北京師范大學(xué)《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計實踐》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

自覺遵守考場紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密自覺遵守考場紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密封線第1頁，共3頁北京師范大學(xué)

《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計實踐》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級_______學(xué)號_______姓名_______題號一二三四總分得分一、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)的文件系統(tǒng)掛載和卸載需要謹(jǐn)慎處理。假設(shè)一個嵌入式設(shè)備在運(yùn)行過程中需要動態(tài)掛載和卸載文件系統(tǒng)。以下關(guān)于這一操作的描述，正確的是：（）A.可以隨意進(jìn)行文件系統(tǒng)的掛載和卸載，不會影響系統(tǒng)穩(wěn)定性B.在掛載和卸載時，需要處理好文件系統(tǒng)的一致性和數(shù)據(jù)完整性C.文件系統(tǒng)的掛載和卸載對系統(tǒng)性能沒有影響，無需特別關(guān)注D.嵌入式系統(tǒng)不支持動態(tài)文件系統(tǒng)掛載和卸載2、在嵌入式系統(tǒng)中，設(shè)備的驅(qū)動程序需要與硬件緊密配合。假設(shè)一個新的硬件設(shè)備需要集成到嵌入式系統(tǒng)中，以下關(guān)于驅(qū)動開發(fā)的步驟，正確的是：（）A.了解硬件的規(guī)格和接口，編寫驅(qū)動代碼，進(jìn)行測試和調(diào)試B.直接使用現(xiàn)有的類似設(shè)備驅(qū)動程序，無需進(jìn)行修改C.先進(jìn)行系統(tǒng)的整體升級，然后再開發(fā)新設(shè)備的驅(qū)動D.忽略硬件特性，只關(guān)注驅(qū)動程序的功能實現(xiàn)3、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(yùn)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(jìn)行映射，便于內(nèi)存共享和保護(hù)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4、在嵌入式操作系統(tǒng)中，實時性是一個關(guān)鍵的特性。假設(shè)一個醫(yī)療設(shè)備的嵌入式系統(tǒng)需要在嚴(yán)格的時間限制內(nèi)處理傳感器數(shù)據(jù)并做出響應(yīng)，以確保患者的安全。以下關(guān)于實時性的描述，哪一項是正確的？（）A.硬實時系統(tǒng)允許偶爾的任務(wù)超時，只要不頻繁發(fā)生B.軟實時系統(tǒng)對任務(wù)的響應(yīng)時間有嚴(yán)格的要求，必須在規(guī)定時間內(nèi)完成C.硬實時系統(tǒng)必須保證所有任務(wù)都能在規(guī)定的截止時間之前完成D.實時性只與操作系統(tǒng)的調(diào)度算法有關(guān)，與硬件性能無關(guān)5、在一個嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，如智能路由器，需要處理大量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，并進(jìn)行快速的路由決策。為了提高網(wǎng)絡(luò)性能和數(shù)據(jù)包處理速度，以下哪種技術(shù)可能會被應(yīng)用？（）A.硬件加速B.軟件優(yōu)化C.負(fù)載均衡D.以上都是6、嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)核同步機(jī)制用于保證多任務(wù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)一致性。假設(shè)多個任務(wù)需要同時訪問共享資源。以下關(guān)于內(nèi)核同步方法的描述，正確的是：（）A.不使用任何同步機(jī)制，讓任務(wù)自由競爭共享資源B.采用信號量、互斥鎖等同步機(jī)制，確保任務(wù)對共享資源的正確訪問C.同步機(jī)制會降低系統(tǒng)性能，應(yīng)盡量少用D.內(nèi)核同步機(jī)制對系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影響7、嵌入式系統(tǒng)的可靠性設(shè)計是確保系統(tǒng)在各種惡劣環(huán)境下正常運(yùn)行的關(guān)鍵。假設(shè)一個嵌入式設(shè)備將用于高溫、高濕度和強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中，為了提高系統(tǒng)的可靠性，以下哪種措施最為重要？（）A.采用冗余設(shè)計B.加強(qiáng)電磁屏蔽C.進(jìn)行嚴(yán)格的測試D.選擇高質(zhì)量的元器件8、當(dāng)開發(fā)一個基于嵌入式操作系統(tǒng)的汽車電子控制系統(tǒng)時，例如發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)需要在惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，并且能夠快速響應(yīng)各種故障和異常情況。在這種高可靠性要求的場景下，以下哪種軟件開發(fā)方法更合適？（）A.敏捷開發(fā)方法，快速迭代和適應(yīng)變化B.瀑布開發(fā)模型，嚴(yán)格按照階段順序進(jìn)行開發(fā)C.基于模型的開發(fā)方法，通過建模和仿真進(jìn)行驗證D.