嵌入式软件开发面试题汇总
介绍跟嵌入式软件开发相关的面试题
目录
🕕ARM 通用寄存器中 3 个特殊寄存器的名字和作用是什么？
🕜软件中断与硬件中断的区别是什么？ARM 提供的软件中断指令是什么？
🕡U-Boot 中 bootcmd 和 bootargs 分别有什么作用？
🕢vmlinux、Image、zImage、uImage 的区别是什么？
🕣Linux 内核中 Makefile、Kconfig、.config 的关系是什么？
🕛FreeRTOS 中任务的优先级如何设置？可以设置多少级？每级优先级的含义？
🕝什么是可剥夺型内核（Preemptive Kernel）？适用场景是什么？
🕞什么是不可剥夺型内核（Non-preemptive Kernel）？适用场景是什么？
🕥在 FreeRTOS 中，互斥量（Mutex）和信号量（Semaphore）的区别？
🕐什么是可重入函数（Reentrant Function）？
🕕操作系统（如 Linux）中进程的状态有哪些？FreeRTOS 中任务的状态有哪些？
🕘什么是 UART？它是如何进行通信的？UART 的工作原理及其数据包结构是怎样的？
🕧说一下 STM32 中的中断？为什么需要中断，有哪些中断，大概怎么做？
🕐STM32 中定时器（Timer）的类型、主要功能、使用场景及配置方法？
🕑GPIO是什么，STM32 中 GPIO 的输入输出模式分类及其适用场景？
🕓什么是 PWM？请简述其工作原理、生成方式以及常见应用场景？
🕐MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）怎么保证传输效率?
🕐什么是字节对齐？有什么作用？
指在内存中存储数据时，按照特定规则对齐数据地址。
它的目的是提高内存访问效率，避免 CPU 在访问数据时跨越多个内存单元。
🕑列举 ARM 处理器的主要特点？
低功耗、节能：非常适合电池供电设备，如手机、平板等。
RISC架构：采用精简指令集，执行效率高，硬件设计简洁。(RISC:Reduced Instruction Set Computer RISC)
高集成度：集成度高，可嵌入多个外设模块，适合 SoC 设计。
可授权架构：ARM 公司授权 IP，厂商可自主定制 CPU 内核。
良好的生态支持：拥有成熟的编译器、工具链、操作系统支持（如 Linux、Android）。
🕒ARM 有多少个寄存器？
ARM 通常提供 37 个寄存器，其中 31 个为通用寄存器（含用户模式和异常模式下的别名），以及 6 个状态寄存器。在正常执行中，程序员最常接触的是前 16 个通用寄存器（R0–R15）和一个程序状态寄存器 CPSR，其余用于异常处理和模式切换。
🕓ARM 处理器的 7 种工作模式分别是什么？
1.用户模式（USR）：正常程序执行模式，不能直接切换到其他模式
2.系统模式（SYS）：运行操作系统的特权任务，与用户模式类似，但具有可以直接切换到其他模式等特权
3.快中断模式（FIQ）：支持高速数据传输及通道处理，FIQ异常响应时进入此模式
4.中断模式（IRQ）：用于通用中断处理，IRQ异常响应时进入此模式
5.管理模式（SVC）：操作系统保护模式，系统复位和软件中断响应时进入此模式（由系统调用执行软中断SWI命令触发）
6.中止模式（ABT）：用于支持虚拟内存和/或存储器保护，在ARM7TDMI没有大用处
7.未定义模式（UND）：支持硬件协处理器的软件仿真，未定义指令异常响应时进入此模式
🕔ARM 内核和 ARM SoC 处理器的异同是什么？
ARM 内核（Core）是指 CPU 的处理核心本身，负责指令执行、寄存器操作和基本运算；
而 ARM SoC 是基于 ARM 内核构建的完整系统芯片，除了 CPU 核心外还集成了内存控制器、图形处理器、I/O 接口等多个模块。
🕕ARM 通用寄存器中 3 个特殊寄存器的名字和作用是什么？
R13 - SP（Stack Pointer）栈指针
指向当前栈顶地址，管理函数调用过程中的局部变量、返回地址、参数压栈等。R14 - LR（Link Register）链接寄存器
保存函数调用返回地址，BL（Branch with Link）指令会把返回地址保存在 LR 中，供返回时使用。R15 - PC（Program Counter）程序计数器
指向当前正在执行的指令地址。ARM 中由于流水线，PC实际值可能略超前当前执行指令地址（通常+8字节偏移）。
🕖描述 CPSR 寄存器中相关 Bit 的含义和作用？
CPSR（Current Program Status Register）是 ARM 中用于记录程序当前状态的寄存器。
它包含条件位（指令进行算术运算后的结果是否有进位，借位等），I位（IRQ异常允许位），F位（FIQ异常允许位），T位（ARM/Thumb工作状态），M位（处理器工作模式）。
🕗什么是立即数？使用时的注意要点是什么？
在 ARM 指令集中，立即数是指直接写入指令中的常数值，用于操作数或寻址。
使用时需注意两点：
（1）立即数前要加
#号表示常量（如MOV R0, #5）；（2）ARM 指令是 32 位长度，其中用于立即数的字段为 12 位：8 位表示有效数值（基数 B）+ 4 位表示右旋次数 M，最终立即数等于 B 循环右移 M×2 位组成一个 32 位值。
由于这种编码方式限制了立即数的表示范围，因此并不能表示任意数值，使用时需判断是否为合法立即数。
🕘什么是处理器现场？如何保存现场？
处理器现场是指进程在被中断打断时刻的各种寄存器的值。
保存现场的核心是将这些信息压到内核栈，中断结束时再恢复这些信息。
🕙什么是满堆栈和空堆栈？
满堆栈（Full Stack）指栈顶指针指向当前已使用的栈顶位置，入栈前需要先移动指针再写入数据；
空堆栈（Empty Stack）则指栈顶指针始终指向下一个可用的空位置，入栈时直接写入当前指针位置的数据，然后更新指针。
🕚什么是满递减栈、空递减栈、满递增栈、空递增栈？
这些是栈的组织方式，区别在于栈顶指针的位置语义（满 or 空）和栈增长方向（递增 or 递减）。
“满”表示栈顶指针指向当前栈顶数据，
“空”表示栈顶指向下一个空位；
“递增”表示入栈时地址从低地址向高地址增长，
“递减”则表示地址从高地址向低地址增长。
满递减栈（Full Descending Stack） ← ARM 默认
栈顶指向当前元素
新元素入栈：指针先减，数据写入低地址
栈从高地址向低地址增长
常用于嵌入式处理器（如 ARM）
空递减栈（Empty Descending Stack）
栈顶指向空地址
新元素入栈：数据写入当前地址，然后指针减
也从高地址向低地址增长
满递增栈（Full Ascending Stack）
栈顶指向当前元素
新元素入栈：指针先加，数据写入高地址
栈从低地址向高地址增长
空递增栈（Empty Ascending Stack）
栈顶指向空地址
新元素入栈：数据写入当前地址，然后指针加
🕛ATPCS 规定的参数传递规则是什么？
ATPCS（ARM Procedure Call Standard）是 ARM 平台上的函数调用约定，规定了函数参数和返回值的传递方式。
一般来说，当参数个数不超过4个时，使用r0~r3这4个寄存器来传递参数；如果参数个数超过4个，剩余的参数通过数据栈来传递。
🕜软件中断与硬件中断的区别是什么？ARM 提供的软件中断指令是什么？
硬件中断是由外部硬件设备发起的中断信号，处理器响应后暂停当前程序执行，进入中断服务程序；
软件中断是程序内部通过指令主动触发的一种中断，通常用于系统调用或异常处理。
ARM 中触发软件中断的指令是
SWI（Software Interrupt），现在新版本也用SVC（Supervisor Call）。
🕝什么是异常？
由于内部或者外部的一些事件 , 导致处理器停下正在处理的工作, 转而去处理这些发生的事;当遇到异常的时候, 先将处理器状态保存起来, 以便执行完异常处理程序后, 可以恢复处理器状态, 继续执行异常出现点下面的代码;
在一个时间点可以出现 多个异常;当异常发生的时候, 程序被强行从一个固定的内存地址执行, 每个种类的异常都有对应的一固定内存地址, 这个内存地址就是异常向量;
🕞ARM 架构支持的七种异常类型是什么？
1）.Reset : 处理器在工作时, 突然按下重启键, 就会触发该异常;
2）.Undefined instructions : 处理器无法识别指令的异常, 处理器执行的指令是有规范的, 如果尝试执行不符合要求的指令, 就会进入到该异常指令对应的地址中;
3）.Software interrupt (SWI) : 软中断, 软件中需要去打断处理器工作, 可以使用软中断来执行 ;
4）.Prefetch Abort (instruction fetch memory abort) : 预取指令失败, ARM 在执行指令的过程中, 要先去预取指令准备执行, 如果预取指令失败, 就会产生该异常;
5）.Data Abort (data access memory abort) : 读取数据失败;
6）.IRQ (interrupt) : 普通中断;
7）.FIQ (fast interrupt) : 快速中断, 快速中断要比普通中断响应速度要快一些;
🕟boot loader 的主要作用是什么？
Boot Loader 是系统上电启动后运行的第一个软件程序，它的主要作用是完成硬件初始化、加载操作系统内核并将控制权移交给内核。
🕠U-Boot 是如何启动内核的？
uboot启动内核分为两个步骤：第一步是将内核镜像从启动介质中加载到DDR中，第二步是去DDR中启动内核镜像。
🕡U-Boot 中 bootcmd 和 bootargs 分别有什么作用？
在 U-Boot 中，
bootcmd表示启动时自动执行的命令序列，通常用来加载内核和设备树并启动系统；而
bootargs是传递给内核的启动参数，比如根文件系统路径、控制台设置等，内核会根据这些参数完成初始化配置。
