北京零零科技 嵌入式软件开发二面

1. 先简单介绍下你自己，重点说说你做过的项目

参考答案

您好，我是XXX。我主要从事嵌入式软件开发，技术栈以C/C++为主。

最近在做基于STM32的智能设备项目，主要负责：

• UART的DMA收发实现
• ADC多通道采集
• PWM电机控制
• 传感器数据采集与处理
• 无线通信模块对接

这个项目让我对DMA优化、中断管理、外设驱动开发有了深入理解。

之前也做过其他单片机项目，涉及传感器采集、本地存储、实时控制等。也有Linux应用层开发经验，做过多进程架构、Socket通信、共享内存优化等。

技术方面，熟悉ARM Cortex-M架构、外设驱动开发、实时系统设计。注重代码质量和系统稳定性，有较强的问题定位和调试能力。

2. 你提到了DMA，详细说说DMA的工作原理和使用场景

参考答案

DMA工作原理

DMA（Direct Memory Access）是一种无需CPU参与，直接在内存和外设之间传输数据的技术。它有独立的硬件控制器，可以在后台自动完成数据搬运。

工作流程

1. CPU配置DMA参数（源地址、目标地址、传输长度、方向）
2. 启动DMA后，CPU可以去执行其他任务
3. DMA控制器自动完成数据传输
4. 传输完成后触发中断通知CPU

传输模式

• 外设到内存（P2M）：如UART接收数据到缓冲区
• 内存到外设（M2P）：如从缓冲区发送数据到UART
• 内存到内存（M2M）：大块数据拷贝

主要使用场景

1. 串口通信

大量数据收发时，避免CPU频繁响应中断。我在项目中用DMA接收不定长数据，配合空闲中断判断接收完成，大大降低了CPU负载。

2. ADC采样

多通道连续采样时，DMA自动搬运数据到缓冲区，可以实现双缓冲机制，一边采集一边处理。

3. SPI/I2C高速传输

读写Flash、LCD显示等大数据量场景，用DMA比中断方式效率高很多。

4. 音频数据流

I2S音频采集或播放，DMA循环传输保证数据流的连续性。

5. 内存拷贝

大块数据搬运，释放CPU去做更重要的计算任务。

优势

• 降低CPU负载，CPU可以专注于业务逻辑
• 提高数据传输效率
• 减少中断次数，改善系统实时性

注意事项

• Cache一致性问题：使用Cache的系统要注意数据同步
• 内存对齐要求：某些DMA控制器要求地址对齐
• 并发访问：DMA和CPU同时访问内存要注意竞争
• 中断处理：要正确处理传输完成、半传输、错误等中断

3. 中断优先级是怎么设置的？如果多个中断同时发生会怎样？

参考答案

ARM Cortex-M中断优先级机制

中断优先级分为两部分：

• 抢占优先级：高抢占优先级可以打断低抢占优先级的中断
• 子优先级：抢占优先级相同时，子优先级决定响应顺序，但不能互相打断

优先级数值越小，优先级越高。0是最高优先级。

多个中断同时发生的处理

情况1：不同抢占优先级

假设定时器中断优先级0，UART中断优先级1。如果UART中断正在执行，定时器中断到来，会立即打断UART中断，执行完定时器中断后再返回继续执行UART中断。

情况2：相同抢占优先级

如果两个中断抢占优先级相同，正在执行的中断不会被打断，另一个中断挂起等待，执行完当前中断后再处理挂起的中断。

情况3：同时到达

多个中断同时到达时，先比较抢占优先级，高的先执行；抢占优先级相同则比较子优先级；都相同则比较中断号，号小的先执行。

实际项目中的优先级分配原则

• 硬件故障/紧急事件：最高优先级
• 实时性要求高的外设（电机控制定时器、紧急按钮）：高优先级
• 一般外设（串口、ADC）：中等优先级
• 非实时任务（DMA传输完成）：低优先级

