阅读以下关于嵌入式系统技术的说明，根据要求回答问题1至问题3。 [说明] 某水电站根据安全监控的需

阅读以下关于嵌入式操作系统软件编码优化的技术说明，根据要求回答问题1至问题5。

【说明】

由于嵌入式系统对实时性的要求较高，因此一般要求对代码的性能进行优化，使代码的执行速度越快越好。图6-22给出了两个算术运算的程序段(a)、(b)。

在嵌入式系统设计过程中，给定一份软件设计规格说明书后，下一步的工作就是编写代码。通常编码工作包含哪些步骤？

阅读以下关于嵌入式系统A/D接口技术的说明，根据要求回答问题1至问题6。

[说明]

12位逐次逼近式A/D转换芯片AD574A内置双极性电路的启动转换和读取数据命令均由控制总线提供，具有自动校零和自动极性转换功能，非线性误差小于±1/2LBS，转换时间为25μs。AD574A芯片的内部框图及各引脚的功能图如图6-6所示。图6-7所示为 AD574A单极性输人电路原理图。

表6-2 为 AD574A工作时控制端标志意义表。

图6-7电路原理图中有哪几种模拟电压输入？

阅读以下关于住宅安全系统的技术说明，根据要求回答问题1～问题4。

[说明]

基于某嵌入式系统的住宅安全系统可使用传感器(如红外探头、摄像头等)来检测各种意外情况，如非法进入、火警和水灾等。

房主可以在安装该系统时配置安全监控设备(如传感器、显示器、报警器等)，也可以在系统运行时修改配置，通过录像机和电视机监控与系统连接的所有传感器，并通过控制面板上的键盘与系统进行信息交互。在安装过程中，系统给每个传感器赋予一个ID编号和类型，并设置房主密码以启动和关闭系统，设置传感器事件发生时应自动拨出的电话号码。当系统检测到一个传感器事件时，就激活警报，拨出预置的电话号码，并报告关于位置和检测到的事件的性质等信息。

住宅安全系统的顶层数据流图如图6-13所示，图 6-14是住宅安全系统的第0层数据流图，图6-15是对住宅安全系统的第0层数据流图中加工4的细化图。

需求分析是一个包括创建和维持系统需求文档所必需的一切活动的过程。一个通用的需求分析过程模型如图6-16所示，请从以下供选择的答案中选择合适的内容填写到图6-16中相应的位置中。

[供选择的答案] A．用户需求和功能需求 B．需求描述 C．需求导出和分析 D．需求有效性验证

阅读以下关于嵌入式系统I2C总线接口电路的技术说明，根据要求回答问题。

【说明】

I2C总线是一种多主控器总线，对多个IC器件具有控制总线的能力。采用串行I2C总线技术设计接口电路，可节约嵌入式系统微处理器的I/O端口。图6-17给出了一种实现了键盘、时钟和实时参数存储三个功能模块的应用电路。图6-17中仅应用I2C总线构成单主控器的系统。此时时钟线SCL仅由微处理器驱动，因此可以用微处理器的一根I/O线作为SCL信号线，将其设置为输出方式，由软件控制产生串行时钟信号；用微处理器的另一根I/O线作为I2C总线的串行数据线，由软件控制在时钟的低电平期间读取或输出数据。

在图6-17中采用ATMEL公司的E2PROM AT24C64(IC8)实现了系统初始化数据、仪表系数、用户设置的参数或某些重要的实时数据参数的存储。DS1302时钟芯片可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达2.5～5.5 V。8位并行I/O口扩展器件PCF8574具有口输出锁存功能，可直接驱动大电流LED管，同时还带有一个中断请求输出端INT(漏极开路方式)。在图6-17中，将PCF8574器件的8位准双向口外挂了一个4×4键盘矩阵。

电阻R36、R37在图6-17电路中有何作用。请在100字以内简要说明。

读以下关于嵌入式实时系统设计的描述，回答问题1至问题3。 【说明】 嵌入式系统是当前航空、航天、船舶及工业、医疗等领域的核心技术，嵌入式系统可包括实时系统与非实时系统两种。某宇航公司长期从事航空航天飞行器电子设备的研制工作，随着业务的扩大，需要大量大学毕业生补充到科研生产部门。按照公司规定，大学毕业生必须进行相关基础知识培训，为此，公司经理安排王工对他们进行了长达一个月的培训。 【问题1】（）处的空白。

