嵌入式面试常问题32

指针函数和函数指针的区别：

指针函数本质上是一个函数，只不过该函数的返回值是一个指针类型。函数指针是一种指针，它指向一个函数。

指针的大小怎么算：

char* int* float*:在32位系统中为4位 64位系统是8位

size of 和strlen的区别;

sizeof：它是一个运算符，并非函数。其作用是在编译阶段计算数据类型或者变量所占用的字节数。

strlen：它是一个标准库函数，定义在 <string.h>（C 语言）或者 <cstring>（C++ 语言）头文件中。此函数用于计算以 '\0' 结尾的字符串的实际长度。

c语音中内存分配的方式有几种：

在 C 语言里，主要有三种内存分配方式，分别是静态内存分配、栈内存分配和堆内存分配，

struct 和union的区别：struct

结构体的每个成员都有自己独立的内存空间。结构体的总大小是其所有成员大小之和，同时可能会存在内存对齐的情况，以满足特定硬件平台的要求，提高内存访问效率。

例如，一个包含 int（通常 4 字节）和 char（1 字节）的结构体，考虑内存对齐后，其大小可能是 8 字节（假设按 4 字节对齐）。

union

共用体的所有成员共享同一块内存空间，这块内存空间的大小由共用体中最大的成员决定。

例如，一个包含 int（通常 4 字节）和 char（1 字节）的共用体，其大小为 4 字节，因为 int 是最大的成员。

- STM32启动过程详解？

STM32 的启动过程可以分为以下几个主要阶段：

硬件上电复位：当 STM32 芯片上电或者复位引脚被触发时，硬件会进行复位操作。复位后，CPU 会从特定的地址开始执行代码。

加载向量表：STM32 的向量表存储了一系列中断服务程序的入口地址，位于内存的起始地址（通常为 0x00000000）。复位后，CPU 会从向量表中读取栈顶地址和复位向量地址。栈顶地址用于初始化主栈指针（MSP），复位向量地址则是程序开始执行的起始地址。

初始化堆栈指针：CPU 将读取到的栈顶地址赋值给主栈指针（MSP），为后续的函数调用和局部变量分配内存做好准备。

跳转到复位处理函数：CPU 根据复位向量地址跳转到复位处理函数（通常是Reset_Handler）。在复位处理函数中，会进行一系列的初始化操作，如初始化全局变量、配置系统时钟、初始化外设等。

调用系统初始化函数：在复位处理函数中，通常会调用SystemInit函数来配置系统时钟。该函数会根据用户的配置，设置时钟源、分频系数等参数，使系统时钟达到所需的频率。

跳转到主函数：完成系统初始化后，程序会跳转到main函数，开始执行用户编写的应用程序代码。

- 中断优先级管理及嵌套？

中断优先级管理

STM32 的中断优先级分为抢占优先级和子优先级。

抢占优先级：具有高抢占优先级的中断可以打断正在执行的低抢占优先级的中断，实现中断嵌套。

子优先级：当两个中断的抢占优先级相同时，子优先级高的中断先执行。如果两个中断的抢占优先级和子优先级都相同，则按照中断向量表中的顺序依次执行。

中断嵌套

中断嵌套是指在一个中断服务程序执行过程中，更高优先级的中断可以打断当前的中断服务程序，转而执行更高优先级的中断服务程序。当更高优先级的中断处理完成后，再返回继续执行被打断的中断服务程序。

配置步骤

设置中断分组：通过NVIC_PriorityGroupConfig函数设置中断分组，确定抢占优先级和子优先级的位数。

配置中断优先级：对于每个中断源，使用NVIC_Init函数配置其抢占优先级和子优先级。

- DMA工作原理及应用场景？

工作原理

DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种无需 CPU 干预，直接在内存和外设之间进行数据传输的技术。其工作原理如下：

