下半年嵌入式系统设计师考试真题及答案下午卷.docx

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下半年嵌入式系统设计师考试真题及答案下午卷

2021下半年嵌入式系统设计师考试真题及答案-下午卷

第1题

阅读以下关于某嵌入式系统设计的说明，答复以下问题1至问题4。

【说明】

某公司承接了某嵌入式系统的研制任务。

该嵌入式系统由数据处理模块、系统管理模块、FC网络交换模块和智能电源模块组成，系统组成如图1-1所示。

数据处理模块处理系统的应用任务；系统管理模块除了处理系统的应用任务外，还负责管理整个嵌入式系统；FC网络交换模块采用消息机制，支持播送和组播，主要负责系统的数据交换；智能电源模块负责给其他模块供电，该模块根据系统命令可以给其他模块供电或停顿供电。

问题：

1.1该系统的软件大局部是用C语言编程的，编程人员经常会使用运算符，请按优先级由高到低的次序，重新排序下面的运算符：

％，=，<=，&&。

问题：

1.2该系统的开发要求按软件能力成熟度模型CMM3级开发，请答复以下问题：

（1）CMM3级包含多少个关键过程域？

（2）请写出CMM3级的关键过程域。

（3）CMM2级包含多少个关键过程域？

（4）在对该开发软件单位进展CMM3级达标评级时，只需检査3级的关键过程域还是3级和2级的关键过程域都需要检查？

问题：

1.3

（1）在本系统中，FC网络采用何种拓扑构造？

请从如下4项中选择最为适宜的。

A.总线B.树型C.星形D.点对点

（2）FC网络除了用于交换的光纤根底架构，还必须有高性能的I/O通道构造支持，I/O通道在FC网络中的优势是什么？

问题：

1.4智能电源模块首先进展系统初始化，初始化后各设备就可使用，再根据系统初始配置表对嵌入式系统的其他模块供电。

智能电源模块通常完成两件事情：

一、周期性地查询本模块温度、各路电流（给各模块供电的）以及电源模块的供电是否异常，如果异常，那么进展异常处理，并报系统管理模块，由系统管理模块进展决策；二、进入中断处理程序，处理系统管理模块的各种命令，如果系统管理模块命令关机下电，那么智能电源模块对所有模块（也包括自己）进展下电处理。

