DSP只關(guān)注音頻的質(zhì)量，對系統(tǒng)的資源消耗無需考慮3、對于一個基于嵌入式操作系統(tǒng)的實時控制系統(tǒng)，例如工業(yè)自動化中的機器人手臂控制，系統(tǒng)需要對外部輸入的信號做出快速且準確的響應(yīng)，響應(yīng)時間要求在毫秒級別。同時，系統(tǒng)還需要保證任務(wù)執(zhí)行的確定性和可預測性。以下哪種調(diào)度算法更能滿足這種實時性和確定性的要求？（）A.先來先服務(wù)調(diào)度算法B.優(yōu)先級調(diào)度算法，根據(jù)任務(wù)的緊急程度分配優(yōu)先級C.最短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法D.時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法4、對于一個運行嵌入式操作系統(tǒng)的智能醫(yī)療設(shè)備，例如血糖儀，需要與其他醫(yī)療設(shè)備或醫(yī)院信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互和集成。以下哪種數(shù)據(jù)接口和標準更適合這種醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用？（）A.USB接口，通用的數(shù)據(jù)傳輸接口B.藍牙低能耗（BLE）接口，低功耗短距離通信C.HL7標準，醫(yī)療領(lǐng)域的信息交換標準D.自定義的私有接口和數(shù)據(jù)格式5、嵌入式操作系統(tǒng)在智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。假設(shè)一個智能家居控制器需要運行嵌入式操作系統(tǒng)。以下關(guān)于智能家居中操作系統(tǒng)的需求，正確的是：（）A.低功耗、實時響應(yīng)和與多種傳感器的良好兼容性是重要考慮因素B.可以使用通用的商業(yè)操作系統(tǒng)，無需針對智能家居進行優(yōu)化C.對操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信能力要求不高，重點在于本地控制D.智能家居中的操作系統(tǒng)與其他嵌入式應(yīng)用沒有區(qū)別6、在嵌入式系統(tǒng)的啟動過程中，引導程序（Bootloader）起著重要作用。假設(shè)一個嵌入式設(shè)備需要從不同的存儲介質(zhì)啟動。以下關(guān)于Bootloader功能的描述，正確的是：（）A.Bootloader只負責加載操作系統(tǒng)內(nèi)核，不進行任何硬件初始化B.完成硬件初始化、選擇啟動設(shè)備、加載并啟動操作系統(tǒng)等一系列任務(wù)C.Bootloader的功能是固定的，不能根據(jù)需求進行定制D.Bootloader對系統(tǒng)的啟動性能沒有影響7、在嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信中，協(xié)議的選擇需要考慮帶寬、實時性和資源消耗等因素。假設(shè)一個低帶寬、對實時性要求較高的嵌入式網(wǎng)絡(luò)。以下關(guān)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議選擇的描述，正確的是：（）A.選擇TCP協(xié)議，因其可靠的傳輸機制B.選擇UDP協(xié)議，并在應(yīng)用層實現(xiàn)必要的可靠性和錯誤處理機制，以滿足實時性要求C.使用復雜的高層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以提供豐富的功能D.不考慮網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，直接進行原始數(shù)據(jù)傳輸8、在嵌入式操作系統(tǒng)的開發(fā)中，代碼優(yōu)化是提高系統(tǒng)性能的重要環(huán)節(jié)。假設(shè)一個嵌入式系統(tǒng)的某個關(guān)鍵函數(shù)執(zhí)行效率較低，需要進行優(yōu)化。