经典嵌入式笔试题

经典嵌入式笔试题 8. 关键字volatile有什么含意?并给出三个不同的例子。 一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变，这样，编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是，优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份。下面是volatile变量的几个例子： 1) 并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器） 2) 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables) 3) 多线程应用中被几个任务共享的变量 ### 经典嵌入式笔试题解析 #### 1. 关键字`volatile`的意义及其应用实例 在嵌入式编程中，关键字`volatile`用于声明一个变量可能会被意外地改变，这意味着编译器不能假设该变量的值是不变的。具体来说，当一个变量被声明为`volatile`时，每次使用该变量时，编译器都会从内存中重新读取该变量的当前值，而不是使用寄存器中的备份。这对于那些可能被硬件或其他线程修改的变量特别有用。 **示例：** 1. **并行设备的硬件寄存器**：例如，一个I/O端口的状态寄存器可能会被外部硬件修改，因此需要使用`volatile`来确保读取的是最新的值。 2. **中断服务程序中访问的非自动变量**：中断服务程序可能会改变全局变量或静态变量的值，这些变量应该被声明为`volatile`，以确保主程序和中断服务程序之间的一致性。 3. **多线程应用中被多个任务共享的变量**：在多线程环境中，如果多个线程共享一个变量，则该变量应当声明为`volatile`，以防止一个线程看到另一个线程未完成的操作结果。 #### 2. 模拟电路知识点 **基尔霍夫定律：** - **电流定律**：在任何时刻，流入节点的电流总和等于流出节点的电流总和。数学表达式为：\[ \sum I_{\text{in}} = \sum I_{\text{out}} \] 或者简化为 \[ \sum I = 0 \] - **电压定律**：在任何时刻，沿着回路移动一周，电压的总和为零。即 \[ \sum V = 0 \] **反馈电路的概念及应用：** 反馈电路是指将系统的输出信号送回输入端，与输入信号混合后再送入系统的过程。反馈可以分为正反馈和负反馈两大类，其中负反馈在实际应用中更为常见。 - **负反馈的优点**： - 降低放大器的增益敏感度。 - 改变输入电阻和输出电阻。 - 改善放大器的线性和非线性失真。 - 扩展放大器的通频带。 - 实现自动调节功能。 **有源滤波器与无源滤波器的区别：** - **无源滤波器**主要由无源元件（电阻、电感、电容）组成，适用于较低频率的应用场合。 - **有源滤波器**通常包含集成运放和无源元件（电阻、电容），具有不需要电感、体积小、重量轻等优点。集成运放提供了高输入阻抗和低输出阻抗，使得有源滤波器具有一定的电压放大和缓冲作用。然而，受限于集成运放的带宽，有源滤波器的工作频率相对较低。 #### 3. 数字电路知识点 **同步电路与异步电路的区别：** - **同步电路**：所有触发器的时钟输入端连接到同一时钟源，所有触发器的状态变化与时钟脉冲同步。 - **异步电路**：部分触发器的时钟输入与时钟源连接，状态变化与之同步；其他触发器的状态变化不受时钟脉冲的影响。 **“线与”逻辑及其实现条件：** - “线与”逻辑是指通过将两个或多个门电路的输出端并联以实现与逻辑功能的方法。 - 在硬件上，使用开放集输出（Open Collector, OC）门或漏极开路（Open Drain, OD）门，并且在输出端口添加上拉电阻来实现。 **建立时间和保持时间（Setup and Hold Time）：** - **建立时间**：指触发器时钟信号上升沿之前数据必须稳定的最短时间。 - **保持时间**：指触发器时钟信号上升沿之后数据必须保持稳定的最短时间。 - 如果数据信号不满足这些时间要求，可能导致数据无法正确地被打入触发器。 **竞争与冒险现象及其消除方法：** - **竞争**：由于信号路径中的延时差异，导致到达目标门的时间不一致的现象。 - **冒险**：由于竞争而导致输出信号出现瞬态毛刺。 - **消除方法**：添加冗余布尔项以消除竞争点；或者在输出端加装去耦电容来减少毛刺。 **存储器类型概述：** - **SRAM（静态随机存取存储器）**：采用六晶体管存储单元，速度快但成本较高。 - **SSRAM（同步静态随机存取存储器）**：一种同步操作的SRAM，所有的访问都与时钟信号同步。 - **SDRAM（同步动态随机存取存储器）**：通过刷新周期保持数据，成本较低，适合大量存储需求。 **FPGA与ASIC的区别：** - **FPGA（现场可编程门阵列）**：一种高度可配置的集成电路，用户可以在出厂后对其进行编程和重构。 - **ASIC（专用集成电路）**：专门为特定应用定制的集成电路，性能和功耗优于FPGA，但开发成本高且不易更改。 **OTP片与掩膜片的区别：** - **OTP（一次性可编程）**：只能进行一次编程，通常用于存储固件或配置数据。 - **掩膜片（MASK ROM）**：在生产过程中通过掩膜技术直接在芯片上刻录数据，无法更改，适用于不需要更新的固件存储。 以上知识点覆盖了嵌入式笔试中常见的理论和技术要点，有助于加深对嵌入式系统基础概念的理解。