禾赛科技 嵌入式软件工程师二面

前言

禾赛科技二面更侧重Linux驱动开发、系统级编程和激光雷达专业知识，面试官通常是技术leader或架构师，会深入考察项目经验和问题解决能力。二面难度明显高于一面，时长约40分钟，通过二面基本就能拿到offer。

禾赛科技嵌入式二面12题详解

1. 详细介绍一下你做过的某个项目，重点说明你的贡献

参考答案：

我做过一个基于Linux的工业相机数据采集系统，负责整个底层驱动和数据处理模块的开发。

项目背景：工业相机通过MIPI CSI接口连接到ARM处理器，需要实时采集1080P@60fps的图像数据，进行预处理后通过网络传输到上位机。

我的贡献：

1. 驱动开发：基于V4L2框架开发了MIPI CSI驱动，实现了相机的初始化配置、数据采集、格式转换等功能。通过设备树配置硬件资源，使用DMA传输图像数据到内存，避免CPU拷贝开销。
2. 性能优化：初期帧率只能达到30fps，通过分析发现瓶颈在内存拷贝。我改用零拷贝技术，用户空间直接mmap驱动分配的DMA缓冲区，将帧率提升到60fps，CPU占用率从80%降到20%。
3. 多线程架构：设计了生产者-消费者模型，采集线程负责从驱动读取图像，处理线程负责图像预处理（去噪、增强），发送线程负责网络传输。通过无锁队列实现线程间通信，保证实时性。
4. 稳定性保障：添加了看门狗机制，监控各线程状态；实现了异常恢复机制，相机掉线后自动重连；增加了日志系统，方便问题定位。

技术难点：最大的挑战是解决图像撕裂问题。由于采集和处理异步进行，处理线程可能读到正在写入的缓冲区。我通过实现三缓冲机制解决：一个缓冲区用于采集，一个用于处理，一个作为备份，通过原子操作切换缓冲区指针，保证了数据一致性。

项目成果：系统稳定运行在客户产线上，连续工作超过3个月无故障，满足了工业级可靠性要求。

2. 如何避免竞态条件？

参考答案：

竞态条件是指多个执行流（进程/线程/中断）并发访问共享资源，由于执行顺序不确定导致结果不可预测。

产生原因：读-改-写操作不是原子的，比如count++实际是三步：读取count到寄存器、寄存器加1、写回count。如果两个线程同时执行，可能都读到相同的值，最终只加了1次。

避免方法：

1. 互斥锁：最常用的方法，通过mutex保护临界区，同一时刻只有一个执行流能访问共享资源。Linux内核中用mutex或spinlock，用户空间用pthread_mutex。
2. 原子操作：对于简单的操作（加减、位操作、比较交换），使用原子操作API，硬件保证不可分割。Linux内核提供atomic_t类型和相关操作函数。
3. 关中断/关抢占：在内核中，如果临界区很短（几条指令），可以关闭中断或禁止抢占。但这会影响系统实时性，要慎用。
4. 读写锁：如果读操作远多于写操作，用读写锁可以提高并发度。多个读者可以同时访问，写者独占访问。
5. 无锁编程：使用CAS（Compare-And-Swap）等原子操作实现无锁数据结构，如无锁队列、无锁栈。性能高但实现复杂。

激光雷达应用：点云数据缓冲区被采集线程写入、处理线程读取，必须用锁保护。我通常用双缓冲+原子指针切换的方式，既保证了数据一致性，又避免了锁竞争。

3. 什么是优先级反转？如何解决？

参考答案：

定义：优先级反转是指高优先级任务被低优先级任务阻塞，导致高优先级任务无法及时执行的现象。

经典场景：低优先级任务L持有锁，高优先级任务H需要这个锁被阻塞，此时中优先级任务M抢占了L，导致L无法释放锁，H被M间接阻塞。这违反了优先级调度原则。

危害：系统实时性下降，高优先级任务响应延迟增加，严重时可能导致系统失效。火星探路者号就曾因优先级反转导致系统重启。

解决方法：

1. 优先级继承：当高优先级任务H被低优先级任务L阻塞时，临时提升L的优先级到H的级别，让L尽快完成并释放锁，然后恢复L的原优先级。这是最常用的方法，Linux的rt_mutex和FreeRTOS的mutex都支持。
2. 优先级天花板：给每个锁设置一个优先级上限（持有该锁的所有任务的最高优先级），任务获取锁时立即提升到这个优先级。可以避免死锁，但可能导致不必要的优先级提升。
3. 避免共享资源：重新设计系统架构，减少任务间的资源共享，通过消息传递代替共享内存。
4. 禁止抢占：任务持有锁期间禁止抢占，但这会降低系统响应性，只适合临界区很短的情况。

激光雷达应用：数据采集任务优先级高，数据处理任务优先级低，如果它们共享缓冲区锁，可能发生优先级反转。使用支持优先级继承的互斥锁可以解决这个问题。

4. Linux设备驱动有哪些分类？字符设备和块设备有什么区别？

参考答案：

设备驱动分类：

1. 字符设备：按字节流方式访问，不支持随机访问，如串口、键盘、鼠标、传感器等。
2. 块设备：按固定大小的块访问，支持随机访问，有缓存机制，如硬盘、SD卡、U盘等。
3. 网络设备：用于网络通信，不对应/dev下的设备文件，通过socket接口访问，如以太网卡、WiFi模块等。

字符设备和块设备的区别：

激光雷达应用：激光雷达驱动通常实现为字符设备，用户空间通过read读取点云数据。如果数据量特别大，也可以考虑用mmap映射共享内存，避免拷贝开销。

5. 什么是设备树？设备树的作用是什么？

参考答案：

定义：设备树（Device Tree）是一种描述硬件配置的数据结构，用树形结构表示硬件设备的拓扑关系和属性。以.dts源文件编写，编译成.dtb二进制文件，在系统启动时传递给内核。

作用：

1. 硬件描述与代码分离：以前硬件信息（寄存器地址、中断号、GPIO等）硬编码在驱动中，不同硬件需要修改代码重新编译。设备树将硬件信息提取到配置文件中，同一份驱动代码可以适配不同硬件，只需修改设备树。
2. 支持热插拔和动态配置：内核启动时解析设备树，动态创建设备节点，驱动通过设备树获取硬件资源。
3. 标准化硬件描述：提供统一的硬件描述语言，方便移植和维护。

设备树内容：包括CPU信息、内存布局、总线拓扑、外设配置（寄存器地址、中断、时钟、GPIO、DMA等）、自定义属性等。

驱动如何使用：驱动通过compatible属性匹配设备树节点，使用of_系列API读取设备树属性，如of_get_property获取属性值，of_iomap映射寄存器，of_irq_get获取中断号等。

激光雷达应用：激光雷达驱动需要配置MIPI接口、时钟、GPIO（使能、复位）、中断等资源，这些都在设备树中描述。不同型号的激光雷达只需修改设备树，驱动代码无需改动。

6. Linux内核模块如何加载和卸载？

参考答案：

加载模块：使用insmod或modprobe命令。insmod需要指定完整路径和依赖模块，modprobe会自动处理依赖关系，从/lib/modules目录加载。