面试真题 | 韶音科技[20240823]

面试体验很好，流程规范，HR细心热情，目前秋招体验最好的一家公司。

一面HR面30min：

1.自我介绍

2.课题组主要做的什么方向

3.聊一聊项目，内容，团队，分工

4.课题组多少人等等。。

5.唠家常

6.其他公司进度

7.意向薪资

二面技术面20min

1.自我介绍

2.OTA

在嵌入式面试中，关于OTA（Over-The-Air，空中升级）的知识点是一个重要的考察点，因为它在现代物联网（IoT）、智能手机、汽车等领域有广泛应用。

OTA相关知识详细回答

OTA是一种通过无线通信技术实现远程更新设备固件或软件的方法。它允许设备无需物理连接即可从远程服务器获取并应用更新，从而改善设备性能、添加新功能或修复安全漏洞。OTA更新的主要流程包括：

1. 固件准备和打包：开发者将最新的固件或软件版本进行打包，并上传到OTA服务器。打包过程中通常包括固件的压缩、加密以及添加版本信息和校验码等步骤。
2. 设备检查更新：设备通过无线网络定期或在特定触发条件下向OTA服务器查询是否存在新的固件版本。这通常涉及设备发送当前固件版本信息，并从服务器接收是否有新版本可用的响应。
3. 下载更新包：如果存在新版本，设备从服务器下载固件包。下载过程中，设备会进行数据校验（如校验码或数字签名）以确保数据完整性和安全性。
4. 验证和安装：下载完成后，设备会验证固件包的完整性和真实性，确认无误后开始安装。安装过程中，旧的固件会被新的固件替换。为了保证系统稳定性，许多设备还会采用双分区（A/B分区）更新机制，使更新在后台进行，同时保证系统能够回滚到先前的稳定版本。
5. 重启和应用更新：安装完成后，设备通常需要重启以应用新的固件。如果安装失败，设备则可能会回滚到之前的固件版本。

面试问题及答案

问题1：请简述OTA更新的主要流程。

答案：OTA更新的主要流程包括固件准备和打包、设备检查更新、下载更新包、验证和安装以及重启和应用更新。首先，开发者将最新的固件打包并上传到OTA服务器。然后，设备定期或根据特定条件向服务器查询更新。如果存在新版本，设备会下载固件包并进行数据校验。校验通过后，设备开始安装新固件，并在安装完成后重启以应用更新。如果安装失败，设备可能会回滚到先前的稳定版本。

问题2：OTA更新过程中如何保证数据的安全性和完整性？

答案：在OTA更新过程中，数据的安全性和完整性通过多种措施来保证。首先，固件包在上传前会进行加密处理，以防止数据在传输过程中被窃取或篡改。其次，固件包中包含校验码或数字签名，设备在下载完成后会进行校验，以确保数据的完整性。此外，许多设备还采用双分区更新机制，在更新过程中保留旧固件，以便在更新失败时能够回滚到稳定版本。

问题3：请解释双分区更新机制在OTA更新中的作用。

答案：双分区更新机制在OTA更新中起着至关重要的作用。它通过将设备的存储空间划分为两个独立的分区（A分区和B分区），使得在更新过程中可以同时保留旧固件和新固件。当设备开始更新时，它会在非活动分区（如B分区）上安装新固件，并在安装完成后将系统切换到新分区。如果更新过程中出现问题，设备可以立即回滚到旧分区（如A分区），从而避免系统崩溃或数据丢失。这种机制大大提高了OTA更新的可靠性和安全性。

问题4：在嵌入式系统中实现OTA更新时，需要考虑哪些关键因素？

答案：在嵌入式系统中实现OTA更新时，需要考虑以下关键因素：

1. 网络连接：OTA更新依赖于稳定的网络连接，网络中断可能导致更新失败或设备无法正常工作。
2. 存储空间：设备需要有足够的存储空间来容纳整个更新包和固件安装文件。
3. 安全性：必须确保更新过程中的数据安全，防止数据被篡改或伪造。
4. 可靠性：支持断点续传和恢复功能，以防止更新过程因网络中断或其他故障导致的失败。
5. 兼容性：新固件需要与设备的硬件和软件环境兼容，以确保更新后设备能够正常工作。
6. 回滚机制：在更新失败时，设备需要能够回滚到先前的稳定版本，以避免系统崩溃或数据丢失。

