UART,IIC,SPI总线（通信协议）

嵌 入 式 软 件 笔 试 题

要求：闭卷考试（不能翻书、不能开电脑）；作答时间50分钟；共10道题目。

1. volatile的作用有哪些

volatile： 防止编译器对代码进行优化，直接从内存中取最新的值 应用场景： 1、多线程使用同一资源时 2、单片机开发中

volatile 的作用：

1. 核心功能：告知编译器变量的值可能被当前代码块外的因素（如中断服务程序、硬件寄存器、其他线程）异步修改，禁止编译器对该变量进行 “将内存值缓存到寄存器” 的优化，确保每次访问都直接读取内存最新值。

应用场景：

1. 多线程 / 多任务环境中，共享变量（如线程间标志位）；

2. 嵌入式硬件寄存器访问（如单片机的 GPIO 数据寄存器、定时器计数寄存器）；

3. 中断服务程序（ISR）与主程序共享的全局变量。

1. 关键字const 和static有什么含意

Const :“只读属性”，限制变量 / 指针 / 参数的值不可被修改，编译时会检查写操作并报错，

Static：静态函数，可以延长生命周期和限定作用域

1. const 关键字含义：
用于定义 “只读属性”，限制变量 / 指针 / 参数的值不可被修改，编译时会检查写操作并报错，常见场景：
- 修饰变量：const int a = 10;（a 的值不可修改）；
- 修饰指针：
- const int* p（指针指向的值不可改）；
- int* const p（指针本身地址不可改）；
- 修饰函数参数：void func(const int x)（函数内不可修改 x）；
- 修饰函数返回值：const int func()（返回值不可被赋值修改）。

2. static 关键字含义：
用于 “延长生命周期” 和 “限定作用域”，分三类场景：
- 局部静态变量：void func(){ static int a = 0; a++; }（生命周期延长至程序结束，作用域仅在函数内，初始化仅 1 次）；
- 全局静态变量：static int g_a = 10;（作用域限定在当前.c 文件，避免外部文件通过extern调用）；
- 静态函数：static void func(){}（作用域限定在当前.c 文件，防止与外部文件函数重名冲突）。

1. 用变量a给出下面的定义
   1) 一个整型数         int a
   2)一个指向整型数的指针  int *a
   3)一个指向指针的的指针，它指向的指针是指向一个整型数 ：int **a;
2. 下面的代码输出是什么，为什么？（printf为打印函数）

void foo(void)
{
unsigned int a = 6;
int b = -20;
(a+b > 6) ? printf("> 6") : printf("<= 6");
}

输出是>6,因为不同无符号 / 有符号整型运算时，会触发 “隐式类型转换”—— 将int（有符号）转换为unsigned int（无符号）：

C 语言中，不同无符号 / 有符号整型运算时，会触发 “隐式类型转换”—— 将int（有符号）转换为unsigned int（无符号）：
1. 变量值：a = 6（unsigned int，二进制为000...000110），b = -20（int，32 位补码为111...1101100）；
2. 转换后：b作为 unsigned int 时，值为2^32 - 20 = 4294967276；
3. 计算：a + b = 6 + 4294967276 = 4294967282（远大于 6），故执行printf("> 6")。

1. 中断是嵌入式系统中重要的组成部分，这导致了许多编译开发商提供一种扩展：让标准C支持中断，产生了一个新的关键字__interrupt。下面的代码就使用了__interrupt关键字去定义了一个中断服务子程序，请指出以下这段代码错误的地方。
   __interrupt double compute_area(double radius)
   {
   double area = PI * radius *radius;
   printf("nArea = %f", area);
   return area;
   }    该中断服务子程序（ISR）存在 5 处核心错误：
   1. 返回值错误：ISR 是异步触发的 “被动执行函数”，没有调用者接收返回值，必须定义为void，不能返回double；
   2. 参数错误：中断触发时无法传递参数（无调用上下文），ISR 不能带参数（如double radius）；
   3. 调用非可重入函数：printf是标准库函数，内部包含浮点运算、全局缓冲区操作，且可能依赖中断使能，属于 “非可重入函数”；ISR 要求 “快进快出”，禁止调用非可重入、耗时函数；
   4. 浮点运算风险：嵌入式系统中，double浮点运算需硬件 FPU 支持，且运算耗时较长，不符合 ISR “短延迟” 要求；
   5. PI 未定义：若未通过#define PI 3.14159宏定义 PI，编译会报 “未声明标识符” 错误（非核心，但需修正）。
2. 嵌入式系统中经常要用到无限循环，用C语言编写死循环的代码

     While（1）1. while(1){}（最常用，明确循环体为空）；
2. for(;;){}（for循环的初始化、条件、增量均可省略，条件省略视为 “永真”）；
3. do{}while(1);（先执行一次循环体，再判断永真条件）。

1. 给定一个整型变量a，写两段代码，第一个设置a的bit 3，第二个清除a 的bit 3。在以上两个操作中，要保持其它位不变。

     设置： aI=（0x3<<偏移量）  设置 a&= ~（0x3<<偏移量）

1. 已知 int 数组a[1000]，需要将数组的后 100 个数据移动到前面，前面的数据依次后退。例如，若数组初始存入的数据是 1、2、3……1000，移动后的数据结果是 901、902……1000、1、2……900。用代码实现。

使用memcoy

#include <string.h>

void move_array(int a[], int n, int m) {

    int t[100];

    memcpy(t, a + n - m, m * sizeof(int));

    for(int i = n - 1; i >= m; i--)

        a[i] = a[i - m];

    memcpy(a, t, m * sizeof(int));