極限編程方法，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊合作和溝通9、在一個基于嵌入式操作系統(tǒng)的汽車電子系統(tǒng)中，需要處理來自多個傳感器的實時數(shù)據(jù)，并進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)分析和決策。例如，在自動駕駛場景中，需要對攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和處理。為了實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)處理和傳輸，以下哪種通信機(jī)制可能是最優(yōu)選擇？（）A.串行通信B.并行通信C.藍(lán)牙通信D.以太網(wǎng)通信10、嵌入式操作系統(tǒng)的可靠性設(shè)計對于關(guān)鍵應(yīng)用至關(guān)重要。假設(shè)一個用于醫(yī)療設(shè)備的嵌入式系統(tǒng)。以下關(guān)于可靠性保障的描述，正確的是：（）A.不進(jìn)行任何額外的可靠性設(shè)計，依靠操作系統(tǒng)的默認(rèn)機(jī)制B.采用冗余設(shè)計、錯誤檢測和恢復(fù)機(jī)制，確保系統(tǒng)在故障情況下仍能正常運(yùn)行C.只關(guān)注功能實現(xiàn)，忽略可靠性方面的考慮D.可靠性設(shè)計會增加系統(tǒng)成本和復(fù)雜性，應(yīng)盡量避免11、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(yùn)行時存在性能瓶頸，需要進(jìn)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12、嵌入式系統(tǒng)中的實時時鐘（RTC）用于提供準(zhǔn)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(zhǔn)確性，以下關(guān)于實時時鐘的描述，哪一項是不準(zhǔn)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(yùn)行B.實時時鐘可以通過外部信號進(jìn)行校準(zhǔn)，提高時間的準(zhǔn)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(dāng)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13、在一個嵌入式音頻處理系統(tǒng)中，如數(shù)字音頻播放器，需要對音頻信號進(jìn)行高質(zhì)量的處理和輸出。為了實現(xiàn)低失真和高保真的音頻效果，以下哪種音頻處理技術(shù)可能會被使用？（）A.數(shù)字信號處理算法B.音頻編碼和解碼C.音頻均衡和濾波D.以上都是14、對于一個運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)的智能安防監(jiān)控設(shè)備，需要對大量的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和檢索。以下哪種存儲技術(shù)和文件系統(tǒng)組合能夠提供高效的視頻存儲和快速的檢索功能？（）A.機(jī)械硬盤搭配FAT文件系統(tǒng)B.固態(tài)硬盤搭配NTFS文件系統(tǒng)C.閃存芯片搭配EXT文件系統(tǒng)D.專用的視頻存儲芯片搭配特定的視頻文件系統(tǒng)15、嵌入式操作系統(tǒng)的啟動過程是系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵步驟。假設(shè)一個智能家電的嵌入式系統(tǒng)在啟動時需要初始化各種硬件設(shè)備和加載系統(tǒng)配置。以下關(guān)于啟動過程的描述，哪一項是不正確的？（）A.啟動過程應(yīng)該盡可能快速，減少用戶等待時間B.可以在啟動過程中進(jìn)行全面的硬件自檢，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性C.啟動過程中不需要考慮低功耗模式，因為系統(tǒng)已經(jīng)啟動D.系統(tǒng)配置可以存儲在非易失性存儲器中，以便快速加載16、嵌入式操作系統(tǒng)中的看門狗（Watchdog）機(jī)制用于監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。假設(shè)一個嵌入式系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可能會出現(xiàn)死機(jī)或程序跑飛的情況，以下關(guān)于看門狗的描述，哪一項是不準(zhǔn)確的？（）A.看門狗需要定期被系統(tǒng)軟件“喂狗”，否則會觸發(fā)復(fù)位操作B.看門狗可以在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時自動重啟系統(tǒng)，恢復(fù)正常運(yùn)行C.看門狗的超時時間可以根據(jù)系統(tǒng)的需求進(jìn)行設(shè)置D.一旦看門狗觸發(fā)復(fù)位操作，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息不會丟失17、在嵌入式操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)的啟動過程需要高效和可靠。假設(shè)一個嵌入式設(shè)備在啟動時需要初始化各種硬件設(shè)備、加載內(nèi)核和應(yīng)用程序。以下哪種啟動方式能夠更快地完成系統(tǒng)啟動，并減少啟動過程中的錯誤？（）A.從本地存儲設(shè)備順序讀取并加載B.通過網(wǎng)絡(luò)下載啟動所需的文件C.先加載部分關(guān)鍵模塊，其他模塊在運(yùn)行時按需加載D.隨機(jī)加載啟動所需的模塊和文件18、在嵌入式系統(tǒng)中，以下哪種通信方式適用于短距離、高速率的數(shù)據(jù)傳輸？（）A.SPIB.I2CC.UARTD.CAN19、嵌入式操作系統(tǒng)的移植是將其適配到不同的硬件平臺上。假設(shè)要將一個嵌入式操作系統(tǒng)從一種微控制器移植到另一種微控制器。