八股第二期

volatile关键字的作用是什么？在什么情况下需要使用？

作用：防止编译器对变量进行优化，使用该变量需要从内存中获取而不是使用再寄存器中的备份；

使用情况：

指向设备寄存器的指针和映射的硬件寄存器通常加volatile；

一个中断服务程序中的变量

多线程应用中被几个任务共享的临界变量

一个参数可以同时是const和volatile吗？为什么？

这两个关键字修饰变量的作用不同，且不冲突，常量const关键字表示该变量的值不能被程序改变，而volatile是编译器不对其进行优化；并不冲突

一个指针可以是volatile吗？请解释。

当一个指针被修饰为volatile时，表示指针本身的值（即指针指向的内存地址）可能会被外部因素改变。

除了修饰指针本身，volatile还可以修饰指针所指向的数据，这意味着指针指向的数据可能在程序之外被改变。每次访问该数据时，都应从内存中读取最新的值。

临界区和临界资源的定义是什么？

临界区是指在多线程或多进程环境中，多个线程或进程访问共享资源的代码区域。

需要适当使用同步互斥机制来防止数据竞态，保证操作的原子性

临界资源是指在多线程或多进程环境中，所有线程或进程需要访问的共享资源。

临界资源通常包括：

• 共享数据结构：如全局变量、静态变量、共享内存等。
• 硬件资源：如设备寄存器、文件句柄、网络连接等。

需要适当使用同步互斥机制来确保线程安全；

什么是原子操作？原子性如何影响临界资源的保护？

原子操作是指一个不可分割的操作，中间没有任何其他操作能够干扰。原子操作的关键特性是：

• 不可中断：在操作执行过程中，任何其他线程或进程都不能观察到操作的中间完成状态。
• 不可分割：操作在执行时，系统会保证不被中断或分割。

典型的原子操作：简单变量的读取和写入，特殊的原子指令，原子操作库函数

原子性对临界资源保护的具体影响：

**避免竞态条件：**通过使用原子操作，可以确保对临界资源的访问是安全的，不会因为中断或其他线程的干扰导致数据不一致。

**简化同步机制：**有些操作如果是原子的，就不需要复杂的同步机制（如互斥锁、信号量）来保护。例如，简单的计数器递增操作如果是原子的，就不需要使用互斥锁。

**提高性能：**使用原子操作可以减少上下文切换和锁竞争，提高系统的整体性能和响应速度。

如何通过关中断来保护临界资源？

在进入临界区之前，禁用所有中断。这确保了在临界区内的代码不会被中断打断；执行对共享资源的操作，因为中断被禁用，所以不会有其他中断或任务干扰；在离开临界区之后，重新启用中断，以允许正常的中断处理。

如果是在嵌套中断中，需要保存当前中断状态，结束后再恢复之前的中断状态

什么是空任务控制块链表？它与任务控制块链表有什么区别？

任务控制块（TCB）链表是用于管理系统中所有任务的链表。每个任务都有一个任务控制块（TCB），它包含有关任务的各种信息；

空任务控制块链表是一个特殊的链表，用于管理系统中空闲或待分配的任务控制块。

区别：

• 任务控制块链表：用于管理和调度系统中的所有任务，包含任务的状态、优先级等信息。
• 空任务控制块链表：用于管理空闲的（未使用的）TCB，优化TCB的分配和释放。
• 任务控制块链表：每个 TCB 包含任务的所有信息，如任务状态、栈指针等。
• 空任务控制块链表：每个空 TCB 仅包含一个链表指针，用于组织空闲 TCB。
• 任务控制块链表：用于任务调度、切换和管理，涉及任务的创建、销毁、优先级调整等操作。
• 空任务控制块链表：用于高效管理未使用的 TCB，涉及 TCB 的分配和回收。

FreeRTOS的任务栈是如何设定的？参考依据是什么？

在创建任务时，必须指定任务的栈大小。栈大小通常以字（words）为单位

在调用 xTaskCreate 或 xTaskCreateStatic 函数时，需要传入栈大小参数。

以Cortex-M4内核为例，在未使用FPU（浮点运算单元），将16个通用寄存器全部入栈，每个寄存器占用4个字节，一共是64字节，然后根据中断嵌套的次数乘以对应的值；

如果是使用FPU，需要额外将34个浮点寄存器入栈，应该是200字节，然后再根据中断嵌套层数来计算。

FreeRTOS移植到哪些平台，移植过程占用哪些硬件资源？

可以移植到多种平台，单片机、嵌入式处理器、微处理器等等

移植过程：

• 选择对应目标处理器架构的FreeRTOS版本。
• 安装相应的工具链。
• 对FreeRTOS进行配置。
• 实现FreeRTOS底层函数。
• 搭建FreeRTOS应用程序,实现任务调度。