🕢vmlinux、Image、zImage、uImage 的区别是什么？
vmlinux是编译后未压缩、带符号的可执行内核文件，主要用于调试；
Image是去掉调试信息后的裸内核镜像；
zImage是对Image进行压缩后的版本，便于嵌入式设备使用；
uImage则是在zImage基础上添加 U-Boot 头部，供 U-Boot 引导时识别使用。
🕣Linux 内核中 Makefile、Kconfig、.config 的关系是什么？
在 Linux 内核中，
Kconfig定义内核配置选项及其依赖关系，用户通过配置工具（如menuconfig）选择需要的功能后生成.config文件，该文件保存所有配置结果；
Makefile根据.config中的选项控制编译流程，决定哪些模块被编译、如何编译。
🕤简述 Linux 内核的总体启动流程。
Linux 内核的启动流程通常包括：
处理器上电后运行 Bootloader（如 U-Boot），它完成硬件初始化并加载内核镜像与启动参数，随后跳转到内核入口函数。
内核从压缩镜像中解压自身，初始化中断、内存管理、设备驱动、文件系统等，最终挂载根文件系统并启动用户空间的第一个进程（通常是
init或systemd），至此完成系统启动。
🕥简述 Linux 开发板的启动过程。
首先，上电后执行 BootROM（固化在芯片中的初级引导程序），它加载并启动 BootLoader（如 U-Boot）；
BootLoader 初始化基本硬件，加载内核镜像、设备树和启动参数；
然后控制权转交给 Linux 内核，内核完成系统初始化并挂载根文件系统，启动用户空间程序（如
init或systemd），最终进入系统正常运行状态。
🕦Linux 中字符设备和块设备的主要区别是什么？
字符设备是以字节为单位进行顺序读写的设备，如串口、GPIO；
块设备以块（通常是 512 字节或更大）为单位进行随机访问读写，如硬盘、SD 卡等。
字符设备不经过缓存，操作简单；
块设备通常通过页缓存管理，可支持更高效的数据访问和文件系统操作。
🕧为什么开发板一般不需要静态库？
开发板资源有限，为了节省存储空间和内存，一般不使用体积较大的静态库，而使用动态库可以实现多个程序共享一份代码，减少冗余；
此外，动态库易于更新维护，无需重新编译所有程序。
而静态库在每个程序中都会重复打包，浪费资源，不适合嵌入式设备的轻量化需求。
🕐Linux 有哪几种驱动类型？
字符设备驱动（Character Device Driver）
按字节流读写设备
典型设备：串口、GPIO、I2C、传感器等
通过
cdev注册，使用read/write等系统调用接口块设备驱动（Block Device Driver）
按块（如512字节）读写，可随机访问
典型设备：SD卡、eMMC、硬盘
支持文件系统挂载
网络设备驱动（Network Device Driver）
管理网络接口卡（NIC），处理数据包的收发
提供
net_device接口，供 TCP/IP 协议栈使用如以太网驱动、WiFi 驱动
平台驱动（Platform Driver）
配合设备树或 ACPI 进行 SoC 内部设备的管理
通常用于片上资源（如 SPI、I2C 控制器）
总线驱动（Bus Driver）
管理设备与驱动的匹配与注册，如 I2C、SPI、PCI、USB 总线
通常配合子设备（设备树）进行匹配
中断驱动（Interrupt Handler/Driver）
响应外设产生的中断，完成事件驱动处理
应用场景：按键输入、数据就绪等
电源管理驱动（PM Driver）
处理设备休眠、唤醒、功耗调节
用于低功耗场景，节能优化
输入设备驱动（Input Driver）
管理输入事件，如触摸屏、键盘、鼠标
与 Linux 输入子系统结合，生成标准事件上报接口
🕑Linux 中编写一个字符设备驱动程序的基本步骤?
1. 分配/注册设备号
使用
register_chrdev_region()或alloc_chrdev_region()注册主设备号和次设备号。✅ 2. 初始化并添加 cdev 结构体使用
cdev_init()初始化字符设备结构，并通过cdev_add()添加到内核。3. 实现并注册 file_operations 结构体
定义并实现
open、read、write、release等接口函数，用于处理用户空间请求。4. 创建设备节点（可选）
使用
class_create()和device_create()在/dev下创建设备节点，方便用户访问。5. 模块加载与卸载函数
编写
module_init()和module_exit()，分别完成驱动注册和资源释放。
🕒什么是设备树？设备树的作用是什么？
设备树是一种数据结构，用于描述硬件系统的层次结构和属性。它通常由一系列节点和属性组成，每个节点代表一个设备或子系统，每个属性描述了设备的特性或配置信息。
它将设备的地址、中断、时钟等硬件资源信息从驱动程序中分离出来，内核在启动时解析设备树，从而动态识别和初始化平台上的外设。这样可以提高驱动的可移植性，降低驱动开发与硬件平台的耦合度。
🕓什么是文件系统？其功能包括哪些部分？
文件系统是操作系统用于明确存储设备（常见的是磁盘，也有基于NAND Flash的固态硬盘）或分区上的文件的方法和数据结构，即在存储设备上组织文件的方法。
操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构称为文件管理系统，简称文件系统。
文件系统的功能包括：
管理和调度文件的存储空间，提供文件的逻辑结构、物理结构和存储方法;
实现文件从标识到实际地址的映射，实现文件的控制操作和存取操作，实现文件信息的共享并提供可靠的文件保密和保护措施，提供文件的安全措施。
🕔什么是根文件系统？
根文件系统是 Linux 系统启动后挂载的第一个文件系统，位于路径
/，它包含操作系统正常运行所需的基本目录结构、系统命令、库文件、配置文件、设备节点等资源，是系统启动和运行的基础环境。
🕕GCC 编译器编译的完整流程是什么？各阶段的作用是什么？
1. 预处理（Preprocessing）
命令：
gcc -E source.c -o source.i作用：处理
#include、#define、条件编译等指令，将所有宏展开、头文件展开，生成纯净 C 代码。2. 编译（Compilation）
命令：
gcc -S source.i -o source.s作用：将预处理后的 C 源码翻译成汇编代码，包括词法分析、语法分析、语义分析、优化等。
3. 汇编（Assembly）
命令：
gcc -c source.s -o source.o作用：将汇编代码翻译成目标文件（机器码 + 符号信息），生成
.o文件。4. 链接（Linking）
命令：
gcc source.o -o a.out作用：将多个目标文件和所需库文件链接，解决函数/变量地址，生成可执行文件。
🕖在 make menuconfig 界面下，驱动的三种状态（Y、N、M）分别表示什么含义？
Y（Yes）：
将驱动编译进内核，开机时自动加载，不能卸载或重新加载。M（Module）：
将驱动编译成模块文件（.ko），在运行时通过insmod或modprobe加载，支持动态插拔。N（No）：
不编译该驱动，最终不会包含在内核或模块中。
🕗有没有做过 Linux 的驱动开发？
是的，我有做过 Linux 驱动开发，主要涉及字符设备驱动和平台设备驱动。
具体工作包括：
编写字符设备驱动，使用
register_chrdev注册设备号，使用file_operations实现open、read、write等接口；使用设备树匹配设备（
of_match_table）；使用内核日志（
printk）调试；熟悉内核模块编写、编译、加载（
insmod/rmmod）以及udev设备节点的自动创建；也做过简单的 I2C/SPI 外设驱动开发，包括读取寄存器和中断处理。
🕘FreeRTOS 有哪些特征？
轻量级内核：代码体积小，可运行在资源有限的 MCU 上（如 STM32、AVR）。
可移植性强：支持多种 CPU 架构，移植简单。
支持多任务：可创建多个任务并调度执行。
抢占式调度：默认支持基于优先级的抢占式调度，也支持协作式调度。
任务优先级管理：最多可设置
configMAX_PRIORITIES个优先级。时间管理：支持任务延时（
vTaskDelay()）、超时等待、滴答定时器。多种通信机制：
队列（Queue）
信号量（Semaphore：二值、计数）
互斥量（Mutex：含递归互斥量）
事件组（Event Group）
软件定时器：支持回调函数的定时执行。
内存管理：支持多种动态/静态内存分配方式（heap_1 ~ heap_5）。
支持钩子函数：如空闲钩子（Idle Hook）、滴答钩子（Tick Hook）等，用于系统自定义行为。
🕙FreeRTOS 中任务状态有哪些，怎么转换的？
Ready（就绪）：已准备好执行，只等调度器分配时间片。
Running（运行）：当前 CPU 正在执行的任务。
Blocked（阻塞）：等待某个事件（如时间、信号量、队列等），暂时不能运行。
Suspended（挂起）：任务被显式挂起（
vTaskSuspend()），不会被调度，除非手动恢复。Deleted（删除）：任务已经被删除，等待资源回收（由空闲任务完成）。
任务状态的转换由调度器根据任务优先级、延时、事件等待情况等条件决定，例如任务创建后进入就绪态，由调度器选中后进入运行态，调用
vTaskDelay()会进入阻塞态，等待时间结束后重新进入就绪态。
🕚FreeRTOS 任务默认调度方式是什么？
FreeRTOS 的默认调度方式是优先级抢占式调度（Preemptive Priority Scheduling）。
在这种模式下，系统总是运行最高优先级的就绪任务，如果有更高优先级的任务变为就绪态，将立即中断当前任务并切换到高优先级任务运行，从而实现实时响应。
🕑freertos任务调度流程是什么?
