芯海科技 嵌入式开发软件开发 二面 面经

芯海科技-嵌入式软件开发-一面（续）

1. 先介绍一下你的项目，你在项目中更偏向硬件还是软件？具体负责哪些模块？

参考答案：我做的项目是一个智能环境监测设备，主要采集温湿度、光照、空气质量等数据，通过蓝牙上传到手机APP。我在项目中主要负责软件部分，包括固件开发、驱动编写、通信协议实现等，硬件方面主要是配合硬件工程师做调试和验证。

具体负责的模块包括：传感器驱动模块，我用I2C接口读取温湿度传感器，用SPI接口读取气体传感器，编写了驱动程序实现数据采集。通信模块，集成了BLE蓝牙协议栈，实现了GATT服务，定义了自定义特征用于数据传输。电源管理模块，实现了低功耗策略，在空闲时进入睡眠模式，定时唤醒采集数据。还有报警模块，当检测到异常数据时通过蜂鸣器和LED报警，同时通过蓝牙通知手机。

主控用的是STM32F103，用到的外设包括I2C、SPI、UART、GPIO、ADC、定时器、RTC等。软件架构上使用了FreeRTOS，创建了数据采集任务、通信任务、显示任务等，通过消息队列和信号量进行任务间通信。整个项目我负责了大概70%的软件开发工作，从底层驱动到应用逻辑都有涉及。

2. 你提到用了I2C、SPI、UART，能详细说说这三种通信协议的区别和各自的特点吗？

参考答案：这三种协议我在项目中都用到了，各有特点。

UART是异步串行通信，只需要TX、RX两根线加GND，点对点通信，不需要时钟线，双方约定好波特率就能通信。优点是简单，硬件资源少，传输距离可以比较远，我用UART连接调试串口和GPS模块。缺点是速度相对较慢，而且没有时钟同步，如果波特率设置不对就会乱码。

I2C是同步串行通信，需要SCL时钟线和SDA数据线，支持一主多从，通过7位或10位地址寻址不同的从设备。优点是只用两根线就能连接多个设备，节省IO口，我用I2C连接了温湿度传感器、EEPROM、RTC等多个器件。缺点是速度比较慢，标准模式100Kbps，快速模式400Kbps，而且传输距离短，一般在板内使用。I2C是开漏输出，需要上拉电阻，总线上任何设备都可以拉低电平。

SPI是同步串行通信，需要SCLK、MOSI、MISO、CS四根线，主从模式，全双工通信。优点是速度快，我用SPI连接Flash芯片，速度可以达到几十Mbps，而且硬件实现简单。缺点是需要的IO口多，每个从设备需要一根片选线，如果连接多个设备会占用很多IO口。SPI没有标准的协议规范，不同厂商的实现可能不同，需要查看数据手册。

选择哪种协议主要看应用需求，调试和简单通信用UART，连接多个低速外设用I2C，高速数据传输用SPI。

3. 你说I2C可以挂多个从机，那它是怎么寻址到想要的从机进行通信的？地址冲突怎么办？

参考答案：I2C通过设备地址来寻址不同的从机。每个I2C从设备都有一个唯一的7位地址，主机通信时先发送起始信号，然后发送从机地址加读写位，总共8位。总线上所有从机都会接收这个地址，只有地址匹配的从机会应答ACK，其他从机保持沉默。主机收到ACK后就知道从机已就绪，可以继续传输数据。

具体过程是，主机发送起始信号S，然后发送7位从机地址和1位读写位，如果是写操作R/W=0，读操作R/W=1。从机收到地址后，如果匹配就拉低SDA发送ACK，主机检测到ACK后继续发送数据或接收数据。传输完成后主机发送停止信号P，释放总线。