阅读以下关于网络应用系统可靠性分析方面的技术说明，根据要求回答问题1至问题4。

【说明】

可靠性是一个网络应用系统能正常工作的能力，一般用平均故障间隔时间(MTBF)来度量。某网络应用软件研发公司正在开发一个嵌入式实时应用软件——宽带路由器的NanOs程序，在编写软件维护与测试说明书时，涉及到如何定量地描述软件可靠性的问题。

该项目负责人谢工程师认为软件可靠性指的是在将要使用的指定环境下，软件能以用户可接受的方式正确运行任务所表现出来的能力。从定量角度看，似乎应当是该软件在约定的环境条件下和在给定的时间区间内，按照软件规格说明的要求，成功地运行程序所规定功能的概率。但是，他感到要具体地做定量描述有些困难。

为此，谢工程师查阅到了本部门某个软件需求规格说明书中有关的一条说明，即错误(BUG)可采用蒙特卡罗(Monte Carlo)随机植入技术进行测试。采用错误随机植入模型估算出被测程序模块中存在的错误数具有以下几个优点：

(1)工作方式相当直观，能在一定程度上反映出软件的质量。

(2)虽然在技术上不完善，但至少产生了与软件质量相关的定量结果。

(3)在最坏的情况下，起码可用来衡量“测试工作的有效性”，在某种程度上作为测试是否能结束的一项标志。

谢工程师首先想到了曾经学到过采用蒙特卡罗随机统计技术确定不规则形状封闭图形面积的方法，即采用一个大的矩形把待测的封闭图形完全包围在该大矩形的内部，由计算机大量生成在此矩形内均匀分布的“点”，然后计数在大矩形内总的“点”的个数和在封闭图形内的“点”的个数，可近似地得到以下计算表达式：

于是谢工程师把这个思想应用于系统测试过程，先在某个长度(机器指令条数)为105的程序模块中随机地人为植入10个错误，然后由一个测试组进行测试，结果一共发现有160个错误，其中有2个是人为播种植入的错误，以上测试结果基于该测试过程中未引入新的错误。

请用蒙特卡罗错误随机植入模型估算出被测程序模块中将会遗留下多少个未被发现的隐藏错误。请简要列出计算式子及计算过程。

阅读以下关于嵌入式软件体系架构的叙述。

3. 某公司承担了一项宇航嵌入式设备的研制任务。本项目除对硬件设备环境有很高的要求外，还要求支持以下功能：

(1) 设备由多个处理机模块组成，需要时外场可快速更换(即LRM结构)；

(2) 应用软件应与硬件无关，便于软硬件的升级；

(3) 由于宇航嵌入式设备中要支持不同功能，系统应支持完成不同功能任务间的数据隔离；

(4) 宇航设备可靠性要求高，系统要有故障处理能力。

公司在接到此项任务后，进行了反复论证，提出三层栈(TLS)软件总体架构，如下图所示，并将软件设计工作交给了李工，要求他在三周内完成软件总体设计工作，给出总体设计方案。

[问题1]

用150字以内的文字，说明公司制定的TLS软件架构的层次特点，并针对上述功能需求(1)～(4)，说明架构中各层内涵。

[问题2]

在TLS软件架构的基础上，关于选择哪种类型的嵌入式操作系统问题，李工与总工程师发生了严重分歧。李工认为，宇航系统是实时系统，操作系统的处理时间越快越好，隔离意味着以时间作代价，没有必要，建议选择类似于VxWorks5.5的操作系统；总工程师认为，应用软件间隔离是宇航系统安全性要求，宇航系统在选择操作系统时必须考虑这一点，建议选择类似于Linux的操作系统。

请说明两种操作系统的主要差异，完成下表中的空白部分，并针对本任务要求，用200字以内的文字说明你选择操作系统的类型和理由。

两种操作系统的主要差异

[问题3]

故障处理是宇航系统软件设计中极为重要的组成部分。故障处理主要包括故障监视、故障定位、故障隔离和系统容错(重组)。用150字以内的文字说明嵌入式系统中故障主要分哪几类？并分别给出两种常用的故障滤波算法和容错算法。

阅读以下关于嵌入式软件测试的叙述，回答问题1至问题3，将解答填入对应栏内。

【说明】

某嵌入式软件主要用于控制飞机起落架。飞机起落架的可靠性直接关系着机载人员的人身安全。根据载机设备对软件可靠性要求，一般将软件分为3级：关键级软件，主要级软件和一般软件。由于该嵌入式软件被定义为关键软件，要求按关键级软件进行测试。