图1-2是智能电源模块上的管理软件处理流程图，请完成该流程图，给

（1）〜（5）处填空。

答案解析：

按优先级由高到低的次序，运算符排序为：

%，<=，&&，=

此题考察嵌入式系统设计中的根本C语言编程、软件工程化、FC网络以及智能电源管理设计等知识及应用。

本问题考察C语言的根底知识。

在C语言中，对各种运算符的优先级是有规定的，必须掌握。

优先级最高者其实并不是真正意义上的运算符，包括：

数组下标、函数调用操作符、各构造成员选择操作符。

它们都是自左向右结合。

单目运算符的优先级仅次于上述运算符，在所有的真正意义的运算符中，它们的优先级最高。

双目运算符的优先级低于单目运算符的优先级。

在双目运算符中，算术运算符的优先级最高，移位运算符次之，关系运算符再次之，接着就是逻辑运算符，赋值运算符，最后是条件运算符。

总结以下两点：

（1）任何一个逻辑运算符的优先级低于任何一个关系运算符；

（2）移位运算符的优先级比算术运算符要低，但是比关系运算符要高。

下表是C语言运算符优先级表（由上至下，优先级依次递减）。

综上所述，此题中运算符优先级由高到低的次序为：

%，<=，&&，=

答案解析：

（1）CMM3级（已定义级）包括7个关键过程区域

（2）同行评审、组间协调、软件产品工程、集成软件管理、培训大纲、组织过程定义、组织过程集点

（3）CMM2级（可重复级）包括6个关键过程区域

（4）3级和2级的关键过程域都需要检查

CMM即软件能力成熟度模型，是目前国际上最流行、最实用的软件生产过程标准和软件企业成熟度的等级认证标准。

CMM是美国卡内基-梅隆大学软件工程研究所与企业、政府合作的根底上开发的模型，主要用于评价软件企业的质量保证能力。

目前，国内外的很多大型企业采用这一模型，如国内的鼎新、浪潮通软、用友、金蝶、创智、亚信、华为等公司都启动了CMM软件过程改良方案。

国军标GJB500-2003«军用软件能力成熟度模型>>就是以CMM为参考蓝本而制定的。

CMM模型将软件能力成熟度自低到高依次划分，1级为初始级、2级为可重复级、3级为已定义级、4级为已管理级、5级为优化级。

除等级〖外，每个成熟度等级被分解成几个关键过程域，指明为了改良其软件过程组织应关注的区域，关键过程域识别出为了到达各成熟度等级所必须着手解决的问题。

CMM共有18个关键过程域，其中初始级无关键过程域。

CMM2级（可重复级）包括6个关键过程域，为软件配置管理、软件质量保证、软件子合同管理、软件工程跟踪与监视、软件工程筹划、软件需求管理；

CMM3级（已定义级）包括7个关键过程域，为同行评审、组间协调、软件产品工程、集成软件管理、培训大纲、组织过程定义、组织过程集点；

CMM4级（已管理级）包括2个关键过程域，为软件质量管理和定量过程管理；CMM5级（优化级）包括3个关键过程域，为过程更改管理、技术改革管理和缺陷预防。

在CMM某一级达标时，必须是该级别的所有关键过程域满足要求，同时低级别的所有关键过程域也必须达标。

因此，某单位进展CMM3级达标评级时，对3级和2级的关键过程域都需要检查。

答案解析：

（1）C

（2）简单、廉价、高速

数据通信网络常见的拓扑构造由简单到复杂依次为：

点对点、总线、树型、星形。

点到点型指网络中一个信息源节点连接到一个或多个目的节点，是专用的链路，具有通信效率高，延迟小的优点，但是建立多点全互联的网络具有连线多、本钱高、资源利用率低等缺点。

总线型指网络中一个信息源节点连接到一个或多个目的节点，采用集中控制、令牌访问、CSMA/CD等方式，具有连线少、本钱较低、资源利用率高等优点，但存在通信吞吐量低、延迟大的缺点，尤其在网络负载重的情况下。

树型指网络中所有节点挂接到一个树形构造上，可以采用集中控制、令牌访问等方式，具有连线简单、本钱较低的优点，但存在通信吞吐量低、延迟大的缺点，尤其在网络负载重的情况下。

星形指网络中所有节点连接到中心交换机，节点之间的通信经过交换机路由转发，具有通信吞吐量高、延迟小、连线较简单的优点，但存在本钱高、交换机单点故障风险的缺点。

仁题为了满足嵌入式系统对高带宽、低延迟的通信要求，通过分析以上网络的拓扑构造特点，FC网络应选择星形构造。

星形构造是最正确的方案。

SAN通常有FCSAN和IPSAN两种实现技术。

FCSAN采用I/O结合光线通道，IPSAN采用iSCSI实现异地间数据交换，具有简单、廉价、高速等优势。

答案解析：

（1）按初始配置表给各模块供电

（2）电源模块温度检测

（3）向其他模块供电的各路电流检测

（4）屏蔽中断

（5）处理系统控制模块发来命令

智能电源模块首先进展系统初始化，再根据系统初始配置表对嵌入式系统的其他模块供电。

按照智能电源模块的工作过程，判断有无中断，如有中断，那么进入中断处理程序。

如没有中断，那么周期性地查询本模块温度、各路电流（给各模块供电的）以及电源模块的供电是否异常，如果异常，那么进展异常处理，并报系统管理模块，由系统管理模块进展决策。

在中断处理程序中，首先屏蔽中断，喂看门狗，统计中断次数，接收系统控制模块的各种命令，处理系统控制模块发来的这些命令，翻开中断。

如果系统控制模块命令关机下电，那么智能电源模块对所有模块（也包括自己）进展下电处理。

智能电源模块上的管理软件处理流程图如图1-3所示。

第2题

阅读以下关于某四轴飞行器系统设计的说明，答复以下问题1至问题4。

【说明】

在某四轴飞行器系统设计中，利用惯性测量单元（IMU）、PID电机控制、2.4G无线遥控通信和高速空心直流电机驱动等技术来实现一个简易的嵌入式四轴飞行器方案。

整个系统的设计包括飞控板和遥控板两局部，两者之间采用2.4G无线模块进展数据传输。

飞控板采用高速单片机STM32作为处理器，采用含有三轴陀螺仪、三轴加速度计的运动传感器MPU6050作为惯性测量单元，通过2.4G无线模块和遥控板进展通信，最终根据PID控制算法以PWM方式驱动空心电机来控制目标。