}

int main() {

    int a[1000];

    for(int i = 0; i < 1000; i++)

        a[i] = i + 1;

    move_array(a, 1000, 100);

    return 0;

}

1.  简述SPI的传输特点、方式并画出工作时序

传输特点：

1.通信属性：串行（数据逐位传），同步（依赖sclk（spi）时钟同步），全双工（同一时钟周期内，主机经mosi发、从机经miso发，双向同时传）；

1. 速率与数据：：“高速 3.4Mbps” 是 HS-mode，需区分 “标准模式（100Kbps）、快速模式（400Kbps）、高速模式（3.4Mbps）速率达mbps级；最小单位为字节（8/16位），1时钟周期传1位，1字节需8时钟周期；
2. 主从模式：支持主从机，常用“单主机多从机”，主机控制sck时钟和nss片选，从机被动响应
3. 从机选择：通过专属的nss/ncs片选线，主机拉低目标从机nss电平建立通信，其他从机nss保持高电平不响应

传输方式：

1. 主从逻辑：主机输出sck和nss，经mosi发数据；从机按sck节奏收mosi数据，经miso回传数据
2. 全双工实现：如主机发 0xFF、从机发 0x00，SCK 上升沿时二者分别经 MOSI/MISO 发 1 位，下降沿时分别读对方数据；8 时钟周期后，双方均完成 “发 + 收”；
3. 多从机传输：四线制连接（sck、mosi、miso共线，各从机独立接主机nss），主机拉低对应从机nss实现“一对一”通信，避免冲突。

工作时序图：

1. 简述I2C的传输特点、方式并画出工作时序（从机地址、寄存器地址、数据自定义）

一、I2C 传输特点

1. 传输类型：串行（逐位传）、同步（依赖 SCL 时钟同步）、半双工（同一时间单向传）；
2. 硬件结构：仅 2 根双向线（SCL 时钟、SDA 数据），均需外接上拉电阻（空闲时保高电平、稳电路）；
3. 速率分级：低速 100Kbps、中速 400Kbps、高速 3.4Mbps；
4. 主从架构：支持单 / 多主机多从机，主机主动发起 / 结束通信，从机被动响应；
5. 唯一寻址：从机均有唯一 7 位地址（如 SHT20 为 0x40），主机通过地址定位从机；
6. 应答机制：每传 1 字节（8 位），接收器第 9 时钟周期回 ACK（0，成功）或 NACK（1，失败 / 停止）。

二、I2C 传输方式

1. 主机→从机（写传输）

1. 主机发起始信号（S），占总线；
2. 发 “7 位从机地址 + W（0）”（如 SHT20 写地址 0x80）；
3. 从机回 ACK；
4. 发目标寄存器地址（如 SHT20 温度寄存器 0xE3）；
5. 从机回 ACK；
6. 发自定义数据（如配置值 0x55）；
7. 从机回 ACK；
8. 主机发终止信号（P），释总线。

2. 主机←从机（读传输，先写后读）

1. 主机发起始信号（S）；
2. 发 “7 位从机地址 + W”（如 0x80），从机回 ACK；
3. 发目标寄存器地址（如 SHT20 湿度寄存器 0xE5），从机回 ACK；
4. 主机发重复起始信号（S）；
5. 发 “7 位从机地址 + R（1）”（如 SHT20 读地址 0x81），从机回 ACK；
6. 从机发自定义数据（如 2 字节湿度值 0x1234），每字节主机回 ACK；
7. 主机收完回 NACK（停传）；
8. 主机发终止信号（P）。

三、I2C 工作时序（以 SHT20 读温度为例）

1. 时序参数

• 从机地址：7 位 0x40；
• 寄存器地址：0xE3（温度寄存器）；
• 自定义数据：2 字节温度值（0x1A、0x5B）；
• 时钟周期：1 个高 + 低电平，传 1 位需 1 周期。

2. 时序文字示意

信号	时序（高电平 “┌───┐”，低电平 “───”）	阶段说明
SCL	──┐ ┌───┐×8 ┌───┐ ┌───┐×8 ┌───┐×2 ┌───┐	时钟同步
SDA	──┼───┼───┼×8───┼───┼───┼×8───┼───┼───┼×2───┼───┘	数据 / 控制信号
阶段	S → 写寻址（0x80）→ ACK → 寄存器（0xE3）→ ACK → 重复 S → 读寻址（0x81）→ ACK → 数据（0x1A→ACK→0x5B→NACK）→ P	传输流程

3. 时序步骤

1. S（起始）：SCL 高时，SDA 高→低（下降沿）；
2. 写寻址：SCL 高时，SDA 传 0x80（8 位），从机回 ACK；
3. 寄存器地址：SCL 高时传 0xE3，从机回 ACK；
4. 重复 S：SCL 高时，SDA 高→低；
5. 读寻址：SCL 高时传 0x81，从机回 ACK；
6. 传数据：SCL 高时从机传 0x1A（高 8 位），主机回 ACK；再传 0x5B（低 8 位），主机回 NACK；
7. P（终止）：SCL 高时，SDA 低→高（上升沿）。

答题区：

答题要求：闭卷考试（不能翻书、不能开电脑）；作答时间50分钟；共10道题目。

（请保留第原题目，答题区请备注好做题序号；只能写在答题纸上拍照粘贴到文档里-答题区，请保证照片清晰）

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