注意事项

• 避免优先级反转：低优先级任务持有高优先级任务需要的资源
• 控制中断嵌套深度：过多嵌套会导致栈溢出
• 临界区保护：关键代码段要关中断或提高优先级保护

4. volatile关键字的作用是什么？什么时候必须使用？

参考答案

volatile的作用

volatile告诉编译器：这个变量可能被程序之外的因素改变（硬件、中断、其他线程），每次访问都必须从内存读取，不要进行优化。

核心特性

1. 禁止编译器优化：每次访问都从内存读取，不使用寄存器缓存
2. 保证访问顺序：不会被编译器重排序
3. 保证可见性：修改立即写回内存

必须使用volatile的场景

1. 硬件寄存器访问

操作GPIO、UART等外设寄存器时，必须用volatile。否则编译器可能认为寄存器值不变，优化掉重复读取，导致无法检测到硬件状态变化。

2. 中断服务程序修改的变量

中断中修改的标志位或数据，在主程序中检测时必须用volatile。否则编译器可能把变量缓存在寄存器中，看不到中断中的修改。

3. 多线程共享变量

多个线程访问的共享变量要用volatile，确保一个线程的修改能被其他线程看到。

4. 状态寄存器轮询

等待DMA传输完成、等待外设就绪等场景，轮询状态寄存器时必须用volatile。

5. 内存映射的外设

所有通过内存地址访问的外设寄存器都应该声明为volatile。

编译器优化示例

不使用volatile时，编译器可能把循环中的变量读取优化到循环外，导致死循环。使用volatile后，编译器每次都从内存读取，能正确检测到变量变化。

volatile的局限性

• 不保证原子性：counter++这种操作仍然不是原子的，可能被中断打断
• 不能替代锁：多线程环境下，volatile不够，还需要互斥锁等同步机制

总结

• 硬件寄存器 → 必须用volatile
• 中断修改的变量 → 必须用volatile
• 多线程共享变量 → 需要volatile + 同步机制
• 普通变量 → 不需要volatile

5. 说说你对RTOS的了解，用过哪些实时操作系统？

参考答案

RTOS基本概念

实时操作系统是能够在确定时间内响应外部事件的操作系统，强调任务的实时性和确定性。

RTOS核心特性

1. 任务调度：抢占式调度，高优先级任务可以抢占低优先级任务，响应时间可预测
2. 任务管理：支持多任务并发执行，每个任务有独立的栈空间
3. 同步机制：提供信号量、互斥量、事件组、消息队列等机制
4. 内存管理：动态内存分配、内存池、栈溢出检测

使用过的RTOS

FreeRTOS - 最常用

• 开源、轻量级、应用最广泛
• 支持多种MCU平台
• 资源占用小，几KB RAM就能跑起来
• 文档和社区支持好

RT-Thread

• 国产RTOS，中文文档丰富
• 组件生态完善，有设备驱动框架
• 支持动态加载

μC/OS

• 商业RTOS，代码质量高
• 经过航空航天级认证
• 适合对可靠性要求极高的场合

RTOS vs 裸机开发

裸机适合：功能简单、单一任务、资源极度受限的场景

RTOS适合：多个独立功能模块需要并发执行、对实时性有严格要求、项目规模较大需要模块化设计

实际项目经验

在多传感器数据采集项目中使用了FreeRTOS，分为采集任务、处理任务、通信任务、显示任务。任务间通过消息队列传递数据，用信号量同步。整体架构清晰，各模块独立开发和测试，易于维护和扩展。相比裸机的超级循环+状态机方式，代码可读性和可维护性提升很多。

6. 堆和栈的区别？栈溢出会导致什么问题？如何避免？

参考答案

堆和栈的主要区别

栈（Stack）：

• 自动分配释放，存放局部变量、函数参数、返回地址
• 分配速度快，只需移动栈指针
• 大小有限，通常几KB到几MB
• 从高地址向低地址增长
• 连续内存，访问效率高

堆（Heap）：

• 手动分配释放，通过malloc/free管理
• 分配速度慢，需要查找合适的内存块
• 大小较大，取决于系统可用内存
• 从低地址向高地址增长
• 可能产生内存碎片

栈溢出的原因

• 局部变量过大：在栈上分配大数组
• 递归层数过深：每次递归都要压栈
• 函数调用层次过深：调用链过长

栈溢出的后果

• 破坏相邻内存区域的数据
• 破坏函数返回地址，导致程序跳转到非法地址
• 触发HardFault或MemManage异常
• 程序崩溃或出现不可预测的行为

检测栈溢出的方法

1. 编译时检测

使