1、调度器初始化
2、任务创建与加入调度
3、调度器启动（vTaskStartScheduler()）
4.运行中的调度触发场景
时间片到期
高优先级任务就绪
任务主动让出CPU
5.上下文切换
🕛FreeRTOS 中任务的优先级如何设置？可以设置多少级？每级优先级的含义？
在 FreeRTOS 中，任务优先级用整数表示，从
0（最低）到configMAX_PRIORITIES - 1。数值越大表示优先级越高。优先级的最大数量由宏
configMAX_PRIORITIES决定，通常用户在FreeRTOSConfig.h中配置。每个任务创建时可指定其优先级，调度器总是选择就绪任务中优先级最高的一个运行。优先级相同的任务会按照时间片轮转调度（若启用
configUSE_TIME_SLICING）。
🕜为什么 FreeRTOS 应用程序中必须使用空闲任务？
在 FreeRTOS 中，空闲任务（Idle Task）是由内核自动创建的一个最低优先级任务，始终存在且不可删除。
它的作用是保证当没有任何用户任务就绪时，CPU 有任务可运行，维持调度器的运行；此外，空闲任务还负责清理被删除任务的资源，如果启用了钩子函数，还可以用于系统空闲时执行低优先级后台任务（如进入低功耗状态）。
🕝什么是可剥夺型内核（Preemptive Kernel）？适用场景是什么？
可剥夺型内核指的是一种任务调度机制，当有更高优先级的任务变为就绪状态时，系统会立即中断当前正在运行的低优先级任务，切换执行更高优先级的任务。嵌入式 RTOS（如 FreeRTOS、RT-Thread）常采用此机制。
它适用于需要快速响应外部事件、并确保高优先级任务获得及时处理的实时系统，例如嵌入式控制系统、医疗设备、工业自动化等场景。
🕞什么是不可剥夺型内核（Non-preemptive Kernel）？适用场景是什么？
不可剥夺型内核是一种任务调度机制，其中正在运行的任务不会被其他任务中断，即使有更高优先级的任务变为就绪，也要等当前任务主动让出 CPU（如调用阻塞函数或结束）之后，调度器才会切换任务。
这种机制适合任务间切换控制严格、实时性要求不高的场景，调试简单，但容易导致高优任务响应延迟。
🕟FreeRTOS 抢占式任务调度机制适用于哪些场景？
外部中断唤醒高优先级任务
如串口/按键中断中唤醒一个高优先级任务，通过xSemaphoreGiveFromISR()触发上下文切换。软件中释放资源，唤醒高优先级任务
例如任务 A 释放一个信号量，唤醒等待该信号量的高优任务 B，此时会发生抢占切换。定时任务到时唤醒
使用vTaskDelay()、xTaskDelayUntil()等函数的任务被系统时钟唤醒，如果其优先级高于当前任务，则立即调度。任务优先级动态提升
使用vTaskPrioritySet()提升某任务优先级后，如果该任务处于就绪态且优先级更高，也会触发抢占。中断服务函数通知任务（task notification）
在 ISR 中使用xTaskNotifyGiveFromISR()等 API 通知高优任务，触发立即切换。
🕠FreeRTOS 中 IPC可以通过哪些方式实现？
IPC 的全称是 Inter-Process Communication（进程间通信）。
常见 IPC 通信方式：
- 队列（Queue）
用于在任务间传递数据（如结构体、消息、命令等）。
线程安全，支持阻塞等待，最常用的通信方式之一。
- 二值信号量（Binary Semaphore）
用于事件同步或中断通知，表示“某个事件发生了”。
不传递数据，仅用于唤醒任务。
- 计数信号量（Counting Semaphore）
管理多个资源单位（如多个连接），用于资源计数同步。
- 互斥量（Mutex）
用于多个任务访问共享资源时的互斥控制。
支持优先级继承，避免优先级反转。
- 递归互斥量（Recursive Mutex）
同一个任务可以重复获取该互斥锁，适用于嵌套函数共享资源的情况。
- 事件组（Event Groups）
通过设置/清除 bit 位表示多个事件状态。
支持等待多个事件“或/与”条件，适合复杂同步需求。
- 任务通知（Task Notification）
每个任务默认有一个轻量级的通知通道。
比信号量和队列更快，适合高性能、简单通信场景。
🕡FreeRTOS 中任务之间的通讯方式有哪些？
常见通信方式：
- 队列（Queue）
用于在任务间传递数据（如结构体、消息、命令等）。
线程安全，支持阻塞等待，最常用的通信方式之一。
- 二值信号量（Binary Semaphore）
用于事件同步或中断通知，表示“某个事件发生了”。
不传递数据，仅用于唤醒任务。
- 计数信号量（Counting Semaphore）
管理多个资源单位（如多个连接），用于资源计数同步。
- 互斥量（Mutex）
用于多个任务访问共享资源时的互斥控制。
支持优先级继承，避免优先级反转。
- 递归互斥量（Recursive Mutex）
同一个任务可以重复获取该互斥锁，适用于嵌套函数共享资源的情况。
- 事件组（Event Groups）
通过设置/清除 bit 位表示多个事件状态。
支持等待多个事件“或/与”条件，适合复杂同步需求。
- 任务通知（Task Notification）
每个任务默认有一个轻量级的通知通道。
比信号量和队列更快，适合高性能、简单通信场景。
🕢IPC 通信和任务之间通讯是一个意思吗？
IPC（Inter-Process Communication）通信是一个广义概念，指进程/线程/任务之间的数据交换或同步机制。
在 FreeRTOS 或嵌入式 RTOS 中，通常说的 IPC 就是任务之间的通信方式。
🕣操作系统中的自旋锁和信号量有什么区别？
自旋锁是一种轻量级的锁机制，在竞争资源时，线程不会休眠，而是持续循环检查锁是否可用（即“自旋”），直到获取锁或被系统打断。自旋锁适用于多核系统中的短临界区保护。
而信号量则可以让线程阻塞等待资源，适合任务或线程之间的同步与互斥。
由于自旋锁是一种忙等待锁，占用 CPU 资源较多，所以 像 FreeRTOS 这种轻量实时系统中通常不使用自旋锁，因为嵌入式单核系统或低资源环境下它的成本太高。
🕤什么是临界资源和临界区？为什么要有临界区？
临界资源是指多个线程或任务可能同时访问的共享资源，比如全局变量、设备寄存器、文件等。
临界区是访问临界资源的那一段代码，它必须被互斥保护，否则可能导致数据竞争、资源冲突、结果不一致等问题。
因此，必须引入临界区的概念并通过锁机制保护它，来保证系统的正确性和线程安全。
🕥在 FreeRTOS 中，互斥量（Mutex）和信号量（Semaphore）的区别？
互斥量是基于信号量实现的一种特殊二值信号量，它用于保护临界区，支持优先级继承机制，防止优先级反转；
信号量既可以是二值的，也可以是计数型的，主要用于任务同步或多资源管理。
二者在用法上类似，但互斥量更适合用于互斥访问共享资源，而信号量更适合用于事件通知和资源计数管理。
🕦说一下FreeRTOS中的优先级反转？有什么危害？
指低优先级任务持有高优先级任务所需的资源（如互斥锁）时，高优先级任务被阻塞，而中等优先级任务却能抢占低优先级任务执行的现象。
危害：
中优先级任务插队加剧问题
高优先级任务延迟执行
实时性失效
系统调度逻辑混乱
可能导致死锁
🕧为什么FreeRTOS中的互斥量能解决优先级反转的问题？
互斥量解决优先级反转问题，是通过优先级继承机制（Priority Inheritance）实现的。
当高优先级任务因等待一个被低优先级任务持有的互斥量而阻塞时，系统会临时提升低优先级任务的优先级，使其尽快释放互斥量，避免中间被更低优先级任务打断，从而减少高优任务的等待时间。场景例子（现实生活类比）：
你在公司有三个同事：
👨💼 高优先级：经理（任务A）
👷♂️ 低优先级：实习生（任务B）
🧑🔧 中优先级：普通员工（任务C）
现在只有一把打印机（共享资源），只能一个人用，需要申请钥匙（互斥量）。