初始化：CPU 配置 DMA 控制器，设置源地址、目标地址、数据长度、传输方向等参数。

请求触发：当外设（如串口、ADC 等）有数据需要传输时，会向 DMA 控制器发送请求信号。

数据传输：DMA 控制器接收到请求信号后，接管总线控制权，直接在内存和外设之间进行数据传输，无需 CPU 干预。

传输完成：当数据传输完成后，DMA 控制器会向 CPU 发送中断信号，通知 CPU 数据传输已经完成。

应用场景

高速数据传输：如音频、视频数据的传输，使用 DMA 可以提高数据z传输效率，减轻 CPU 的负担。

大批量数据搬运：在需要将大量数据从一个内存区域复制到另一个内存区域时，使用 DMA 可以节省 CPU 时间。

外设与内存的数据交互：如 ADC 采集数据、SPI 发送数据等，使用 DMA 可以实现数据的自动传输，提高系统的实时性。

- 定时器的工作模式及配置？

工作模式

STM32 的定时器有多种工作模式，常见的有以下几种：

定时模式：定时器按照设定的时间间隔产生中断，用于实现定时功能。

输入捕获模式：用于测量外部信号的脉冲宽度或频率。定时器可以捕获外部信号的上升沿或下降沿，并记录相应的计数值。

输出比较模式：用于产生特定频率和占空比的 PWM 信号。定时器可以将计数值与比较值进行比较，当计数值等于比较值时，输出引脚的电平会发生变化。

编码器模式：用于测量旋转编码器的位置和速度。定时器可以根据编码器的输出信号，自动更新计数值。

配置步骤

以定时模式为例，配置步骤如下：

使能定时器时钟：使用RCC_APBxPeriphClockCmd函数使能相应的定时器时钟。

初始化定时器：使用TIM_TimeBaseInit函数初始化定时器的基本参数，如预分频系数、自动重装载值等。

配置中断：如果需要使用定时器中断，需要使用NVIC_Init函数配置中断优先级，并使用TIM_ITConfig函数使能定时器中断。

启动定时器：使用TIM_Cmd函数启动定时器

- I2C、SPI、UART的区别及应用场景？

电气特性

I2C（Inter - Integrated Circuit）：是一种两线式串行总线，使用 SDA（串行数据线）和 SCL（串行时钟线）两根线进行通信，采用开漏输出，需要外接上拉电阻。

SPI（Serial Peripheral Interface）：通常使用四根线，分别是 SCK（时钟线）、MOSI（主出从入）、MISO（主入从出）和 SS（片选线），采用推挽输出。

UART（Universal Asynchronous Receiver - Transmitter）：一般使用两根线，TXD（发送端）和 RXD（接收端），用于异步串行通信。

通信方式

I2C：是同步、半双工通信，通过主从模式进行数据传输，每个从设备有唯一的地址。

SPI：是同步、全双工通信，主设备通过片选线选择要通信的从设备。

UART：是异步通信，不需要时钟线，通过约定的波特率进行数据传输。

传输速率

I2C：标准模式下传输速率为 100kbps，快速模式可达 400kbps。

SPI：传输速率较高，可达几十 Mbps 甚至更高。

UART：传输速率范围较广，从几百 bps 到几 Mbps 不等。

通信距离

I2C：通信距离较短，一般在几米以内。

SPI：通信距离也较短，通常在电路板级通信。

UART：在合适的电平转换和抗干扰措施下，通信距离可以达到几十米甚至更远。

应用场景

I2C：常用于连接低速外设，如 EEPROM、传感器（温度传感器、加速度计等）、实时时钟芯片等。

SPI：适用于高速数据传输的场景，如 SD 卡、LCD 显示屏、高速 ADC/DAC 等。

UART：常用于设备之间的异步通信，如计算机与单片机、调制解调器与计算机等。

- CAN总线的特点及应用？

多主通信：CAN 总线是一种多主总线，总线上的任何节点都可以在任意时刻主动向其他节点发送数据。

错误检测和处理：CAN 总线具有完善的错误检测机制，包括位错误、填充错误、CRC 错误等，当检测到错误时，节点会自动重发数据。

高可靠性：采用差分信号传输，抗干扰能力强，适合在恶劣的工业环境中使用。

优先级仲裁：当多个节点同时发送数据时，CAN 总线通过标识符进行优先级仲裁，高优先级的节点优先发送数据。

传输速率：传输速率最高可达 1Mbps，通信距离与传输速率成反比。

应用

汽车电子：CAN 总线在汽车中广泛应用，用于连接发动机控制单元、车身控制模块、仪表盘等，实现各模块之间的通信和数据共享。

工业自动化：在工业控制系统中，CAN 总线用于连接各种传感器、执行器和控制器，实现设备之间的通信和协调控制。

智能建筑：用于智能家居系统中，连接各种智能设备，如灯光控制器、门窗传感器等，实现设备的集中控制和管理。

- Modbus协议的帧格式及异常处理？

帧格式

RTU 模式

起始位：至少 3.5 个字符时间的空闲时间。

地址码：1 个字节，用于标识从站地址。

功能码：1 个字节，指示要执行的操作，如读线圈、读寄存器等。

数据域：可变长度，包含具体的数据信息。

CRC 校验：2 个字节，用于检测数据传输过程中的错误。

结束位：至少 3.5 个字符时间的空闲时间。

ASCII 模式

起始符：“:”（冒号）。

地址码：2 个 ASCII 字符，用于标识从站地址。

功能码：2 个 ASCII 字符，指示要执行的操作。

数据域：可变长度，包含具体的数据信息，以 ASCII 字符表示。

LRC 校验：2 个 ASCII 字符，用于检测数据传输过程中的错误。

结束符：“CR LF”（回车换行）。

异常处理

当主站发送的请求出现错误或从站无法执行请求时，从站会返回异常响应。异常响应的帧格式与正常响应类似，但功能码的最高位会置 1，同时在数据域中包含一个异常码，指示异常的类型，常见的异常码有非法功能码、非法数据地址、非法数据值等。主站收到异常响应后，会根据异常码进行相应的处理，如重新发送请求、提示用户等。