移植过程：

内存管理：需要为FreeRTOS分配一定的内存空间。

任务管理：需要配置任务的堆栈大小、优先级等。

时钟和定时器：需要配置FreeRTOS使用哪个时钟源和定时器。

信号量和队列：需要配置信号量和队列的大小和类型。

调度器配置：需要选择FreeRTOS的调度器类型和优化设置。

关键字static的作用是什么？

static是被声明为静态类型的变量，存储在静态区中，其生命周期为整个程序；如果是静态局部变量，其作用域为一对{}内；如果是静态全局变量，其作用域为当前文件静态变量；static修饰的全局变量，只能在本文件被调用；修饰的函数也只能在本文件调用

为什么 static变量只初始化一次？

对于所有的对象（不仅仅是静态对象），初始化都只有一次，而由于静态变量具有“记忆”功能，初始化后，一直都没有被销毁，都会保存在内存区域中，所以不会再次初始化存放在静态区的变量。

const和宏定义的区别？

执行的过程不一样：

宏-预编译 const编译

宏不会检查代码错误，只是替换，但是const会编译报错。

宏的好处：定义代码或字符串、方法、参数 const不能。 坏处：使用大量宏，容易造成编译时间久，每次都需要重新替换

const的用法：

1. int *const p ； p为只读，*p为变量。
2. const int *p ； *p为只读，p为变量。
3. int const * const p ；*p、p都为只读。
4. const int * const p ；*p、p都为只读。

引用和指针有什么区别？

指针和引用都是地址的概念，指针指向一块内存，它的内容是所指内存的地址；引用是某块内存的别名。

程序为指针变量分配内存区域，而不为引用分配内存区域

指针使用时要在前加 * ，引用可以直接使用

引用在定义时就被初始化，之后无法改变；指针可以发生改变。 即引用的对象不能改变，指针的对象可以改变

理论上指针的级数没有限制，但引用只有一级

++引用与++指针的效果不一样。

例如就++操作而言，对引用的操作直接反应到所指向的对象，而不是改变指向；而对指针的操作，会使指针指向下一个对象，而不是改变所指对象的内容

h头文件中的ifndef/define/endif 的作用

#define是C语言中定义的语法，它是预处理指令，在预处理时进行简单而机械的字符串替换

** #ifndef _ #define _是条件编译**：

一般放在头文件里面，作用就是以防你在.c文件里面不小心重复包含头文件的时候不会报错

底层：通过判断这个字符串是否被定义过，从而决定是否跳过某些语句来达到，条件编译，防止报错的效果的

全局变量和局部变量的区别？

全局变量定义在函数外，局部变量定义在函数内，两这作用域不同，生命周期也不同；

全局变量存储在全局区，局部变量存储在栈区；

C语言内存分区：

地址由低到高分别是栈区、堆区、全局区、常量区和代码区：

代码区：存放程序的代码，即CPU执行的机器指令，并且是只读的；常量区：存放常量；

静态区（全局区）：静态变量和全局变量的存储区域是一起的，一旦静态区的内存被分配, 静态区的内存直到程序全部结束之后才会被释放；

堆区：由程序员调用malloc()函数来主动申请的，需使用free()函数来释放内存，若申请了堆区内存，之后忘记释放内存，很容易造成内存泄漏

栈区：存放函数内的局部变量，形参和函数返回值。栈区之中的数据的作用范围过了之后，系统就会回收自动管理栈区的内存(分配内存 , 回收内存),不需要开发人员来手动管理

为什么要进行内存对齐？

在C++中规定了空结构体和空类的内存所占小为1字节，因为c++中规定，任何不同的对象不能拥有相同的内存地址。

而在C语言中，空的结构体在内存中所占大小为0。(gcc中测试为0，其他编译器不一定)

1.平台原因(移植原因)：不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。

2.性能原因：数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。

ELF文件的作用？

更新完程序后，根据DBC生成的A2L文件的信号地址会发生改动，这需要从ELF文件里获取新版软件的地址来更新A2l中信号的地址。

A2L 文件包括：设备参数信息、接口数据信息和Mcu参数信息。

优先级反转？

优先级反转，是指在使用信号量时，当高优先级任务正等待信号量，一个介于两个任务优先之间的中等优先级任务开始执行，它导致一个高优先级任务在等待一个低优先级任务，而低优先级任务却无法执行的情况。

解决方法：优先级继承：让低优先级线程在获得同步资源的时候，临时提升其优先级，释放同步资源后再恢复其原来的优先级。

DMA介绍

DMA直接存储器存取/访问

可以提供外设和存储器之间，或存储器和存储器之间直接的高速数据传输，原理上DMA执行存储器到存储器的数据转运，就是把一个地址的数据取出，送到另一个地址去，而DMA的存在使得这个传输过程无需CPU干预，节省了CPU资源。