步骤演示（未使用优先级继承时会发生的问题）：
实习生（任务B）先来了，拿到了打印机钥匙，开始慢慢打印。
这时经理（任务A）来了，也要用打印机，但钥匙在实习生手里，于是他只能等着。
正当实习生想把打印完，这时普通员工（任务C）来了，他虽然优先级比实习生高，但比经理低。
因为调度器默认按优先级安排工作，所以员工插队开始干活（抢占任务B）。
实习生继续被压着没机会释放打印机钥匙，经理只能一直等 → 优先级反转发生了！
引入互斥量的优先级继承机制后：
当经理（任务A）发现钥匙被实习生（任务B）拿着时，系统做了件事：
系统临时把实习生的优先级提升为和经理一样高！
这样普通员工（任务C）就插不进队，实习生能立刻完成打印。
这样经理就不会因为「实习生+员工」这俩人组合拖延了自己的工作。
实习生释放钥匙，经理马上用上，实习生优先级恢复。
🕐什么是可重入函数（Reentrant Function）？
可重入函数是指能被多个线程或中断安全调用的函数，它不依赖全局或静态变量，只使用局部变量和传入参数，因此不会互相干扰【指多个执行流（线程、中断等）同时调用可重入函数时，函数的执行状态和结果不会因并发调用而产生错误或不一致】。
// 可重入函数示例
int sum(int a, int b) {
return a + b;
}//不可重入函数示例
int counter = 0;
int add_one() {
return ++counter; // 使用了共享的全局变量，不可重入
}
🕑FreeRTOS 的内存管理是如何实现的？
🕒FreeRTOS 中断的工作流程知道吗？
1.中断发生
硬件触发中断，自动跳转到 ISR（中断服务程序）。
2.保存现场
CPU 自动压栈部分寄存器（如程序计数器 PC、程序状态寄存器 CPSR、部分通用寄存器）。
FreeRTOS/编译器 额外保存其他需要的寄存器（R4-R11）以保证任务上下文完整。
3.执行 ISR
中断服务函数执行逻辑，如处理外设数据、中断清除、发送信号等。
4.是否切换任务
如果 ISR 中调用了
xSemaphoreGiveFromISR()、xQueueSendFromISR()等 API，可能唤醒高优先级任务。用
portYIELD_FROM_ISR()来判断是否需要上下文切换。5.恢复现场
如果无需切换任务，恢复原任务上下文。
如果切换任务，将当前任务的上下文存栈，恢复新任务的上下文。
🕓前后台程序与实时操作系统的区别是什么？
前后台程序中，前台是中断服务程序，用于响应外设等突发事件；后台是主循环，用于轮询执行常规任务。
这种结构简单、资源占用低，但无法支持真正的多任务，实时性和可维护性差。
而 RTOS 中通过内核调度多个任务，结合任务优先级、中断嵌套与同步机制，支持高实时性和系统复杂性。
🕔实时系统的基本特性有哪些？
实时系统具有以下基本特性：
确定性（Determinism）：
能在规定时间内完成特定任务，响应时间可预测。实时性（Timeliness）：
系统必须在时间约束下完成任务，分为硬实时与软实时。并发性（Concurrency）：
同时管理多个任务或事件，通过调度机制有序执行。可靠性（Reliability）：
系统需在长时间运行中保持稳定，容错能力强。可预见性（Predictability）：
对系统行为、资源占用和调度过程具有高度可控性。
🕕操作系统（如 Linux）中进程的状态有哪些？FreeRTOS 中任务的状态有哪些？
操作系统中的进程状态（以 Linux 为例）：
新建（New）：进程正在创建。
就绪（Ready）：已分配资源，等待 CPU。
运行（Running）：正在执行。
阻塞（Blocked / Waiting）：等待 I/O 或事件。
（可选）挂起（Suspended）：进程被换出主存。
终止（Terminated）：已完成或被杀死。
FreeRTOS 中的任务状态：
就绪（Ready）：可以执行，等待调度。
运行（Running）：占用 CPU 正在执行。
阻塞（Blocked）：等待事件或延时超时。
挂起（Suspended）：被挂起，无法调度执行。
删除（Deleted）：任务已标记删除，等待清除。
🕖什么是死锁？在操作系统或并发编程中，如何避免死锁？
死锁（Deadlock） 是指多个进程或线程因相互等待对方占有的资源而永久阻塞，导致系统无法继续推进的一种状态。
发生死锁必须满足四个条件（死锁的必要条件）：
互斥：资源不能被多个进程共享，只能一个占用。
占有且等待：持有资源的同时等待其他资源。
不剥夺：资源不能被强制夺取，只能主动释放。
循环等待：形成一个资源等待的环形链。
如何避免死锁（常见方法）：
破坏必要条件：
禁止“占有且等待”：申请资源时一次性申请全部。
支持“资源可剥夺”：允许强制释放已占有资源。
打破“循环等待”：统一资源申请顺序，按序请求。
使用超时/尝试锁机制：
使用
trylock或设置锁超时，避免无限等待。死锁检测与恢复（适用于系统级）：
定期检测资源等待图，发现死锁后终止或回滚进程。
采用银行家算法（资源调度中）：
保证系统始终处于安全状态，避免分配导致死锁。
🕗如何获取并搭建一个 FreeRTOS 项目的运行环境？
获取官方或芯片厂商提供的 FreeRTOS 源码，
选择适配的 芯片平台（如 STM32、ESP32 等），
配置 交叉编译工具链（如 arm-none-eabi-gcc），
基于 开发板或仿真器 进行开发调试，并使用 IDE（如 STM32CubeIDE、Keil、VS Code 等）搭建工程，
配置
FreeRTOSConfig.h和任务代码，最后烧录到目标板运行。
🕘什么是 UART？它是如何进行通信的？UART 的工作原理及其数据包结构是怎样的？
UART（通用异步收发 传输器，Universal Asynchronous Receiver/Transmitter） 是一种用于设备间串行 全双工 异步数据通信的协议，常见于单片机、模块、电脑串口等。
通信方式和原理：
通信线：
TX（发送）和RX（接收）。通信方式：全双工 异步。不需要时钟线，而是通过设置一致的波特率（如9600bps）进行收发。
每发送/接收一个字节的数据，UART 自动将数据转换为一帧格式。
数据包结构（字符帧）：
起始位（1位） | 数据位（5~9位） | 可选奇偶校验位（1位） | 停止位（1或2位）
常见的UART配置：1 起始位 + 8 数据位 + 1 停止位（无校验） = 10位一帧
🕙串口异步通信中的一个字符帧由哪些部分组成？
串口（UART）异步通信中的一个字符帧（数据帧）通常由以下几部分组成：
起始位（Start Bit）：1位，标志一个新字符的开始，始终为逻辑低电平（0）。
数据位（Data Bits）：5~9位，通常是 7 或 8 位，表示实际传输的数据内容。
校验位（Parity Bit，可选）：0 或 1 位，用于检测数据传输错误（奇校验或偶校验）。
停止位（Stop Bit）：1 或 2 位，逻辑高电平（1），标志一帧数据的结束。
🕚说一下RS-232？
RS-232 是由 EIA（电子工业协会）定义的一种 串行 全双工 异步 通信接口标准，用于在 DTE（数据终端设备） 和 DCE（数据通信设备） 之间进行 低速、短距离、点对点 的数据通信。
关键特性：
通信线（以 DB9 为例）：
RXD：接收数据
TXD：发送数据
GND：信号地
DTR：数据终端就绪
DSR：数据设备就绪
RTS：请求发送
CTS：清除发送
通信方式：全双工 异步
拓扑结构：点对点（1对1），常用的接口是 DB9（9针）或 DB25。
波特率：通常在 1200～115200 bps 之间，较慢。
电气特性：
逻辑"1"：–3V 到 –15V
逻辑"0"：+3V 到 +15V
电平与 TTL 相反。
传输距离：理论上最长 15 米，实际推荐 10 米以内。
字符帧包含：
起始位（1位）
数据位（5～9位，常用8位）
可选的奇偶校验位（1位）