请根据测试要求，简要说明语句覆盖、判定覆盖、条件覆盖、判定/条件覆盖、条件组合覆盖的含义。

阅读以下关于CAN现场总线嵌入式监控系统的技术说明，根据要求回答问题1至问题5。

[说明]

某自动化仪表企业正在研究使用现场总线网络构成自动监测系统的可行性，打算采用 CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线作为底层网络构件系统。该企业试验用的数据采集与监测系统的网络结构如图6-10所示。

在图6-10网络结构中，系统主控机可有一台或多台，相当于上位机，负责系统的总体管理，可以向网络节点发送命令，接受节点数据，进行存储、分析、统计、显示与打印等工作。在系统主控机内装有PCCAN网卡(CAN总线通信接口适配卡)。系统主控机中具有以下几种软件模块：

(1)初始化模块。该模块用来设置CAN网络通信速率、输出控制方式、报文标识符屏蔽格式等参数，设定各节点工作空间的位置与规模，初始化节点缓冲区域的缓冲文件等。

(2)采集节点信息与数据模块。该模块可以采用指定节点发送、由节点主动发送和自动轮询采集等多种方式，并可以统计与分析数据采集的进度与状态。

(3)向节点发送参数、命令或程序模块。

(4)数据统计分析模块。

(5)系统管理模块。

图6-10所示的网络结构中有12个网络节点，每一节点都通过传感器采集现场的有关数据。在每一节点电路中都配置了MCP2510 CAN控制器和TJA1050总线收发器，其接口电路如图6-11所示。系统主控机与网络节点采用双绞线连接，实验时最大节点间的距离为35 m。

CAN总线能够使用光纤和(1)等多种传输媒体。总线信号以差分电压传送，两条信号线分别为CAN_H和CAN_L。静态时这两条信号线均为2.5 V，此状态表示(2)，也可以称之为“隐性”。CAN_H比CAN_L高，表示逻辑“0”(或称为“显性”)，此时，通常电压值为CAN_H=3.5 V，CAN_L＝1.5 V。当“显性”位和“隐性”位同时发送时，最后总线数据将为(3)。

试题三（共25分）

阅读以下关于嵌入式系统能耗管理设计的描述,在答题纸上回答问題1至问题3。

随着嵌入式系统智能化技术的持续发展，系统的能耗问题已成为亟待解决的难题。某宇航公司研发的一款手持式野外辅助装备，需要较长的巡航时间，由于设计时对功耗问题考虑不周，使得产品出现了批次责任事故。公司领导决定抽调王工等5人组建专门的攻关小组，要求在三个月内完成故障归零。王工接到任务后，经反复论证 与实验，给公司提交了一份基于软件动态节能的改进方案，得到了领导及专家的好评。

【问题1】（7分） 在嵌入式系统中节能技术一般分为静态节能和动态节能两种，请用300字以内文 字分别说明什么是静态节能技术和动态节能技术，并列举三种动态节能技术。 【问题2】（6分） 王工的方案得到认可后，他带领团队研究了调度方式和系统能耗之间的关系，请用150字以内的文字说明为了节约系统能耗而釆用的设备调度策略的核心思路，并说明设备调度策略与任务实时性的关系。 【问题3】（12分） 根据上述设备有效调度时刻的策略，分析以下实例，并将答案写在答题纸上。 手持式野外辅助装备由三个实时任务和三个独立设备组成（分别表示为：t1、t2 和t3；s1、s2和S3），表3-1给出了手持式设备实时任务的时间参数表，这些任务使用独立的设备并且所有设备的特征一致，各设备待机超时可直接进入睡眠状态，处于睡眠状态的设备要经过转换状态后才能进入运行状态。假设初始状态（t=0）设备处于工作状态，且所有设备的工作状态功率为60mw/ms，转换功率为30mw/ms，睡眠功率 为10mv/ms。同时假设设备被唤醒的转换时间为10ms。设备待机后被关闭的超时值为10ms。 图3-1给出了未考虑节能需求时任务调度算法，在釆用了设备有效时刻调度策略之后，三个设备100ms周期内将按一定顺序被依次关闭和唤醒。图3-2给出了采用设备有效时刻调度策略后s1的功率随时间的变化规律。请计算此时三个设备在100ms 周期内的功耗，并计算100ms周期内，每个设备的节能比。 节能比 = （未节能情况下的系统能耗 - 节能后系统能耗）÷ 未节能情况下的系统能耗