- TCP/IP协议栈在嵌入式系统中的实现？

TCP/IP 协议栈在嵌入式系统中的实现

实现方式

完整协议栈实现：使用专门的 TCP/IP 协议栈软件，如 uIP、LwIP 等，这些协议栈提供了完整的 TCP/IP 协议功能，包括 ARP、IP、TCP、UDP 等。开发者可以根据需求进行配置和裁剪，将其移植到嵌入式系统中。

硬件实现：使用带有 TCP/IP 协议栈硬件支持的网络芯片，如 W5500、ENC28J60 等，这些芯片内部集成了 TCP/IP 协议栈，开发者只需要通过 SPI 或其他接口与芯片进行通信，即可实现网络通信功能。

实现步骤

选择合适的协议栈或硬件：根据嵌入式系统的资源和需求，选择合适的 TCP/IP 协议栈软件或网络芯片。

移植协议栈：如果使用软件协议栈，需要将协议栈移植到嵌入式系统中，包括配置编译环境、修改底层驱动代码等。

配置网络参数：设置嵌入式系统的 IP 地址、子网掩码、网关等网络参数。

编写应用程序：根据实际需求，编写基于 TCP/IP 协议的应用程序，如 HTTP 服务器、TCP 客户端等。

i2c简易时序图

　　启动信号：

　　SCL为高电平的时候，SDA由高电平向低电平跳变。结束信号：SCL为高电平的时候，SDA由低电平向高电平跳变。

　　应答信号：

　　I2C总线上的所有数据都是以8位字节传送的，发送器每发送一个字节，就在时钟脉冲9期间释放数据线，由接收器反馈一个应答信号。应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ACK简称应答位），表示接收器已经成功地接收了该字节；应答信号为高电平时，规定为非应答位（NACK），一般表示接收器接收该字节没有成功，对于反馈有效应答位ACK的要求是，接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。如果接收器是主控器，则在它收到最后一个字节后，发送一个NACK信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放SDA线，以便主控接收器发送一个停止信号P。

　　写时序：

　　开始信号：主机+从设备地址+写命令，从机应答，应答成功，表示有这个设备，然后主机+设备内部寄存器地址，此时不用再加写命令控制字，从机应答，应答成功，表示设备内有这个地址，主机写入数据，从机应答，是否继续发送，不发送的话，发送停止信号P。

　　读时序：

　　要想读设备，首先要知道将要所读取设备的地址告诉从设备，从设备才能将数据放到（发送）SDA上使主设备读取，从设备将数据放入SDA上的过程，由硬件主动完成，不用人为的写入。所以首先先写入从机地址，然后+写控制命令，从机应答，应答成功，表示有这个设备，然后写入内部寄存器地址，此时不用再加写命令控制字，从机应答，应答成功，表示设备内有这个地址。然后主机继续发出：写入从机地址，然后+读命令，从机应答，应答成功，此时便可以读取数据了，从设备已经将数据放入到SDA上了。地址跟设备已经验证了，不用再进行验证。

SPI通信的四种模式：

SPI通信有4种不同的操作模式，不同的从设备可能在出厂是就是配置为某种模式，这是不能改变的；但我们的通信双方必须是工作在同一模式下，所以我们可以对我们的主设备的SPI模式进行配置，通过CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）来

控制我们主设备的通信模式，具体如下：

时钟极性(CPOL)定义了时钟空闲状态电平：

• CPOL=0，表示当SCLK=0时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于高电平时
• CPOL=1，表示当SCLK=1时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于低电平时

时钟相位(CPHA)定义数据的采集时间。

• CPHA=0，在时钟的第一个跳变沿（上升沿或下降沿）进行数据采样。，在第2个边沿发送数据
• CPHA=1，在时钟的第二个跳变沿（上升沿或下降沿）进行数据采样。，在第1个边沿发送数据

SPI的三种模式

SPI工作在3中模式下，分别是运行、等待和停止。

运行模式（Run Mode）

这是基本操作模式

等待模式（Wait Mode）

SPI工作在等待模式是一种可配置的低功耗模式，可以通过SPICR2寄存器的SPISWAI位进行控制。在等待模式下，如果SPISWAI位清0，SPI操作类似于运行模式。如果SPISWAI位置1，SPI进入低功耗状态，并且SPI时钟将关闭。如果SPI配置为主机，所有的传输将停止，但是会在CPU进入运行模式后重新开始。如果SPI配置为从机，会继续接收和传输一个字节，这样就保证从机与主机同步。