编写一个SPI设备驱动程序有哪些步骤

编写设备树

在makefile中添加对应的驱动文件配置和驱动文件，构造DTS节点

编写、并向内核注册spi_driver

虚函数和纯虚函数的区别

虚函数 (Virtual Function): 虚函数在基类中声明，并可以在派生类中被重写（或称为覆盖）。虚函数在基类中具有默认的实现，但该实现可以在派生类中被覆盖。

纯虚函数 (Pure Virtual Function): 纯虚函数在基类中声明，但没有在基类中实现。它必须在派生类中被重写和实现。

C struct、C++ struct的区别

C语言中：

Struct是用户自定义数据类型

C++语言中：

Struct是抽象数据类型，支持成员函数的定义。

其次是C++的struct可以定义访问权限。

C++ struct和class的区别

struct中的成员默认是public的，class中的默认是private的。

然后其实在c++中如果没有多态和虚函数继承，struct和class的存取效率完全相同，如果不需要兼容c，c++代码中尽量使用class。

TCP的三次握手和四次挥手

第一次握手：客户端先向服务器发送连接请求报文

第二次握手：服务器收到请求报文后，同意连接会发出确认报文

第三次握手：客户端收到确认报文后，需要像服务给出确认，此时TCO连接成功

第一次挥手：客户端发出连接释放报文，并且停止发送数据

第二次挥手：服务器端接收到连接释放报文后，发出确认报文

第三次挥手：客户端接收到服务器端的确认请求后，等待服务器发送连接释放报文，服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文。

第四次挥手：客户端收到服务器的连接释放报文后，发出确认，当客户端撤销对应的TCB后,TCP连接彻底断开；

RS232和RS485

232：

对输出：输出“1”时的电平应在-5～-15 V之间，输出“0”时的电平应在+5～+15 V之间对输入：输入电平在-3～-15 V之间被认为“1”，在+3～+15 V之间被认为“0”当线路上不传送数据（空闲）时，发送器输出为“1”

485：

对输出：逻辑"1"以两线间的电压差为+（2 至6）V 表示；逻辑"0"以两线间的电压差为-（2 至6）V 表示。对输入：A比B高200mV以上即认为是逻辑"1",A 比B 低200mV 以上即认为是逻辑"0"。485相对于232而言：最高传输速率高（但传输速率越高传输距离越短）；采用差分法来传输信号，对共模干扰具有更强的抗干扰力；RS485允许连接128个收发器，具有多机通讯能力。

485相对于232而言：最高传输速率高（但传输速率越高传输距离越短）；采用差分法来传输信号，对共模干扰具有更强的抗干扰力；RS485允许连接128个收发器，具有多机通讯能力。

FreeRTOS的中断管理：

中断的作用：

FreeRTOS 提供了一些用于在中断处理中使用的函数，以确保在中断上下文中正确使用实时操作系统。

ARM Cortex-M的中断处理机制

1.中断向量表（Interrupt Vector Table，IVT）

中断向量表是一个包含中断处理程序地址的表格，每个中断对应表中的一个入口

中断号通过硬件自动映射到中断向量表的相应位置

2.中断处理过程：

当一个中断发生时，处理器会根据中断号查找 IVT 中相应位置的中断处理程序的地址；

处理器保存当前上下文，包括寄存器值和状态寄存器等，将控制权转移到中断服务例程；

中断服务例程执行完毕后，处理器会恢复之前保存的上下文，并返回到中断发生前的状态；

3.NVIC

• Cortex-M 处理器通过 NVIC 管理中断优先级。
• 可以设置每个中断的优先级，并通过 NVIC 控制中断的使能和屏蔽。

Bootloader

分为boot和loader

boot：

为了跳到C语言中；为了C语言运行程序会进行一系列的初始化；

loader：

开始执行应用逻辑,加载系统内核；

BootLoader就是单片机启动时候运行的一段小程序，这段程序负责单片机固件的更新，可以实现单片机选择性的自己下程序。可以更新，也可以不更新，更新的话，BootLoader更新完程序后，跳转到新程序运行；不更新的话，BootLoader直接跳转到原来的程序去运行

BootLoader更新完程序后并不擦除自己，下次启动后依然先运行BootLoader程序，又可以选择性的更新或者不更新程序，所以BootLoader就是用来管理单片机程序的更新

在实际的单片机工程项目中，如果加入了BootLoader功能，就可以给单片机日后升级程序留出一个接口，方便日后单片机程序更新，需要两个工程一个是app工程一个是bootloader工程

BootLoader工程生成的.hex通常下载到ROM或Flash中的首地址，这样可以保证上电后先运行BootLoader程序