以下哪種優(yōu)化方法在不影響功能的前提下能夠最大程度地提高性能？（）A.減少函數(shù)的參數(shù)數(shù)量B.使用更高效的算法重新實現(xiàn)函數(shù)C.減少函數(shù)內(nèi)部的條件判斷D.增加函數(shù)的代碼注釋以提高可讀性9、嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)核通常支持搶占式調(diào)度。假設(shè)一個低優(yōu)先級任務(wù)正在執(zhí)行，此時一個高優(yōu)先級任務(wù)就緒。以下關(guān)于搶占式調(diào)度的描述，正確的是：（）A.操作系統(tǒng)會立即暫停低優(yōu)先級任務(wù)，切換到高優(yōu)先級任務(wù)執(zhí)行B.低優(yōu)先級任務(wù)會繼續(xù)執(zhí)行完當前的時間片，然后再切換到高優(yōu)先級任務(wù)C.操作系統(tǒng)會根據(jù)任務(wù)的重要性決定是否搶占，而不是僅僅基于優(yōu)先級D.搶占式調(diào)度會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此應(yīng)盡量避免使用10、在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，內(nèi)存管理是一個重要的環(huán)節(jié)。假設(shè)一個嵌入式設(shè)備需要同時運行多個應(yīng)用程序，且內(nèi)存資源有限。以下關(guān)于內(nèi)存管理策略的描述，哪一項是錯誤的？（）A.固定分區(qū)內(nèi)存管理將內(nèi)存劃分為固定大小的分區(qū)，每個應(yīng)用程序分配一個分區(qū)，易于實現(xiàn)但會產(chǎn)生內(nèi)部碎片B.動態(tài)分區(qū)內(nèi)存管理根據(jù)應(yīng)用程序的需求動態(tài)分配內(nèi)存，提高了內(nèi)存利用率，但可能產(chǎn)生外部碎片C.分頁式內(nèi)存管理將內(nèi)存劃分為固定大小的頁，通過頁表進行映射，便于內(nèi)存共享和保護D.無論采用哪種內(nèi)存管理策略，都能完全避免內(nèi)存碎片的產(chǎn)生，保證內(nèi)存的高效利用11、在嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)中，代碼優(yōu)化是提高性能的重要手段。假設(shè)一個嵌入式應(yīng)用程序運行速度較慢。以下關(guān)于代碼優(yōu)化的描述，哪一項是不正確的？（）A.可以通過算法改進和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化來提高程序的效率B.減少函數(shù)調(diào)用的開銷和循環(huán)的次數(shù)可以提升性能C.代碼優(yōu)化只需要關(guān)注時間復雜度，空間復雜度不重要D.針對特定的硬件平臺進行指令級優(yōu)化可以獲得顯著的性能提升12、在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，代碼優(yōu)化是提高系統(tǒng)性能的重要手段。假設(shè)一個嵌入式應(yīng)用程序在運行時存在性能瓶頸，需要進行優(yōu)化。以下哪種優(yōu)化方法可能最為有效？（）A.算法優(yōu)化，選擇更高效的算法來實現(xiàn)功能B.代碼精簡，去除不必要的代碼和注釋C.編譯器優(yōu)化選項的設(shè)置，讓編譯器自動優(yōu)化代碼D.以上方法結(jié)合使用，根據(jù)具體情況選擇合適的優(yōu)化策略13、嵌入式操作系統(tǒng)的移植是將其應(yīng)用于不同硬件平臺的過程。假設(shè)需要將一個嵌入式操作系統(tǒng)移植到新的處理器架構(gòu)上。以下關(guān)于移植的描述，哪一項是不正確的？（）A.需要修改操作系統(tǒng)與硬件相關(guān)的部分，如驅(qū)動程序和中斷處理B.不同的處理器架構(gòu)可能需要重新編譯操作系統(tǒng)的內(nèi)核C.