停止模式（Stop Mode）

为了降低功耗，SPI在停止模式是不活跃的。如果SPI配置为主机，正在进行的传输会停止，但是在CPU进入运行模式后会重新开始。如果SPI配置为从机，会继续接受和发送一个字节，这样就保证了从机与主机同步。

嵌入式系统的启动流程设计？

嵌入式系统的启动流程通常包含以下几个主要阶段：

硬件上电复位

当系统上电或者复位引脚被触发时，硬件进行复位操作。此时处理器的寄存器被初始化为默认值，程序计数器（PC）被设置为复位向量地址，系统从该地址开始执行代码。

加载向量表

向量表是一系列中断服务程序入口地址的集合，存于内存起始地址。复位后，处理器从向量表读取栈顶地址和复位向量地址。栈顶地址用于初始化主栈指针（MSP），复位向量地址则是程序起始执行地址。

初始化硬件

时钟系统：配置系统时钟源、分频系数等，使系统时钟达到所需频率，为后续硬件和软件运行提供稳定时钟信号。

存储器：初始化片内和片外存储器，如 SRAM、Flash 等，确保存储器正常工作，为程序和数据存储提供支持。

外设：初始化各类外设，如 GPIO、UART、SPI 等，根据需求设置外设工作模式和参数。

初始化软件环境

全局变量：对全局变量进行初始化，确保程序运行时全局变量有正确的初始值。

堆栈：进一步配置堆栈，保证函数调用和局部变量分配内存正常。

中断系统：使能中断控制器，配置中断优先级和中断向量表，为中断处理做好准备。

跳转到应用程序

完成硬件和软件环境初始化后，程序跳转到主函数（main），开始执行用户编写的应用程序代码。

低功耗设计的关键技术？

电源管理技术

动态电压频率调整（DVFS）：根据系统负载动态调整处理器的电压和频率。在低负载时降低电压和频率，减少功耗；在高负载时提高电压和频率，保证系统性能。

电源模式切换：嵌入式系统通常具有多种电源模式，如运行模式、睡眠模式、待机模式等。在系统空闲时，切换到低功耗模式，关闭不必要的模块和外设，降低功耗。

外设管理技术

外设时钟控制：只在需要使用外设时开启其时钟，使用完毕后及时关闭，减少外设功耗。

外设低功耗模式：许多外设具有低功耗模式，如 UART 的休眠模式、SPI 的停止模式等。在不使用外设时，将其设置为低功耗模式。

软件优化技术

算法优化：采用高效算法，减少处理器运算量和执行时间，降低功耗。

任务调度优化：合理安排任务执行顺序和时间，避免处理器空转，提高系统效率，降低功耗。

看门狗的工作原理及应用？

工作原理

看门狗（Watchdog）是一种定时器电路，其工作原理如下：

系统启动时，看门狗定时器开始计时。

在程序正常运行过程中，需要在规定时间内对看门狗定时器进行清零操作，即 “喂狗”。

如果程序由于某种原因（如硬件故障、软件死循环等）无法在规定时间内 “喂狗”，看门狗定时器就会溢出，产生复位信号，使系统复位。

应用

防止程序跑飞：当程序受到干扰出现死循环或跑飞时，看门狗能够及时复位系统，使程序重新开始运行，提高系统的稳定性。

监控系统运行状态：可以通过设置不同的 “喂狗” 周期，监控系统的运行状态。如果系统在规定时间内无法完成任务并 “喂狗”，则说明系统可能出现故障。

嵌入式系统的可靠性设计？

硬件可靠性设计

冗余设计：采用冗余电源、冗余处理器等，当一个部件出现故障时，另一个部件能够继续工作，保证系统正常运行。

电磁兼容性（EMC）设计：合理布局电路板，采用屏蔽、滤波等措施，减少电磁干扰，提高系统的抗干扰能力。

热设计：合理设计散热结构，确保系统在高温环境下正常工作，避免因过热导致器件损坏。

软件可靠性设计

容错设计：采用容错算法和数据校验机制，如 CRC 校验、奇偶校验等，检测和纠正数据传输和处理过程中的错误。

异常处理：在程序中添加异常处理代码，对可能出现的异常情况（如除数为零、数组越界等）进行处理，避免程序崩溃。

软件冗余设计：采用软件冗余技术，如 N 版本编程、恢复块等，提高软件的可靠性。

系统可靠性设计

故障诊断和恢复：在系统中添加故障诊断模块，实时监测系统的运行状态，当检测到故障时，能够自动进行恢复操作。

备份和恢复机制：定期对系统数据进行备份，当系统出现故障时，能够快速恢复数据，减少损失。