地址冲突是I2C的一个问题，如果两个设备地址相同，主机无法区分它们。解决方法有几种。一是选择不同地址的器件，很多I2C器件有多个型号，地址不同。二是利用器件的地址引脚，有些器件有A0、A1、A2等地址引脚，通过接高低电平可以配置不同的地址，比如EEPROM的地址是1010+A2A1A0，可以配置8个不同地址。三是使用I2C多路复用器，把总线分成多路，每路连接一个设备，通过切换通道来访问不同设备。

在我的项目中，温湿度传感器地址是0x40，EEPROM地址是0x50，RTC地址是0x68，都不冲突。如果遇到冲突，我会优先选择可配置地址的器件，或者用GPIO模拟I2C，创建多个软件I2C总线。

4. 如果两个MCU之间通过SPI连接，从机有数据想主动发给主机，这种场景你会怎么设计？

参考答案：SPI是主从模式，通信必须由主机发起，从机不能主动发送数据。但实际应用中经常需要从机主动通知主机，我会用几种方案。

最常用的方案是增加一根中断线或握手信号线。从机有数据时，通过GPIO拉高中断线，主机检测到中断后，作为SPI主机发起传输，读取从机的数据。这种方式简单可靠，只需要额外一根线。具体实现是，从机配置一个GPIO为输出，有数据时输出高电平。主机配置一个GPIO为外部中断输入，检测到上升沿触发中断，在中断处理函数中设置标志，主任务检测到标志后发起SPI传输。

另一种方案是利用SPI的全双工特性。主机定期发送查询命令，从机在MISO线上同时返回状态字节，如果状态字节表示有数据，主机继续读取。这种方式不需要额外的线，但主机需要定期轮询，效率较低，而且会增加功耗。

还有一种方案是双向SPI，两个MCU都配置为主从模式，需要发送数据的一方切换为主机发起传输。这需要额外的握手协议，比如通过GPIO信号协商谁是主机，或者使用时分复用，约定时间段内谁是主机。这种方式比较复杂，但灵活性高。

在我的项目中，我用的是第一种方案，从机通过GPIO通知主机。从机检测到按键按下或传感器数据就绪时，拉高中断线，主机在中断中设置标志，主任务中发起SPI传输读取数据。传输完成后从机拉低中断线，等待下次数据。这种方式简单高效，响应及时，是最常用的设计。

5. 你提到项目中有蜂鸣器报警功能，报警之后程序中做了什么处理？如何避免误报？

参考答案：蜂鸣器报警是在检测到异常情况时触发的，比如温度超过阈值、空气质量超标等。报警之后程序会做几个处理。

首先是驱动蜂鸣器发声，我用PWM控制蜂鸣器，设置不同的频率和占空比产生不同的声音。报警时启动定时器输出PWM，蜂鸣器响一段时间后自动停止，避免一直响影响用户。同时点亮LED指示灯，用不同颜色或闪烁频率表示不同的报警类型。

然后是记录报警事件，把报警时间、类型、数值等信息保存到EEPROM或Flash中，方便后续查询和分析。如果设备连接了蓝牙，会立即通过BLE发送通知到手机APP，用户可以远程查看报警信息。报警信息包含时间戳、报警类型、当前数值等。

还会进入报警状态，增加采样频率，比如正常时每分钟采样一次，报警时改为每10秒采样一次，密切监控数据变化。如果连续多次采样都超过阈值，确认是真实报警而不是偶然波动。报警状态下会禁止进入低功耗模式，保持系统活跃，及时响应。

为了避免误报，我做了几个处理。一是数据滤波，对传感器数据进行滑动平均或中值滤波，去除偶然的异常值。二是设置报警阈值和恢复阈值，比如温度超过30度报警，低于28度恢复，避免在临界值附近频繁报警。三是延时确认，检测到异常后不立即报警，而是连续检测几次，都超过阈值才报警，避免瞬时干扰导致误报。四是用户可以通过APP设置报警阈值和灵敏度，适应不同的使用场景。

在实际测试中，通过这些措施，误报率控制在很低的水平，用户反馈报警功能准确可靠。

6. 说说你在项