停止位（1或2位）
🕛说一下RS-485？
RS-485 是一种支持 多点总线通信 的 差分串行 异步通信接口标准，具有传输距离远、抗干扰能力强、通信速率高的特点，广泛应用于工业自动化、楼宇控制、安防等场景。
关键特性：
接口引脚：
通常使用A、B两根信号线（+GND），比RS232简洁
通信方式：半双工（常见）或全双工（需双总线）
拓扑结构：主从模式，支持多达32个设备并联（有的芯片扩展支持128/256个）
电器特性：
使用差分信号（A/B线），增强抗干扰性
逻辑“1”：A>B
逻辑“0”：A<B
传输距离：
最长可达1200米
波特率与距离成反比
终端电阻：
通常在总线两端加120Ω终端电阻防止信号反射
🕜串口和并口的区别是什么？
串口是按位依次传输数据的通信方式，优点是线路少、成本低、传输距离远；
并口是同时传输多个位（如8位或更多）的方式，线路多，传输速度快，传输距离短。
如今串口更常用于长距离、低速设备通信，而并口逐渐被高速串行总线（如USB）取代。
速记：串口线少、传得慢但远；并口线多、传得快但短。
🕝I2C 总线的基本原理、特点及应用场景。
I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种两线式串行通信协议，由 SDA（数据线） 和 SCL（时钟线） 构成，支持多主多从通信，数据通过地址匹配来识别从设备。
关键特性：
通信线：SDA（数据线）和SCL（时钟线）
通信方式：半双工 同步
拓扑结构：一主多从，或多主多从（多个主设备可控制总线，但需要仲裁机制）
传输速率：标准模式（100kbps）、快速模式（400kbps）、高速模式（3.4Mbps）等
寻址方式：每个从设备有唯一地址（7位或10位）
应用场景：
读取传感器数据（如温湿度、加速度）
控制 OLED 屏、LCD 屏
访问 EEPROM、RTC 实时时钟
音频芯片、PMIC（电源管理芯片）通信
🕝说一下SPI 总线的通信原理、特点和应用场景。
SPI（Serial Peripheral Interface）是一个全双工、同步、主从式串行通信协议，使用 4 根信号线（MOSI、MISO、SCLK、CS）进行通信，通信速度快、硬件实现简单。
关键特性：
通信线：
MOSI（主输出从输入）
MISO（主输入从输出）
SCLK（时钟信号）
CS/SS（片选线，低电平有效）
通信方式：全双工 同步
拓扑结构：一主多从
传输速率：可达几十Mbps
寻址方式：片选信号（CS 引脚）
应用场景：
外接 Flash、EEPROM
TFT/LCD 显示屏
SD 卡
传感器或 ADC 芯片（如 MCP3008）
SPI 串口屏（如 Nextion）
🕞什么是 CAN 总线？请简述其工作原理、特点和应用场景。
CAN（Controller Area Network）总线是一种异步、半双工、差分式、多主机 串行通信协议。广泛应用于汽车电子、工业控制等场景。
关键特性：
通信线：
CAN_H（高电平线）
CAN_L（低电平线）
使用差分信号传输，增强抗干扰能力。
通信方式：半双工 异步
拓扑结构：总线型结构（多个节点并联在两条总线上）
传输速率：常见为 125 kbps ~ 1 Mbps，距离越远速率越低
优先级仲裁：基于标识符 ID，ID 越小，优先级越高；仲裁过程不丢帧（非破坏性）
应用场景：
汽车电子系统（车灯控制、发动机、ABS、空调等）
工业自动化（控制器、传感器、执行器通信）
电梯、机器人、医疗设备、船舶系统
无人机、AGV 等智能控制设备
🕟什么是 MODBUS？请简述其工作原理 和 应用场景。
MODBUS 是一种主从式通信协议，广泛应用于工业自动化领域中各类电子设备间的数据通信。它是一种开放协议，支持串口（如 RS-232/RS-485）和网络（如 TCP/IP）通信。
工作原理：
主从架构：通信始终由主设备发起，从设备只能被动应答。
请求-应答机制：主机发送请求帧（包含功能码和数据），从机根据请求进行操作并返回应答帧。
寄存器访问：主机通过功能码读取/写入从机的线圈、输入、寄存器等资源。
应用场景：
PLC 与传感器/执行器通信（温度采集、继电器控制）
智能仪表数据读取（电表、气表、液位传感器等）
工业设备组网监控（人机界面 HMI、SCADA 系统）
楼宇自动化（空调、照明、能耗监测系统）
农业、能源、交通自动化系统
🕠说一下MODBUS 协议模式？
🕡LoRa 是什么，其工作原理是什么？应用场景？
LoRa (Long Range)是一种基于扩频技术的超远距离无线传输技术，属于物联网通信技术的一种。
它利用线性调频扩频（CSS）技术，将信号在较宽的频谱上进行扩展，从而提高信号的抗干扰能力和传输距离。
发送端将原始数据调制到 LoRa 信号上，通过天线发送出去，接收端则通过解扩等操作还原出原始数据。
应用场景：
智慧农业（远程监测土壤、温湿度）
城市管理（井盖、路灯、停车监控）
工业现场（传感器状态上传、远程告警）
能源管理（抄表、燃气监控）
🕢什么是 LoRaWAN？和 LoRa 有什么区别？
LoRa 是物理层的调制技术；LoRaWAN 是构建在 LoRa 之上的 MAC 层通信协议和网络架构，支持设备接入、认证、安全、数据传输架构 。
🕣请简述 WiFi 的主要工作模式及其典型应用场景。
STA 模式（Station）：作为客户端连接外部路由器/热点，常用于上行数据传输
AP 模式（Access Point）：自身充当热点，终端设备直连，适用于配置界面或局域网通信
STA+AP 混合模式：同时作为客户端和热点，用于桥接网络或现场设备配置
Mesh 模式：多节点自动组网，扩展覆盖范围，适合大规模 IoT 部署
🕤说一下蓝牙是什么？有几种工作模式？
蓝牙是一种短距离无线通信技术，主要用于低功耗、点对点或小规模组网的设备间通信。
模式分类：
经典蓝牙（BR/EDR） BR（Basic Rate）和 EDR（Enhanced Data Rate）
低功耗蓝牙（BLE）Bluetooth Low Energy
双模蓝牙（Dual Mode）
🕥常见的近距离无线通信协议？各自的特点和应用场景是什么？
常见的有 Bluetooth、Wi-Fi、ZigBee、NFC、Infrared、UWB 等。
蓝牙（Bluetooth）
通信距离：10～100 米
特点：低功耗（BLE）、易配对
应用：耳机、穿戴设备、传感器数据传输
Wi-Fi
通信距离：数十米～百米
特点：高速、宽带传输、支持 TCP/IP
应用：无线局域网、视频传输、IoT 网关
ZigBee
通信距离：10～100 米
特点：低速率、低功耗、自组网
应用：智能家居、工业控制、传感器网络
NFC（近场通信）
通信距离：小于 10 厘米
特点：点对点通信、无需配对
应用：移动支付、门禁、电子票证
红外（Infrared）
通信距离：几米内，需视距
特点：低成本、抗干扰性弱
应用：电视遥控器、简单数据传输
UWB（Ultra Wide Band）超宽带
通信距离：10～30 米，厘米级精度
特点：高精度定位、抗干扰强
应用：室内定位、智能穿戴、高安全场景
🕦常见的物联网（IoT）通信协议？它们的特点和适用场景分别是什么？
应用层协议（用于设备之间数据交换）
MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）
轻量级发布/订阅模式
占用带宽小、低功耗、适合低带宽网络
应用：传感器数据上传、智能家居
CoAP（Constrained Application Protocol）
类似 HTTP，基于 UDP，适合资源受限设备
小型二进制报文，支持多播
应用：小型设备之间快速通信
HTTP/HTTPS
基于 TCP，通用性强，适配 Web 应用
数据开销大，实时性差
应用：Web 服务对接、数据上报
LwM2M（Lightweight M2M）
基于 CoAP，为设备管理和远程控制设计
支持设备注册、远程配置和固件升级