图2-1为李工设计的系统总体框图。

飞控板和遥控板的核心处理器都采用STM32F103。

飞控系统的惯性测量单元采用MPU6050测量传感器，MPU6050使用IIC接口，时钟引脚SCL、数据引脚SDA和数据中断引脚分别接到STM32的对应管脚，图2-2为该局部原理图。

遥控板采用STM32单片机进展设计，使用AD对摇杆模拟数据进展采集，采用NRF2401无线模块进展通信，图2-3为该局部原理图。

李工所设计的系统软件同样包含飞控板和遥控板两局部，飞控板软件的设计主要包括无线数据的接收、自身姿态的实时计算、电机PID增量的计算和PWM的电机驱动。

遥控板主控制器软件通过ADC外设对摇杆数据进展采集，把采集到的数据通过2.4G无线通信模块发送至飞控板。

图2-4为飞控系统的软件流程示意图。

问题：

2.1由图2-1系统总体框图设计可知，飞控板和遥控板之间是用2.4G无线通信进展数据传输，各自主处理器和无线通信模块之间是SPI接口。

同时，在飞控板上，处理器和惯性测量单元是通过IIC进展数据交互。

以下关于SPI接口和IIC接口的描述中，正确的选项是：

（1）、

（2）、（3）、（4）。

A.SPI和IIC都是主从式通信方式

B.SPI的数据收发线是各自独立的，IIC也是同样

C.SPI和IIC的传输都不需要片选控制

D.IIC总线是一个多主机的总线，可以连接多于一个能控制总线的器件到总线

E.IIC总线包括标准模式，快速模式和高速模式，相互之间的传输速度差异并不大

F.在原理设计中，到底采用SPI和IIC:

哪种方式，需要依据外设芯片的接口而定

G.SPI是一种环形总线构造

H.在IIC总线上，可以有多个从设备具有一样的IIC地址

问题：

2.2

（1）图2-2飞控板局部原理图中，R4的作用是什么？

（2）图2-3遥控板局部原理图中，C11、C12、C13、C14的作用是什么？

问题：

2.3在STM32处理器的PWM使用过程中，最为关键的就是PWM的频率和占空比。

PWM的频率依赖于PWM模块的参考时钟频率，自动装载存放器ARR的值加1之后再乘以参考时钟频率即可得到PWM的频率。

PWM的占空比是用捕获比拟存放器CCR和自动装载存放器ARR获得的，PWM占空比=CCR/（ARR+1）。

假设当前主控板的STM32处理器PWM模块的参考时钟频率为1kHz，要将PWM模块的频率设置为100kHz，那么ARR存放器的值应设置为多少？

如果此时占空比希望设置为20%，那么CCR存放器的值应该设置为多少？

问题：

2.4飞控系统每0.5毫秒进展一次定时器的触发，每次中断都会检查一次无线模块数据的接收，以确保飞控系统控制信息的实时性。

每2次中断（即1毫秒）读取一次MPU6050单元的数据，并进展算法处理。

每4次中断（即2毫秒）通过计算当前飞控板系统的姿态，结合遥控端的目标姿态，根据两者的差值通过PID控制算法对各个电机进展调速控制。

每200次中断（即100毫秒）采集一次电池电压，然后通过无线模块把电池电压发送给遥控板，以告知操作人员当前电压的大小。

图2-4为飞控系统软件实现的简要流程图，根据以上描述，请补全图2-4中的空

（1）〜（6）处的内容。

答案解析：

（1）〜（4）:

A、D、F、G（顺序不限）

此题考察嵌入式软硬件系统协同设计过程中的知识及应用。

此类题目要求考生认真阅读题目中的题干描述，仔细理解设计的原理框图，详细观察提供的硬件原理图和所描述的软件实现流程示意图。

前后结合进展题目分析。