3.项目细节

4.FreeRTOS的原理

在嵌入式面试中，FreeRTOS作为一个轻量级、开源的实时操作系统（RTOS），其原理和应用是面试官经常考察的内容。以下是对FreeRTOS原理的详细回答，并附上几个面试问题及详细答案。

FreeRTOS原理知识点

1. 什么是RTOS和FreeRTOS？

• RTOS（Real-Time Operating System）：实时操作系统，是一种专门为实时应用程序设计的操作系统，它强调对外部事件的快速响应和可预测性。RTOS通常具备优先级调度、确定性执行、快速响应中断等特点，广泛应用于工业控制、航空航天、汽车电子、医疗设备等领域。
• FreeRTOS：是一个轻量级、开源的RTOS，专为资源有限的嵌入式系统设计。它提供了包括任务管理、时间管理、中断管理、内存管理在内的基本实时操作系统功能，并且具有高度可移植性和可配置性，能够运行在各种微控制器上。

2. FreeRTOS内核的基本组成

FreeRTOS内核主要由任务调度器、任务控制块（TCB）、队列、信号量、互斥量、事件标志组等组件构成。任务调度器是FreeRTOS的核心，负责根据任务的优先级或时间片来调度任务的执行。

3. 任务调度机制

FreeRTOS支持两种主要的任务调度方式：

• 抢占式调度：高优先级的任务可以抢占低优先级任务的CPU使用权。
• 时间片调度：当多个任务的优先级相同时，每个任务轮流执行一个时间片（tick），时间片长度由SysTick中断周期决定。

4. 上下文切换

上下文切换是FreeRTOS在任务切换时保存当前任务的上下文（如CPU寄存器、栈指针等），并恢复新任务的上下文的过程。这确保了任务切换的连续性和正确性。

面试问题及答案

问题1：FreeRTOS中的“任务”和“线程”有何区别？

答案：在FreeRTOS中，“任务”和“线程”通常被视为同一概念的不同表述。在RTOS的上下文中，它们都是指可以独立执行的一段代码，拥有自己的栈空间和上下文环境。FreeRTOS通过任务调度器来管理这些任务的执行。

问题2：解释一下FreeRTOS中的“优先级调度”是如何工作的？

答案：FreeRTOS的优先级调度机制允许系统根据任务的优先级来分配CPU资源。每个任务都有一个优先级，数值越大表示优先级越高。当高优先级的任务就绪时，它会抢占当前正在运行的低优先级任务的CPU使用权，从而优先执行。这种机制确保了关键任务能够得到及时响应。

问题3：如何在FreeRTOS中创建一个任务？

答案：在FreeRTOS中，可以使用xTaskCreate函数来创建一个任务。该函数需要指定任务的入口函数、任务名称、栈大小、任务参数、优先级以及一个指向任务句柄的指针（可选）。创建任务后，任务会进入就绪态，等待调度器调度执行。

问题4：FreeRTOS中的“空闲任务”(Idle Task)是什么？它的作用是什么？

答案：空闲任务是FreeRTOS自动创建的一个最低优先级的任务。当没有其他任务就绪时，调度器会运行空闲任务。空闲任务的主要作用是降低系统的功耗（如果支持低功耗模式）和提供一个默认的上下文环境，以便在没有其他任务执行时系统不会完全停止。

问题5：FreeRTOS中的“任务挂起”和“任务恢复”是如何实现的？

答案：在FreeRTOS中，可以使用vTaskSuspend函数来挂起一个任务，使其进入挂起态，不再参与调度。挂起的任务可以通过vTaskResume函数来恢复，使其重新进入就绪态，等待调度器调度执行。任务挂起和恢复通常用于临时停止任务的执行，以便进行资源管理或错误处理。

5.任务间通信

在嵌入式系统开发中，任务间通信（Inter-Task Communication, ITC）是一个至关重要的概念，它涉及不同任务或进程之间交换数据和控制信息的方式。

任务间通信概述

任务间通信主要分为两种类型：低级通信和高级通信。

• 低级通信：主要传递状态和整数值等控制信息，如信号量、异步信号等。信号量常用于控制对共享资源的访问，避免冲突。
• 高级通信：能够传输任意数量的数据，主要包括共享内存、消息传递和管道等机制。

