芯海科技 嵌入式开发软件开发 一面 面经

1. 先做个自我介绍，说说你对这个岗位的理解

参考答案：面试官您好，我是XXX，目前是XX大学XX专业的学生。我主要的技术方向是嵌入式系统开发，熟悉C/C++编程、RTOS、常见通信协议等。做过基于STM32的XX项目，使用FreeRTOS实现多任务调度，用到了UART、SPI、I2C等外设通信。

对于这个岗位，我理解主要是做嵌入式固件开发，包括驱动开发、RTOS应用、通信协议实现、系统调试优化等工作。芯海科技在ADC芯片和MCU方面有很强的技术实力，我希望能在这里深入学习芯片底层开发，积累实际项目经验，提升自己的技术能力。

2. 说说RTOS的工作原理，你用过哪些RTOS？它们的调度机制是怎样的？

参考答案：我主要用过FreeRTOS和RT-Thread。RTOS的核心是任务调度器，负责在多个任务之间分配CPU时间，保证高优先级任务能及时响应。

FreeRTOS采用抢占式优先级调度，每个任务有一个优先级，高优先级任务就绪时会立即抢占低优先级任务。同优先级的任务采用时间片轮转，每个任务运行一个时间片后切换到下一个。

调度器维护多个就绪队列，每个优先级一个队列，选择最高优先级队列中的第一个任务运行。任务可以处于运行、就绪、阻塞、挂起等状态，通过信号量、消息队列等机制在状态间转换。

调度时机包括：系统滴答定时器中断时检查是否需要切换、任务主动调用延时或阻塞API时、中断服务程序退出时检查是否有更高优先级任务就绪。

调度器通过保存和恢复任务的上下文（寄存器、栈指针等）实现任务切换，切换开销通常在几微秒。RTOS还提供任务间通信和同步机制，包括信号量用于资源互斥和同步、消息队列用于数据传递、事件标志组用于多事件等待、互斥锁防止优先级反转等。这些机制让多任务协作变得简单可靠。

3. 详细说说任务切换的原理，上下文切换具体保存哪些内容？切换过程是怎样的？

参考答案：任务切换的本质是保存当前任务的运行状态，恢复下一个任务的运行状态。需要保存的上下文包括CPU寄存器，比如通用寄存器R0-R12、栈指针SP、链接寄存器LR、程序计数器PC、程序状态寄存器PSR等。对于Cortex-M系列，硬件会自动保存部分寄存器到栈上，软件需要保存剩余的寄存器。

切换过程分几步。首先在系统滴答中断或任务主动让出CPU时，触发PendSV中断，这是一个低优先级的系统异常，专门用于任务切换。进入PendSV中断处理函数后，先保存当前任务的上下文，把剩余的寄存器压入当前任务的栈，更新任务控制块中的栈指针。

然后调用调度器选择下一个要运行的任务，获取其栈指针。接着恢复下一个任务的上下文，从其栈中弹出寄存器值，恢复到CPU寄存器。最后从PendSV中断返回，硬件自动恢复剩余寄存器，跳转到新任务继续执行。

整个过程中，每个任务都有独立的栈空间，栈中保存了任务的局部变量和上下文。任务控制块TCB记录了任务的栈指针、优先级、状态等信息。使用PendSV而不是直接在SysTick中切换，是因为PendSV优先级低，可以等其他中断处理完再切换，避免中断嵌套过深。

4. 如果有两个相同优先级的任务，它们的运行时间是一样的吗？如何保证公平性？

参考答案：相同优先级的任务采用时间片轮转调度，理论上每个任务获得的CPU时间应该是相等的，但实际运行时间可能不完全一样。

时间片轮转的机制是，每个任务运行一个时间片（比如10ms）后，如果还没有主动让出CPU，系统滴答中断会触发任务切换，切换到同优先级的下一个就绪任务。这样多个任务轮流执行，保证公平性。但如果任务在时间片内主动阻塞，比如调用延时函数或等待信号量，就会提前让出CPU，实际运行时间就少于一个时间片。

还有一些因素会影响公平性。如果任务频繁被中断打断，实际执行时间会减少。如果任务的工作负载不同，有的任务计算密集，有的任务IO密集，运行时间也会不同。如果系统中有更高优先级的任务就绪，会抢占当前任务，导致当前任务的时间片被打断。

要保证公平性，可以合理设置时间片大小，太小会导致频繁切换开销大，太大会影响响应性。可以监控各任务的CPU占用率，如果发现不均衡就调整任务设计。对于关键任务，可以提高优先级保证及时响应，而不是依赖时间片轮转。还可以使用任务通知、信号量等机制，让任务在等待事件时主动让出CPU，提高系统效率。

5. 说说常见的通信协议UART、I2C、SPI的区别，各自的优缺点和应用场景

参考答案：这三种都是常用的串行通信协议，但特点不同。

UART是异步串行通信，只需要TX和RX两根线，加上GND，点对点通信。优点是简单，硬件资源少，传输距离远，可以达到几十米。缺点是速度相对较慢，常见的波特率是9600到115200，最高几Mbps。没有时钟线，需要双方约定波特率，容易出现波特率不匹配的问题。应用场景是调试输出、GPS模块、蓝牙模块等，适合简单的点对点通信。

I2C是同步串行通信，需要SCL时钟线和SDA数据线，支持多主多从，通过地址寻址。优点是只需两根线就能连接多个设备，节省IO口，支持热插拔。缺点是速度较慢，标准模式100Kbps，快速模式400Kbps，高速模式3.4Mbps。传输距离短，一般几十厘米，因为是开漏输出需要上拉电阻。应用场景是连接传感器、EEPROM、RTC等低速外设，适合板内通信。

SPI是同步串行通信，需要SCLK时钟、MOSI主出从入、MISO主入从出、CS片选四根线，主从模式。优点是速度快，可以达到几十Mbps甚至上百Mbps，全双工通信，硬件简单。缺点是需要的IO口多，每个从设备需要一根片选线，不支持多主。应用场景是连接Flash、SD卡、LCD、ADC等高速外设，适合需要高速传输的场合。

选择协议要根据需求，如果是简单的点对点通信用UART，如果要连接多个低速设备用I2C，如果需要高速传输用SPI。

6. I2C和SPI的从机能主动向主机发送数据吗？如果从机有数据要发送，应该如何设计？

参考答案：I2C和SPI都是主从模式，通信由主机发起，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，有几种设计方案。

对于I2C，从机不能主动发起通信，但可以通过额外的中断线通知主机。从机有数据时，拉低中断线，主机检测到中断后，通过I2C主动读取从机数据。这种方式需要额外的IO口，但很