移植過程中只需要關(guān)注硬件的差異，操作系統(tǒng)的功能和接口不需要改變D.充分的測試和驗證是確保移植成功的關(guān)鍵步驟14、當設(shè)計一個基于嵌入式操作系統(tǒng)的智能家居控制系統(tǒng)時，需要考慮與各種傳感器和執(zhí)行器的通信。假設(shè)系統(tǒng)需要連接多種不同接口和協(xié)議的設(shè)備，為了實現(xiàn)統(tǒng)一的管理和控制，以下哪種通信架構(gòu)和技術(shù)最為合適？（）A.采用集中式控制器，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換協(xié)議B.為每個設(shè)備單獨開發(fā)通信模塊C.使用無線通信技術(shù)，如ZigbeeD.依賴有線通信，保證穩(wěn)定性15、當一個嵌入式操作系統(tǒng)需要支持實時多媒體處理，例如在移動設(shè)備上進行高清視頻播放和錄制，對系統(tǒng)的處理能力和實時性有很高的要求。以下哪種硬件架構(gòu)和技術(shù)的組合能夠更好地滿足這種需求？（）A.單核處理器搭配高速緩存B.多核處理器并采用并行處理技術(shù)C.專用的多媒體處理芯片D.降低系統(tǒng)時鐘頻率以減少功耗16、嵌入式操作系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性對于系統(tǒng)的正常運行至關(guān)重要。假設(shè)一個嵌入式系統(tǒng)運行在惡劣的環(huán)境中，可能會受到電磁干擾和溫度變化的影響。為了提高系統(tǒng)的可靠性，以下哪種措施可能是有效的？（）A.增加硬件冗余，如備用電源和存儲設(shè)備B.采用容錯算法，能夠在出現(xiàn)錯誤時自動恢復C.進行嚴格的軟件測試和驗證，確保代碼的質(zhì)量D.以上措施都可以提高系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下的可靠性17、在嵌入式操作系統(tǒng)中，內(nèi)核的實時性擴展是提高系統(tǒng)響應(yīng)能力的重要手段。假設(shè)一個嵌入式系統(tǒng)需要處理對時間要求極為嚴格的任務(wù)，如工業(yè)控制中的實時閉環(huán)控制。以下哪種實時性擴展技術(shù)能夠更好地滿足這種硬實時需求？（）A.在內(nèi)核中增加搶占點，提高任務(wù)切換的及時性B.采用微內(nèi)核架構(gòu)，減小內(nèi)核的體積和復雜性C.優(yōu)化內(nèi)核的調(diào)度算法，提高任務(wù)調(diào)度的效率D.不進行實時性擴展，依靠默認的內(nèi)核配置18、嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)核通常需要進行定制和配置。假設(shè)一個嵌入式系統(tǒng)對安全性要求較高，需要增強內(nèi)核的安全特性。以下哪些內(nèi)核配置選項可能有助于提高安全性？（）A.啟用內(nèi)存保護機制，防止非法訪問內(nèi)存B.關(guān)閉不必要的系統(tǒng)服務(wù)和端口，減少攻擊面C.加強用戶認證和授權(quán)機制，限制對系統(tǒng)資源的訪問D.以上選項都可以增強嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核的安全性19、嵌入式系統(tǒng)中的實時時鐘（RTC）用于提供準確的時間信息。假設(shè)一個嵌入式設(shè)備需要在斷電后仍然保持時間的準確性，以下關(guān)于實時時鐘的描述，哪一項是不準確的？（）A.實時時鐘通常由電池供電，以保證在系統(tǒng)斷電時仍能運行B.實時時鐘可以通過外部信號進行校準，提高時間的準確性C.嵌入式操作系統(tǒng)可以通過讀取實時時鐘的值來獲取當前時間D.實時時鐘的精度不受溫度和電壓等環(huán)境因素的影響20、在一個基于嵌入式操作系統(tǒng)的智能傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點之間需要進行低功耗、遠距離的無線通信。以下哪種無線通信技術(shù)可能是最佳選擇？（）A.ZigbeeB.Wi-FiC.BluetoothD.LoRa21、嵌入式操作系統(tǒng)需要與各種硬件設(shè)備進行交互。