几种常见的任务间通信方式

1. 共享内存：多个任务可以访问同一块内存区域，通过读写该区域的数据来实现通信。使用共享内存时，通常需结合互斥机制（如互斥锁）来避免数据竞争。

2. 消息传递：任务间通过发送和接收消息来交换信息。消息可以包含实际的数据、数据块的指针或空。常见的消息传递机制包括消息队列和邮箱。

3. 管道：管道是一种非结构化的数据交换设施，支持单向或双向通信。数据在管道中以字节流的形式传输，遵循先进先出（FIFO）的原则。

4. 套接字（Socket）：套接字是一种特殊的通信机制，不仅限于同一台机器上的任务间通信，还支持不同机器间的进程通信。

面试问题及答案

问题1：请简述任务间通信的两种主要类型，并给出每种类型的一个应用场景。

答案：任务间通信主要分为低级通信和高级通信。低级通信主要用于传递控制信息，如信号量机制，常用于控制对共享资源的访问，防止多个任务同时访问同一资源导致的冲突。高级通信能够传输任意数量的数据，如共享内存机制，常用于需要传输大量数据或多任务间频繁交换数据的场景，如图像处理、视频流传输等。

问题2：在嵌入式系统中，使用共享内存进行任务间通信时需要注意什么？

答案：在使用共享内存进行任务间通信时，需要注意以下几点：

1. 同步与互斥：由于多个任务可能同时访问共享内存，因此需要使用互斥机制（如互斥锁、信号量等）来避免数据竞争和冲突。
2. 数据一致性：确保在访问共享内存时，数据的一致性和完整性，避免脏读、脏写等问题。
3. 内存管理：合理规划和管理共享内存的使用，避免内存泄漏、越界访问等问题。

问题3：请解释套接字（Socket）在嵌入式系统中的作用，并给出其一个应用场景。

答案：套接字（Socket）在嵌入式系统中是一种重要的进程间通信机制，它不仅支持同一台机器上的任务间通信，还支持跨网络的不同机器间的进程通信。这使得嵌入式系统能够与其他系统或设备进行数据交换和控制，实现远程监控、数据采集等功能。一个典型的应用场景是嵌入式设备通过网络向服务器发送数据或接收控制指令，如智能家居系统中的智能灯泡通过网络接收用户的开关指令。

6.怎么实现任务调度

在嵌入式系统中，任务调度是实现多任务处理的关键机制，它决定了系统如何分配CPU时间给不同的任务。

实现任务调度的详细步骤

1. 确定任务： 首先，需要明确系统需要执行哪些任务。每个任务可以独立编写为一个函数，例如任务A对应函数A，任务B对应函数B。

2. 任务优先级和调度策略： 根据任务的紧急程度和重要性，为每个任务分配优先级。调度策略可以是基于时间片轮转、优先级调度或其他自定义策略。

3. 任务队列或任务表： 使用任务队列或任务表来存储任务信息，包括任务的优先级、状态、堆栈等。这些信息有助于任务调度器进行任务切换。

4. 任务调度器： 实现一个任务调度器，负责根据调度策略选择下一个要执行的任务。调度器可能涉及时间管理、中断处理等。

5. 上下文切换： 当任务切换发生时，需要保存当前任务的上下文（如寄存器值、堆栈指针等），并恢复新任务的上下文。

6. 中断处理： 在嵌入式系统中，中断处理也是任务调度的一部分。中断服务例程（ISR）应尽可能简短，避免阻塞，并将复杂操作推迟到任务上下文中执行。

面试问题及答案

问题1：请解释嵌入式系统中任务调度的基本概念和重要性。

答案： 任务调度是嵌入式系统中多任务处理的核心机制，它决定了CPU时间如何在不同任务之间分配。通过合理的任务调度，可以确保关键任务得到及时响应，提高系统的整体性能和响应速度。任务调度的重要性在于它能够优化系统资源的使用，提高系统的稳定性和可靠性。

问题2：请列举几种常见的任务调度策略，并简述其特点。

答案：

• 时间片轮转（Round-Robin）：每个任务分配固定的时间片，时间片用完后切换到下一个任务。特点是简单公平，但可能导致高优先级任务等待时间过长。
• 优先级调度（Priority-Based Scheduling）：根据任务的优先级进行调度，优先级高的任务先执行。特点是响应速度快，但可能导致低优先级任务饥饿。
• 抢占式调度（Preemptive Scheduling）：允许高优先级任务中断当前运行的低优先级任务。特点是实时性好，但增加了上下文切换的开销。

问题3：在嵌入式系统中，如何实现任务的上下文切换？