虹软科技 嵌入式开发软件 一面

1. 自我介绍

您好，我是XXX，目前就读于XX大学电子信息工程/自动化专业。我的技术方向是嵌入式系统开发，对单片机、RTOS、驱动开发有深入的学习和实践。

技术能力方面：

• 熟练掌握C/C++编程
• 熟悉ARM Cortex-M系列单片机的开发
• 熟悉FreeRTOS、RT-Thread等实时操作系统的使用和移植
• 了解常见的通信协议如UART、SPI、I2C、CAN等
• 了解网络协议如TCP/IP、MQTT

项目经验方面：

我做过智能小车、物联网数据采集系统等项目。

在智能小车项目中，我负责底层驱动开发和传感器数据采集，实现了电机控制、超声波避障、循迹等功能。

在物联网项目中，我负责设备端的开发，使用MQTT协议实现数据上报和远程控制。

比赛经验方面：

我参加过全国大学生电子设计竞赛、智能车竞赛等，获得过省级奖项。通过比赛锻炼了快速开发和调试的能力，也积累了团队协作的经验。

我对嵌入式技术充满热情，喜欢研究底层原理，善于解决实际问题。希望能加入贵公司，在实际项目中不断提升自己。

2. FreeRTOS的任务调度机制，抢占式和时间片轮转的区别

FreeRTOS调度机制

FreeRTOS使用基于优先级的抢占式调度。每个任务有一个优先级，数字越大优先级越高。调度器总是运行就绪态中优先级最高的任务。

当高优先级任务就绪时，会立即抢占低优先级任务的CPU。低优先级任务被挂起，高优先级任务开始运行。这就是抢占式调度。

对于相同优先级的任务，FreeRTOS使用时间片轮转。每个任务运行一个时间片（tick），时间片到了就切换到下一个同优先级任务。这样保证了同优先级任务的公平性。

任务状态

FreeRTOS的任务有四种状态：

• 运行态：任务正在执行
• 就绪态：任务可以运行但还没轮到
• 阻塞态：任务在等待事件，比如等待信号量、延时
• 挂起态：任务被主动挂起，不参与调度

任务从运行态可以进入阻塞态，比如调用延时函数。从阻塞态可以进入就绪态，比如延时到期。从就绪态可以进入运行态，被调度器选中。

调度时机

调度发生在几个时机：

1. 系统滴答中断，每个tick都会检查是否需要切换任务
2. 任务主动放弃CPU，比如调用延时、等待信号量
3. 中断服务程序结束时，可能有高优先级任务就绪

抢占式 vs 时间片轮转

抢占式调度：

• 保证了实时性，高优先级任务可以立即响应
• 但可能导致低优先级任务饥饿，长时间得不到执行

时间片轮转：

• 保证了公平性，同优先级任务都能得到执行机会
• 但实时性相对差一些，任务可能要等待一个时间片

FreeRTOS结合了两者的优点，不同优先级用抢占式，相同优先级用时间片轮转。这样既保证了实时性，又保证了公平性。

实际应用

在设计任务时，要合理分配优先级：

• 紧急的、实时性要求高的任务设置高优先级
• 不紧急的、后台任务设置低优先级

要避免优先级反转问题。低优先级任务持有资源，高优先级任务等待资源，中优先级任务抢占CPU，导致高优先级任务无法执行。可以使用优先级继承或优先级天花板解决。

要注意任务的栈大小设置。栈太小会导致栈溢出，栈太大会浪费内存。可以使用栈溢出检测功能，及时发现问题。

3. MQTT协议的原理，和TCP有什么区别？

MQTT协议

MQTT是Message Queuing Telemetry Transport的缩写，是一种轻量级的消息传输协议。它基于发布-订阅模式，适合物联网场景。

MQTT的核心概念是主题Topic。发布者向某个主题发布消息，订阅者订阅某个主题接收消息。中间有一个Broker代理服务器，负责消息的转发。

MQTT支持三种QoS质量等级：

• QoS 0：最多一次，消息可能丢失
• QoS 1：至少一次，消息可能重复
• QoS 2：恰好一次，消息不丢失不重复

MQTT vs TCP

TCP：

• 传输层协议，提供可靠的字节流传输
• 点对点通信，需要知道对方的IP和端口
• 需要自己处理消息的封装、解析、重传等
• 适合两个设备直接通信

MQTT：

• 应用层协议，基于TCP实现，提供消息传输功能
• 发布-订阅模式，不需要知道对方地址，通过主题通信
• 已经实现了消息封装、解析等功能，使用更简单
• 适合多个设备通过服务器通信，特别是一对多、多对多的场景