假設(shè)一個嵌入式系統(tǒng)需要連接不同廠家生產(chǎn)的傳感器和執(zhí)行器。以下關(guān)于硬件接口的描述，哪一項是不正確的？（）A.標準化的接口如SPI、I2C等可以提高硬件的兼容性和可擴展性B.不同廠家的設(shè)備可能需要不同的驅(qū)動程序和配置方法C.硬件接口的速度和帶寬不會影響系統(tǒng)的整體性能D.在設(shè)計系統(tǒng)時，應(yīng)充分考慮硬件接口的電氣特性和信號完整性22、當一個嵌入式操作系統(tǒng)需要支持多種不同類型的外部存儲設(shè)備，如SD卡、U盤和固態(tài)硬盤，以下哪種存儲驅(qū)動架構(gòu)能夠更好地實現(xiàn)對這些設(shè)備的統(tǒng)一管理和兼容？（）A.為每種存儲設(shè)備單獨編寫驅(qū)動程序B.基于通用的存儲驅(qū)動框架，為不同設(shè)備編寫適配層C.使用操作系統(tǒng)自帶的默認存儲驅(qū)動，不進行定制D.只支持一種主流的存儲設(shè)備，放棄對其他設(shè)備的支持23、在嵌入式系統(tǒng)的實時時鐘（RTC）管理中，需要確保時間的準確性和可靠性。假設(shè)一個嵌入式設(shè)備對時間精度有較高要求。以下關(guān)于RTC管理的描述，正確的是：（）A.依賴外部網(wǎng)絡(luò)獲取時間，不使用本地RTCB.定期校準RTC，并在系統(tǒng)重啟時保持時間的連續(xù)性C.RTC對系統(tǒng)功能沒有重要影響，無需特別管理D.嵌入式系統(tǒng)不支持RTC功能24、在嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)中，交叉編譯是常見的操作。假設(shè)在一臺x86架構(gòu)的主機上開發(fā)針對ARM架構(gòu)的嵌入式軟件。以下關(guān)于交叉編譯的描述，哪一項是不正確的？（）A.交叉編譯工具鏈包括編譯器、鏈接器等，用于生成目標架構(gòu)可執(zhí)行文件B.在交叉編譯過程中，需要根據(jù)目標架構(gòu)的特性進行相應(yīng)的配置和優(yōu)化C.交叉編譯生成的可執(zhí)行文件可以直接在開發(fā)主機上運行和調(diào)試D.不同的嵌入式架構(gòu)需要不同的交叉編譯工具鏈25、在嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，IPv6協(xié)議逐漸得到廣泛應(yīng)用。假設(shè)一個嵌入式設(shè)備需要接入IPv6網(wǎng)絡(luò)。以下關(guān)于IPv6的描述，哪一項是不正確的？（）A.IPv6提供了更大的地址空間，解決了IPv4地址不足的問題B.IPv6的包頭結(jié)構(gòu)更簡單，提高了數(shù)據(jù)包的處理效率C.嵌入式系統(tǒng)從IPv4遷移到IPv6非常簡單，不需要對軟件和硬件進行任何修改D.IPv6支持更多的安全特性和服務(wù)質(zhì)量（QoS）機制二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）簡述在嵌入式系統(tǒng)中如何進行軟件的自動化測試。2、（本題5分）簡述算法優(yōu)化和代碼精簡的技巧。3、（本題5分）嵌入式操作系統(tǒng)中的實時任務(wù)優(yōu)先級分配原則是什么？4、（本題5分）什么是嵌入式系統(tǒng)的可維護性測試？三、編程題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）利用嵌入式操作系統(tǒng)實現(xiàn)一個GPIO輸入輸出控制程序，模擬交通信號燈。2、（本題5分）編寫代碼，實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的心率傳感器驅(qū)動程序。3、（本題5分）實現(xiàn)一個嵌入式程序，使用應(yīng)力變化率傳感器測量應(yīng)力變化率。4、（本題5分）在嵌入式操作系統(tǒng)中，實現(xiàn)一個LoRa擴頻因子調(diào)整程序。5、（本題5分）在嵌入式操作系統(tǒng)中，創(chuàng)建一個任