应用：设备远程管理、大型部署环境
AMQP（Advanced Message Queuing Protocol）
面向消息队列，适合复杂消息交换场景
适用于企业级 IoT 解决方案（如金融、医疗）
网络/传输层协议
LoRaWAN
基于 LoRa 的低功耗广域网协议，星型拓扑
适合远距离、低速率的传感器网络
应用：远程抄表、环境监控、农业物联网
NB-IoT（Narrow Band IoT）
基于蜂窝网络，低功耗广域（LPWAN）通信技术
支持深度覆盖、海量连接、低成本
应用：智能水表、电表、城市管理
ZigBee
自组网能力强，低速率短距离
应用：智能照明、家庭自动化、工业控制
Bluetooth LE（低功耗蓝牙）
点对点通信、低功耗、近距离
应用：智能穿戴、健康监测、智能门锁
🕒STM32 中常见通信协议（外设协议）？
这些用于芯片与外部设备通信，可理解为“协议类外设”：
🕢 STM32 常见功能类外设（非协议）？
这些用于信号采集、控制、系统功能支持，可称为“功能类外设”：
🕧说一下 STM32 中的中断？为什么需要中断，有哪些中断，大概怎么做？
中断是一种处理异步事件的重要机制。
为什么需要中断？
提升响应效率：无需轮询，响应外部事件迅速
降低资源占用：CPU 在无任务时可休眠
支持异步操作：如按键、串口、定时器、DMA等外设事件处理
STM32 中的常见中断类型：
使用中断的基本流程：
开启外设时钟：
__HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE();配置外设为中断模式（如 EXTI）：
配置 GPIO 为输入模式
设置为中断触发（上升沿/下降沿）
初始化 EXTI 线
使能中断并设置优先级：
使用
HAL_NVIC_SetPriority()和HAL_NVIC_EnableIRQ()配置中断控制器 NVIC编写中断服务函数（ISR）：
函数名通常为：
void XXX_IRQHandler(void)在函数内部处理中断事件，并清除中断标志位
🕐STM32 中定时器（Timer）的类型、主要功能、使用场景及配置方法？
定时器类型（以 STM32F1/F4 为例）：
主要功能：
定时/计时功能：可配置为以固定周期触发中断
PWM 输出：用于电机控制、LED 调光等
输入捕获：测量外部信号频率、脉宽
输出比较：用于控制输出翻转或事件触发
编码器接口模式：支持与编码器配合使用
使用流程：
打开时钟
配置定时器参数（如分频器、计数器模式、周期）
使能中断并配置中断优先级
开启定时器和中断
编写中断服务函数
应用场景：
定周期任务调度（如 RTOS tick）
PWM 控制电机、舵机
红外测距信号脉宽测量
精确延时（比
delay()更准确）事件触发、测速、编码器方向检测
🕑GPIO是什么，STM32 中 GPIO 的输入输出模式分类及其适用场景？
GPIO（通用输入输出口）用于 MCU 与外设的数据通信控制。
🕑什么是 ADC？常见的 ADC 转换模式有哪些？
ADC（Analog to Digital Converter） 是模数转换器，用于将模拟信号（如电压、电流）转换为数字信号，供 MCU 等数字系统处理。
常见的 ADC 转换模式（以 STM32 为例）：
单次转换模式（Single Conversion Mode）
触发后仅转换一次，完成后停止
适用场景：低速采样、单点测量，如电池电压监测
连续转换模式（Continuous Conversion Mode）
一次触发后不断采样、转换，直到停止命令
适用场景：实时信号监测，如电压波动分析
扫描模式（Scan Conversion Mode）
顺序转换多个通道
适用场景：多路传感器读取，如温度、电压、电流等采集
间断模式（Discontinuous Mode）
每次触发转换一组通道的一部分，可与扫描模式配合
适用场景：分批处理，提高效率或配合中断使用
注入通道（Injected Mode）
高优先级采样，打断常规通道进行快速转换
适用场景：电机控制、需要紧急采样的应用
模拟看门狗（Analog Watchdog）
设置上下限，监控 ADC 值是否越界
适用场景：安全保护、电压异常报警
🕒ADC 采样精度由什么决定？
1.ADC的位数（分辨率） 越高表示电压划分越细，精度越高
2.参考电压 决定量化范围，越稳定越精准
3.输入信号质量 噪声小、阻抗合适能减少误差
4.采样时间 合理设置时间，确保信号稳定采样
5.温度/电源噪声/地线干扰 使用滤波/稳压/合理布线抑制干扰
🕓什么是 PWM？请简述其工作原理、生成方式以及常见应用场景？
PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）是一种通过控制信号的“高电平持续时间”来调节模拟效果的数字信号技术。
工作原理：
固定频率下，通过调节高电平持续时间（称为“占空比”）来实现模拟信号的控制。
例如：
频率：1kHz
占空比：30% → 高电平持续 0.3ms，低电平 0.7ms
占空比：70% → 高电平持续 0.7ms，低电平 0.3ms
实现方式：
在微控制器中通常由 定时器（Timer）外设 来自动生成 PWM 信号：
设置周期（ARR，自动重装载寄存器）
设置占空比（CCR，比较寄存器）
设置输出模式（如 PWM1、PWM2）
应用场景：
电机调速：通过调节占空比控制直流电机转速
LED 调光：调节 PWM 占空比控制亮度
声音控制：PWM 产生音频信号输出到蜂鸣器
电压控制类 DAC：通过滤波实现简易 DAC 输出
伺服控制：如舵机转角控制，通常用 50Hz、占空比调角度
🕔请简述 PWM的核心参数及其作用？
1.频率（Frequency）
含义：PWM 信号的周期性变化速度，即每秒钟脉冲重复的次数，单位为 Hz。
作用：决定控制反应速度
2.占空比（Duty Cycle）
含义：一个 PWM 周期中，高电平持续时间占整个周期的比例，通常以百分比表示。
作用：直接影响功率输出，控制强度
3.周期（Period）
含义：PWM 信号从一次开始到下次开始所经历的时间，T = 1 / 频率
4.分辨率（Resolution）
含义：占空比变化的最小单位，通常由定时器的位宽决定，例如 8 位、10 位、16 位
作用：分辨率越高，占空比控制越精细（控制越平滑）
🕕什么是 EEPROM？常见应用场景？
EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory） 是一种非易失性存储器，即在掉电后仍能保存数据。它可以通过电信号进行擦除与重写，适用于频繁小量写入的应用场景。
应用场景：
保存用户配置参数（如设备 ID、通信地址）
存储校准数据、运行日志等
🕖什么是 RTC？它的作用和常见应用是什么？
RTC（Real-Time Clock，实时时钟） 是一种保持当前时间和日期的硬件模块，即使在系统掉电或重启后，也能继续计时。它通常由独立电源（如纽扣电池）供电，以保证长时间运行。
RTC 的作用：
提供年、月、日、时、分、秒等系统时间
支持定时唤醒/报警功能
在系统掉电时保持时间持续运行
为日志、数据采集提供时间戳
🕗什么是看门狗（Watchdog）？它的工作原理是？
看门狗定时器（Watchdog Timer, WDT） 是一种防止系统出现异常、卡死或死循环的自动复位机制。
工作原理：
看门狗启动后，会从设定的时间倒计时。
系统必须在倒计时到零前调用“喂狗函数”重置计数器。
如果系统因故障未能喂狗（如死循环、卡死等），看门狗超时触发复位动作。
🕘说一下独立看门狗和窗口看门狗的区别？
IWDG： 简单可靠，任何时候都能喂狗。（完全独立，主时钟异常也能复位）
WWDG： 时间控制更严格，只能在“窗口期”喂狗，防止程序跑飞但还在喂狗。(依赖主时钟)
🕙什么是单工、半双工和全双工？
在通信系统中，单工、半双工、全双工描述的是通信双方信息传输的方向和方式.
