嵌入式开发工程师笔试面试指南-RTOS

1 前后台程序与实时操作系统的区别是什么？

• 前后台程序：在前后台系统中，通常只有一个后台任务和一个前台任务。前台任务响应中断或事件，而后台任务则在没有事件时运行。整个系统结构简单，但对时间敏感的任务响应较差。
• 实时操作系统：在实时操作系统（RTOS）中，多个任务可以被调度，系统通过任务调度器管理任务的执行顺序。RTOS可以保证高优先级任务得到及时的处理，更适合复杂系统中的实时响应需求。

2 实时系统的基本特性有哪些？

• 确定性：系统能够在确定的时间内完成指定任务，确保任务按时完成。
• 可预测性：系统能够预测在特定条件下的行为，保证在任何情况下系统都能做出可预见的响应。
• 高可靠性：系统能够长时间运行且不出错，尤其在关键应用中，可靠性至关重要。

3 什么是不可剥夺型内核？它的特点是什么？

不可剥夺型内核：任务一旦获得CPU资源，就会持续运行直到它自愿放弃控制权（例如任务完成或主动让出）。这种内核简单且容易实现，但响应性较差，容易引发优先级反转问题。

可剥夺型内核的定义及适用场景是什么？

可剥夺型内核：任务在运行时可以被更高优先级的任务打断，从而提高系统的响应能力。适用于需要快速响应外部事件且多任务并行处理的实时系统中。

4 什么是可重入型函数？它有什么特点？

可重入型函数：指在任何时刻被多个任务并发调用时都能正确执行的函数。特点是：

不使用静态或全局变量。

不依赖于单独的资源或使用互斥机制保护共享资源。

使用可剥夺型内核时，为什么不应直接使用不可重入型函数？

在可剥夺型内核中，不同任务可能会同时调用同一个函数。如果该函数是不可重入的，会导致任务间数据共享和竞争，进而引发未定义行为或数据损坏。

5 为什么应用程序一定要使用空闲任务？

空闲任务：空闲任务是RTOS内核自带的最低优先级任务。当没有其他任务执行时，调度器会运行空闲任务。空闲任务的主要功能是进行系统维护，如回收堆内存、低功耗模式等。确保系统资源得到有效管理。

volatile关键字的作用是什么？在什么情况下需要使用？

volatile：用于告知编译器不要对该变量进行优化，每次访问都要从内存读取。通常用于访问硬件寄存器、信号量、或者被多个任务或中断处理程序修改的变量。

6 变量声明时使用volatile修饰的情况有哪些？

硬件寄存器映射的变量。

可能在中断程序中改变的变量。

多任务环境下，任务之间共享的全局变量。

7 一个参数可以同时是const和volatile吗？为什么？

可以。const表示该参数不能被程序修改，而volatile表示每次访问该变量时都要重新读取。典型应用是只读的硬件寄存器，它们的值可能会随时改变，但程序不能修改它们。

8 一个指针可以是volatile吗？请解释。

可以。volatile修饰指针时，表示指针本身所指向的地址是不可预测的。编译器不能优化指针的解引用操作，每次都需要重新读取。

*9 函数int square(volatile int ptr)能实现预期目标吗？为什么？

能实现预期目标。volatile确保在每次计算时都重新读取ptr的值，避免编译器优化掉对ptr的访问，保证函数每次都使用最新的值来计算平方。

10 临界区和临界资源的定义是什么？

临界区：指访问共享资源的代码段，必须保证一次只允许一个任务进入，以防止数据竞争。

临界资源：被多个任务共享且可能引发竞争的资源，访问它时需要保护机制（如互斥锁）。

11 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：指不可被中断的操作，能够一次性完成。原子操作保证在多任务环境中不引发竞争，从而保护临界资源。

12 如何通过关中断来保护临界资源？

自旋锁：在等待锁释放时，任务会忙等待（不断检查锁的状态），适用于短时间锁定的场景，避免任务切换带来的开销。

13 死锁的概念是什么？如何避免死锁？

死锁：指多个任务互相等待对方释放资源，从而都无法继续执行。避免死锁的措施包括：按固定顺序请求资源、使用超时机制、或者使用死锁检测机制。

14 uCOS操作系统中的任务是如何组成的？

uCOS中的任务由任务控制块（TCB）、堆栈空间、任务代码和任务状态组成。TCB保存任务的优先级、状态、堆栈指针等信息。

15 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？

空任务控制块链表：保存系统中未使用的任务控制块。任务控制块链表则保存当前正在运行的或等待运行的任务控制块。

16 uCOS的启动过程是怎样的？

uCOS启动过程包括：

1 系统初始化，创建任务控制块和堆栈。

2 创建空闲任务和其他应用任务。

3 启动任务调度器，开始调度任务。

17 任务的五种状态分别是什么？

就绪态：任务可以立即执行。

运行态：任务正在执行。

阻塞态：任务等待资源或事件。

挂起态：任务被挂起，暂时不会执行。

终止态：任务已完成或被删除。

18 FreeRTOS的调度方式是什么？

FreeRTOS采用优先级抢占调度方式，最高优先级的任务会被立即调度执行。也支持时间片轮转调度，以在同优先级任务间分配CPU时间。

19 FreeRTOS的任务栈是如何设定的？参考依据是什么？

任务栈的大小在创建任务时设定，依据任务所需的最大栈空间（包括局部变量、函数调用深度等）来设置。如果栈空间不足，可能导致栈溢出和不可预测的行为。

20 FreeRTOS中使用的IPC通信方式有哪些？

队列（Queue）：用于任务间或任务与中断间传递数据。

信号量（Semaphore）：用于同步任务或保护共享资源。

互斥锁（Mutex）：用于任务间互斥访问资源。

事件组（Event Group）：用于任务间的多条件同步。

21 操作系统采用缓冲技术的目的是什么？

缓冲技术通过暂时存储数据，减少I/O操作的频率，从而提高系统性能和资源利用率。

22 FreeRTOS移植到哪些平台，移植过程占用哪些硬件资源？

FreeRTOS可以移植到多种微控制器平台，如ARM Cortex-M、AVR、PIC等。移植过程中，主要占用的硬件资源包括：

内存：任务堆栈、任务控制块和系统堆栈。

处理器时间：用于任务调度和上下文切换。

定时器：用于时间片调度和定时操作。