以下關(guān)于操作系統(tǒng)移植的描述，哪一項是不準(zhǔn)確的？（）A.需要修改與硬件相關(guān)的代碼，如驅(qū)動程序和底層接口B.操作系統(tǒng)的內(nèi)核部分通常具有較好的可移植性，無需進(jìn)行大量修改C.不同微控制器的寄存器配置和中斷處理方式可能不同，需要相應(yīng)調(diào)整D.只要操作系統(tǒng)的源代碼開放，就可以輕松地將其移植到任何硬件平臺上，無需考慮兼容性問題20、嵌入式操作系統(tǒng)的啟動參數(shù)配置對系統(tǒng)的初始化和運(yùn)行有重要影響。假設(shè)一個嵌入式系統(tǒng)需要根據(jù)不同的應(yīng)用場景配置啟動參數(shù)。以下關(guān)于啟動參數(shù)配置的描述，正確的是：（）A.使用固定的啟動參數(shù)，不進(jìn)行靈活配置B.通過配置文件或命令行參數(shù)，根據(jù)具體需求定制系統(tǒng)啟動行為C.啟動參數(shù)配置復(fù)雜且容易出錯，應(yīng)盡量避免修改D.啟動參數(shù)配置對系統(tǒng)性能和功能沒有實質(zhì)影響21、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(yùn)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(jìn)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(fù)雜度，空間復(fù)雜度不重要D.針對特定的硬件平臺進(jìn)行指令級優(yōu)化可以獲得顯著的性能提升22、在嵌入式操作系統(tǒng)中，對于實時性要求極高的工業(yè)控制系統(tǒng)，如自動化生產(chǎn)線的控制，需要確保任務(wù)的響應(yīng)時間和確定性。假設(shè)系統(tǒng)中存在多個關(guān)鍵任務(wù)，如傳感器數(shù)據(jù)采集、控制算法執(zhí)行和設(shè)備驅(qū)動控制，以下哪種調(diào)度算法最能滿足這種嚴(yán)格的實時性需求？（）A.先來先服務(wù)調(diào)度B.優(yōu)先級調(diào)度C.時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度D.最短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度23、在嵌入式系統(tǒng)的安全設(shè)計中，數(shù)據(jù)加密和認(rèn)證是常見的手段。假設(shè)一個嵌入式設(shè)備需要保護(hù)敏感數(shù)據(jù)的傳輸和存儲。以下關(guān)于數(shù)據(jù)加密和認(rèn)證的描述，哪一項是不準(zhǔn)確的？（）A.可以使用對稱加密算法如AES對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，加密和解密使用相同的密鑰B.非對稱加密算法如RSA常用于數(shù)字簽名和密鑰交換C.哈希函數(shù)可以用于數(shù)據(jù)完整性驗證，但不能用于加密數(shù)據(jù)D.只要對數(shù)據(jù)進(jìn)行了加密，就無需進(jìn)行認(rèn)證操作，因為加密已經(jīng)保證了數(shù)據(jù)的安全性24、嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)核通常需要進(jìn)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(qiáng)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(hù)機(jī)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(qiáng)用戶認(rèn)證和授權(quán)機(jī)制，限制對系統(tǒng)資源的訪問D.以上選項都可以增強(qiáng)嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核的安全性25、在嵌入式系統(tǒng)中，中斷處理是響應(yīng)外部事件的重要機(jī)制。假設(shè)一個嵌入式設(shè)備需要實時處理多個不同優(yōu)先級的中斷源，為了確保高優(yōu)先級中斷能夠及時得到響應(yīng)，同時不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以下哪種中斷處理策略最為合理？（）A.中斷嵌套，高優(yōu)先級中斷可打斷低優(yōu)先級中斷B.禁止所有中斷，逐個處理C.按照中斷到達(dá)的順序處理D.只處理高優(yōu)先級中斷，忽略低優(yōu)先級中斷二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）解釋如何通過可用性測試優(yōu)化嵌入式產(chǎn)品的用戶界面。2、（本題5分）解釋中斷服務(wù)程序的優(yōu)化原則和技巧。3、（本題5分）簡述如何在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)高效的數(shù)學(xué)運(yùn)算（如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算）。4、（本題5分）解釋中斷嵌套的實現(xiàn)和注意事項。三、編程題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）設(shè)計一個基于嵌入式操作系統(tǒng)的任務(wù)優(yōu)先級反轉(zhuǎn)處理程序。2、（本題5分）在嵌入式操作系統(tǒng)中，實現(xiàn)一個藍(lán)牙音頻傳輸程序。3、（本題5分）編寫代碼，實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的超聲波傳感器驅(qū)動程序。4、（本題5分）在嵌入式系統(tǒng)中，實現(xiàn)一個斜堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行合并和刪除操作。5、（本題5分）創(chuàng)建一個任務(wù)，通過嵌入