单工：单向 → “广播”
半双工：双向非同时 → “对讲机”
全双工：双向同时 → “电话”
🕚什么是时钟源？什么是 PLL？起什么作用？
时钟源是微控制器或处理器内部各模块工作的基础时序信号来源，决定了系统运行的速度和同步节奏。
常见时钟源类型：
外部晶振（HSE）：高精度，比如 8MHz 石英晶振
内部振荡器（HSI）：芯片内置振荡源，精度略低，但无需外设
低速振荡器（LSE/LSI）：用于 RTC、低功耗等功能
PLL（Phase Locked Loop，锁相环） 是一种时钟倍频电路，可以将一个较低频率的输入时钟，通过倍频或分频生成更高频率的系统时钟，用于 CPU、外设等高速模块。
🕛在单片机中，地的种类有哪些？
1、数字地：作为数字电路的参考地
2、模拟地：为模拟信号电路提供参考地，保证模拟信号精度
3、强电地：为大电流器件（如电机、电源模块）提供地参考
4、信号地：在串口通信、CAN、485、RS232 等接口中，用作不同设备间信号参考地
5、安全地：连接设备外壳或屏蔽层，用于静电放电、防雷保护、EMI 屏蔽
🕜说一下CPU、MPU、MCU、SoC、SoPC是什么?
🕝FPGA 和 ASIC 的概念以及两者的区别是什么？
FPGA（Field Programmable Gate Array） 是现场可编程门阵列，它可以反复编程，适合用来做硬件逻辑的原型验证或者需要灵活配置的场景。
而 ASIC（Application Specific Integrated Circuit） 是专门为某种应用定制的集成电路，性能和功耗表现都更优，但一旦流片就不能更改，开发周期和成本也更高。
一般来说，FPGA 用于研发阶段或小批量产品，ASIC 用于大规模量产，对性能和成本敏感的项目。
🕞ROM 和 RAM 的区别及类型是什么？
ROM 是只读存储器（Read-Only Memory），用于永久保存数据，比如程序代码或固件，一般断电后数据不丢失。
RAM 是随机访问存储器（Random Access Memory），用于临时存储运行中的数据，断电后数据会丢失。
ROM 常见类型有 Mask ROM、EPROM、EEPROM、Flash；
RAM 常见类型有 SRAM 和 DRAM，其中 SRAM 用于缓存，DRAM 用作主存。
🕟精度和分辨率的区别是什么？
精度表示测量结果接近真实值的程度，而分辨率表示设备能分辨的最小单位。
前者反映‘准不准’，后者反映‘细不细’。
🕡传感器的输出引脚是高阻抗好还是低阻抗好？为什么？
一般来说，传感器的输出引脚最好是低阻抗输出。
因为低阻抗输出可以更稳定地驱动后级电路，抗干扰能力强，信号衰减小，更适合长线传输。
而高阻抗输出则容易受到外界干扰，且对后级负载较敏感。
🕢什么是上位机？常用的通信协议包括？
上位机是与下位机通信并进行控制与数据管理的软件平台。
上下位机之间常用的通信协议包括：
串口类协议：
UART/RS-232/RS-485：常用于近距离、点对点或多点通信；
MODBUS-RTU：基于串口，工业自动化中非常常见；
网络协议：
MODBUS-TCP：基于以太网，适用于网络化系统；
TCP/IP、UDP：传输稳定可靠或实时性要求高时使用；
HTTP/HTTPS、MQTT：常用于 IoT 设备与云平台通信；
自定义协议：
根据项目需要在串口/TCP/IP等底层基础上设计报文结构，满足定制化控制与数据传输；
🕗解释通信中的基本概念：主机与从机、连续方式、指令方式。
主机（Master）：负责发起通信、控制通信节奏，主动发送命令；
从机（Slave）：被动响应主机指令，不能主动发起通信；
连续方式：又称轮询方式；主机或系统不断循环检测各个设备的状态，有数据则读取，无数据也一直轮询；
指令方式：主机发送特定的命令或请求，从机根据命令做出有目的的响应；
🕤简述 OSI 七层模型。
自下而上如下：（物数 网传 会表应）
1.物理层（Physical Layer）
传输比特流，规定电气信号、接口标准，如电缆、光纤、网卡。
举例：网线、电压、电流、传输速率。
2.数据链路层（Data Link Layer）
建立可靠的数据链路，负责帧传输与错误检测（如 CRC），协议有 Ethernet、PPP。
举例：MAC 地址通信、以太网帧。
3.网络层（Network Layer）
负责路由选择和逻辑地址（IP 地址）分配，典型协议：IP、ICMP。
举例：IP 路由器转发数据包。
4.传输层（Transport Layer）
提供端到端的可靠传输，常见协议：TCP（可靠）、UDP（不可靠但快速）。
举例：数据包分段、重传控制、端口编号（如 TCP 80）。
5.会话层（Session Layer）
管理会话、建立/维护/断开连接，支持全双工或半双工通信。
举例：远程登录、视频会议会话控制。
6.表示层（Presentation Layer）
数据格式转换、加密/解密、压缩/解压。
举例：JPEG、MP3 解码，SSL 加密。
7.应用层（Application Layer）
面向用户，提供网络服务接口（如 HTTP、FTP、SMTP 等）。
举例：浏览器访问网页，发邮件。
🕥简述 TCP/IP 四层模型？
自下而上如下：（{链路} 网传 {} {} 应）
1.链路层（Link Layer）
负责物理传输与帧处理，连接硬件接口。
2.网络层（Internet Layer）
实现逻辑寻址与路由选择，保证数据包从源到目的地址。
3.传输层（Transport Layer）
提供端到端的通信服务，支持可靠或不可靠的数据传输。
4.应用层（Application Layer）
提供用户服务接口，处理高层协议与用户交互。
🕚在嵌入式系统中，如何进行数据采集与处理？
1.信号采集阶段：
模拟信号 → ADC（如 STM32 的 ADC）
数字信号 → GPIO / UART / SPI / I2C / CAN / Modbus
2.数据传输阶段：
中断驱动采样 / 周期性定时器采样
DMA 将数据写入内存或 FIFO 缓冲区
3.数据预处理阶段：
滤波算法（滑动平均、中值滤波、卡尔曼滤波）
校准、归一化（如温度、电压修正）
异常值检测（超限报警、去抖动）
4.数据应用阶段：
控制执行器（如 PWM 输出）
存入 Flash/EEPROM 或上传（串口/WiFi/MQTT）
🕛解释嵌入式系统中的错误处理机制。
常见的错误处理机制包括：
1、错误检测机制：
断言检查（assert）：在开发阶段检查变量和状态是否合法；
校验机制：如 CRC 校验、奇偶校验、和校验等，用于通信和数据存储；
看门狗（Watchdog）：检测程序运行是否卡死；
硬件中断错误处理：如总线错误、非法访问等触发异常中断。
2、错误响应方式：
错误码返回：函数执行返回错误码（如
-1,E_TIMEOUT等）；日志记录：将错误写入日志系统（可存入 Flash、串口输出等）；
LED/蜂鸣器报警：常用于人机交互时指示故障状态；
任务重启或系统复位：严重错误触发 MCU 复位或重启任务。
3、错误恢复策略：
重试机制：例如通信失败后重发数据包；
降级处理：如部分模块故障后转为低功耗或备用模式；
异常处理函数：使用
try-catch（在 RTOS 或高级语言环境中）；使用看门狗复位系统：软件长时间无响应时由独立/窗口看门狗重启。
🕐MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）怎么保证传输效率?
轻量协议头：MQTT 的协议头非常小，最小仅需 2 字节，极大减少了通信开销。
发布/订阅模型：客户端之间解耦，服务端负责转发，避免点对点通信带来的复杂性。
QoS 等级控制：提供 3 种服务质量（QoS 0、1、2），用户可根据场景选择合适的可靠性与效率权衡。
保持连接机制（Keep Alive）：定期发送心跳包，检测客户端状态，避免频繁建立连接带来的开销。
遗嘱消息（Will Message）：客户端异常断开时，服务器自动推送其“最后一条消息”（让其他设备收到这个遗嘱），节省异常检测流程。
持久会话（Clean Session）：客户端可选择是否保留会话状态，断网重连时减少重复订阅和消息丢失。
有效载荷自由格式：支持二进制数据，结构简单，不限制内容格式，方便优化压缩和解析。
🕑MQTT消息质量等级有哪些?分别有什么涵义?