为什么用MQTT

1. 轻量级：协议开销小。MQTT的消息头只有2字节，适合带宽受限的物联网场景
2. 支持弱网络环境：有心跳机制，可以检测连接状态。有遗嘱消息机制，设备异常断开时可以通知其他设备
3. 支持QoS：可以根据需求选择消息质量。重要消息用QoS 2保证可靠，不重要的消息用QoS 0节省资源
4. 支持主题订阅：实现灵活的消息路由。可以用通配符订阅多个主题，比如sensor/+/temperature订阅所有传感器的温度数据

MQTT点对点通信

MQTT本身是发布-订阅模式，不是点对点。但可以通过设计主题实现点对点。

比如设备A要给设备B发消息，可以发布到主题device/B/message。设备B订阅这个主题，就能收到消息。

或者使用私有主题，每个设备有唯一的主题。设备A发布到设备B的主题，只有设备B能收到。

但这种方式需要知道对方的设备ID，而且Broker会转发所有消息，效率不高。如果真的需要点对点，直接用TCP更合适。

实际应用

在物联网项目中，我使用MQTT实现设备和云平台的通信：

• 设备定期发布传感器数据到主题sensor/data，云平台订阅这个主题接收数据
• 云平台发布控制命令到主题device/控制，设备订阅这个主题接收命令
• 使用QoS 1保证消息可靠，避免数据丢失
• 使用遗嘱消息机制，设备断开时自动发布离线消息，云平台可以及时发现设备离线

4. Linux驱动框架的理解，字符设备驱动的实现

Linux驱动框架

Linux把设备分为三类：

• 字符设备：按字节流访问，比如串口、LED
• 块设备：按块访问，比如硬盘、SD卡
• 网络设备：用于网络通信，比如网卡

Linux的驱动框架实现了应用层和驱动层的隔离。应用程序通过设备文件访问设备，不需要知道驱动的实现细节。驱动程序实现设备的操作函数，注册到内核。

这种分层设计的好处是应用程序可以用统一的接口访问不同的设备。驱动程序可以独立开发和更新，不影响应用程序。

字符设备驱动

字符设备驱动的核心是file_operations结构体，定义了设备的操作函数：

• open：打开设备
• release：关闭设备
• read：读取数据
• write：写入数据
• ioctl：控制设备

驱动程序实现这些函数，然后注册到内核。应用程序通过open、read、write等系统调用访问设备，内核会调用驱动的对应函数。

注册字符设备需要设备号，包括主设备号和次设备号。主设备号标识驱动程序，次设备号标识具体设备。可以静态分配设备号，也可以动态分配。

设备文件

设备文件是应用程序访问设备的接口，位于/dev目录下。设备文件有设备号，内核根据设备号找到对应的驱动。

可以用mknod命令手动创建设备文件，也可以用udev自动创建。现代Linux系统都使用udev，驱动加载时自动创建设备文件。

驱动加载

驱动可以编译到内核中，也可以编译为模块动态加载。模块方式更灵活，可以在运行时加载和卸载。

驱动模块有init函数和exit函数：

• init函数在模块加载时执行，注册设备
• exit函数在模块卸载时执行，注销设备

使用insmod命令加载模块，rmmod命令卸载模块，lsmod命令查看已加载的模块。

FreeRTOS vs Linux

FreeRTOS没有驱动框架，驱动代码和应用代码混在一起。应用程序直接调用驱动函数，耦合度高。

如果要在FreeRTOS上实现类似Linux的驱动框架，可以定义统一的设备接口。每个驱动实现这些接口，注册到设备管理器。应用程序通过设备管理器访问设备，不直接调用驱动函数。

这样可以实现应用和驱动的解耦，提高代