MQTT 消息质量等级 QoS（共 3 种）：
1、QoS 0：最多一次（At most once）
说明：消息最多发送一次，不确认、不重发。
适用场景：传感器数据频繁上报，丢一两次无所谓。
2、QoS 1：至少一次（At least once）
说明：消息至少被送达一次，可能重复接收。
机制：客户端必须接收到 PUBACK 确认，不确认则重发。
适用场景：比如报警消息，重要但可容忍重复。
3、QoS 2：仅一次（Exactly once）
说明：消息只送达一次，且不重复，保证最高可靠性。
机制：采用四次握手（PUBREC/PUBREL/PUBCOMP）确保去重。
适用场景：如订单处理、支付信息等不能重复的关键数据。
🕒MQTT报文格式？最小报文？举出一些报文的类型？
MQTT 报文由三部分组成：固定报头（Fixed Header）、可变报头（Variable Header） 和 有效载荷（Payload）。其中，固定报头是每个 MQTT 报文必须包含的部分，而可变报头和载荷是否存在则取决于具体的报文类型。
MQTT 最小的报文是 PINGREQ（心跳请求） 或 PINGRESP（心跳响应），这类报文只有固定报头，没有可变报头和载荷，因此它们的长度仅为 2 字节，体现了 MQTT 协议轻量、高效的特点。其中：
第 1 个字节表示报文类型及标志位（例如
C0表示 PINGREQ）；第 2 个字节为“剩余长度”，这里是
0，说明无额外内容。MQTT 报文总共有 14 种类型，例如：
CONNECT：客户端请求建立连接；
PUBLISH：发布消息；
SUBSCRIBE：订阅主题；
PINGREQ/PINGRESP：维持心跳连接；
DISCONNECT：断开连接等。
补充：
😀请简要说下什么是回调函数，有什么用途？
把一个函数作为参数传进去，等某个时机到了，这个函数就会被“回调执行”。
它广泛用于异步事件处理、硬件中断响应、任务完成通知等场景，提高了程序的灵活性和可扩展性。
比如 STM32 中定时器中断处理函数就是一种典型的回调函数。
🫥只用了两根数据线和一根地线实现全双工通信的串口，是异步串口还是同步串口？
异步串口（Asynchronous Serial Port）
原因如下：
异步通信 不依赖共享的时钟信号，发送方和接收方通过 起始位、数据位、校验位和停止位 来完成数据同步。
使用的线少：只需要 TX（发送）、RX（接收）和 GND；
全双工能力：TX/RX 各自独立，支持发送和接收同时进行；
常见标准：如 UART、RS-232、RS-485 等都属于异步串口通信方式。
😐芯片的GPIO有哪些状态，各种状态进行描述下差异？
😉IIC有几个硬件IO，协议中的起始信号，ack信号是请描述下？
I²C 仅使用 两根信号线：
SCL（Serial Clock Line）：时钟线
SDA（Serial Data Line）：数据线
这两条线都是 开漏结构，需要外部上拉电阻。
I²C 协议中关键信号描述：
1.起始信号（Start Condition）
定义：在 SCL为高电平时，SDA从高变低。
2.停止信号（Stop Condition）
定义：在 SCL为高电平时，SDA从低变高。
3.应答信号（ACK/NACK）
ACK（应答）：
由接收方在 第9个时钟周期拉低SDA 表示成功接收数据。
NACK（非应答）：
接收方 不拉低 SDA（保持高电平），表示数据接收失败或终止传输。
使用时机：每个字节传输完毕后，发送方会等待接收方给出 ACK。
🤗什么是的 ADC，实际产品中有哪些设备的哪些功能是使用ADC来实现的？
ADC（Analog-to-Digital Converter），即模数转换器，是将模拟信号（连续变化）转换为数字信号（离散值）的电路模块。
😉DMA的用途是什么?有什么优势?
DMA（Direct Memory Access，直接内存访问） 是一种由 外设或硬件控制器 直接访问系统内存，而不需要 CPU 参与数据搬运的机制。
DMA 的主要用途：
在外设与内存之间自动搬运数据，如：
ADC 采集数据后自动写入内存；
串口、SPI、I2C 接收/发送大量数据；
内存到内存的数据拷贝。
DMA 的优势：
释放 CPU 资源：
不再由 CPU 手动搬运每个字节，CPU 可去执行其他任务，提高效率。速度快、延迟低：
DMA 控制器可并行于 CPU 工作，具有更快的传输速率和响应能力。数据量大时效率更明显：
适合批量数据传输，如图像数据、音频流等。节能高效：
CPU 空闲时功耗更低，适合低功耗设计需求。
😚什么是中断，当触发中断后，系统会做哪些事情？
中断（Interrupt） 是嵌入式系统或处理器在运行过程中，由外部或内部事件触发的一种打断当前程序执行的机制，它允许系统及时响应外设或异常事件。
中断触发后系统会做什么？（即：中断处理流程）
当中断发生时，系统大致会执行以下几个步骤：
1.保存现场
自动或手动将当前 CPU 的 寄存器、程序计数器（PC）、堆栈指针（SP） 等保存到栈中，确保返回后可以继续原程序。
2.切换上下文（进入中断服务程序）
跳转到对应的中断向量地址，执行 中断服务函数 ISR（Interrupt Service Routine）。
3.处理中断
在 ISR 中执行对应的逻辑，例如读取外设数据、清除中断标志等。
4.恢复现场
中断处理完毕后，从栈中恢复寄存器与程序计数器状态。
5.返回中断前的程序继续执行
恢复到中断前的代码继续运行。
☺️请分别简述万用表、示波器、逻辑分析仪的用途和特点是什么?
万用表（Multimeter）
用途：用于测量电压、电流、电阻、电容、通断、电感、二极管等基本电气参数。
特点：数字万用表精度较高，但只能显示静态的数值，不能观察波形；
示波器（Oscilloscope）
用途：用于实时观察电压随时间变化的波形；
常用于调试 模拟信号、PWM、电源信号、通信波形（如 UART/SPI） 等。
特点：能直观显示信号波形，是动态信号调试的核心工具；
逻辑分析仪（Logic Analyzer）
用途：专用于分析数字信号（高/低电平）；
特点：以“0/1逻辑电平变化”为主，不显示模拟电压；
适用于多通道并发、长时间逻辑状态分析；
通常比示波器便宜，但不能观测模拟波形。
🙂请描述C语言中什么时候会使用到栈内存，什么时候会使用到堆内存。
栈内存用于存储函数的参数、返回地址、局部变量等临时数据，由编译器自动分配和释放，速度快但空间有限；
堆内存则由程序员通过如
malloc或new进行动态分配，适用于需要跨函数、生命周期较长或大小不确定的数据，但需手动释放，管理不当易导致内存泄漏。
🤗请描述C语言中volatile的作用和用途。
在 C 语言中，
volatile是一个 类型修饰符，它的作用是告诉编译器：这个变量的值可能会被程序之外的因素（如硬件或其他线程）改变，因此每次使用都要重新从内存中读取，不要优化或缓存它。
不加 volatile 可能会出现的问题：
编译器可能将变量优化到寄存器中，导致读取到的不是最新值；
死循环中变量值被中断或外设修改，但程序因缓存旧值而无法退出。
🤩递归函数如何实现，有哪些优缺点?
递归函数是函数直接或间接调用自身来解决问题的编程方式，常用于将一个大问题拆解成结构相似的子问题。
优点：代码简洁，逻辑清晰，适用于树形结构、分治问题、回溯算法等。如斐波那契、汉诺塔、DFS 等。
缺点：
内存消耗大：每次调用都会占用栈空间，深度过大可能造成栈溢出。
效率较低：部分递归会重复计算（如朴素斐波那契）。
调试困难：递归层级深时，不易跟踪错误。
🤔请描述C语言的头文件有哪些作用和用途。
头文件（Header File）是以
.h结尾的文件，主要用于声明函数、变量、宏、结构体等接口信息，方便多个源文件共享和调用，避免重复编写和出错。
🫡请实现函数yoid *memmove(void *dest,const void *src, unsigned incount)？
题目：请实现函数yoid *memmove(void *dest,const void *src, unsigned incount)，功能:由src所指内存区域复制count个字节到dest所指内存区域。
#include <stdio.h>
void *memmove(void *dest, const void *src, unsigned int count) {
unsigned char *d = (unsigned char *)dest;
const unsigned char *s = (const unsigned char *)src;if (d == s || count == 0) {
return dest; // 地址相同或长度为 0，无需操作
}if (d < s) {
// 前向拷贝：从前往后，适用于目标在源前方
while (count--) {
*d++ = *s++;
}
} else {
// 后向拷贝：从后往前，适用于目标在源后方，有重叠风险
d += count;
s += count;
while (count--) {
*(--d) = *(--s);
}
}return dest;
}
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