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

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。

阅读以下有关嵌入式系统设计的说明，在答题纸上回答问题1至问题3。

【说明】

某公司承接了某机载嵌入式系统的研制任务。该机载嵌入式系统由数据处理模块、大容量模块、信号处理模块、数据交换模块和电源模块等组成。数据处理模块有2个，分别完成数据融合和导航通讯任务；大容量模块主要功能是存储系统数据，同时要记录信号处理模块、数据处理模块的自检测、维护数据，向数据处理模块提供地图数据；信号处理模块的处理器为专用的DSP，接收红外、雷达等前端传感器数据并进行处理，将处理后的有效数据（数据带宽较大）发送给数据处理模块；数据交换模块主要负责系统的数据交换；电源模块主要负责给其它模块供电，电源模块上没有软件。

要求该机载嵌入式系统符合综合化、模块化的设计思想，并考虑系统在生命周期中的可靠性和安全性，以及硬件的可扩展性和软件可升级性，还要求系统通讯延迟小，支持多模块上的应用任务同步。

【问题1】

在设计系统架构时，李工提出了如图3-1所示的系统架构，即模块间的网络通信采用光纤通信(Fiber Channel，FC)技术，而王工认为应采用VME总线架构，如图3-2所示。王工的理由是公司多年来基于VME总线技术设计了多个产品，技术成熟，且费用较小。但公司经过评审后，决定采用李工的方案。

请用500字以内的文字，说明VME和FC各自的特点，并针对机载嵌入式系统的要求，指出公司采用李工方案的理由。

【问题2】

公司依据ARINC653标准，设计了满足ARINC653标准的操作系统，该操作系统对系统中可能发生的模块级、分区级和进程级的错误进行处理，实现了如图3-3所示的系统健康监控机制，请分别将备选答案中的各种错误和健康监控部件填入图3-3中的(1)～ (5)。

备选答案：分区健康监控、分区初始化阶段出现的分区配置错误、分区切换时出现的错误、应用进程错误、进程健康监控。

注：ARINC653标准(Avionics Application Software Standard Interface)是美国航空电子工程协会AEEC于1997年为航空民用飞机的模块化综合航空电子系统定义的应用程序接口标准，该标准提出了分区(Partition)的概念以及健康监控(health monitoring)机制。分区是应用的一种功能划分，也是操作系统调度的基本单位，严格按预先分配的时间片调度。分区间具有时空隔离特点。分区内的每一执行单元称为进程。

【问题3】

为了实现满足ARINC653标准的操作系统的时空分区隔离机制，项目组选择了PowerPC作为数据处理模块的处理器(CPU)。这样，当一个分区出现故障时，不会蔓延到模块中同一处理器的其它分区。请用500字以内的文字，说明如何采用PowerPC实现应用与内核以及诸应用之间的隔离和保护。

阅读以下关于嵌入式系统软件设计方面的叙述，回答问题1至问题3。

某公司承担了一项嵌入式系统软件开发项目。该项目主要用于车载电子系统中监视发动机及燃油系统等系统工作状况，并通过综合仪表显示给驾驶员。经过多次与用户沟通，形成以下技术要求：

(1)本项目的硬件平台由主处理机模块和多种接口模块组成，底板采用标准VME总线(硬件结构图如图3-1所示)，具体硬件模块配置如下。

①主处理机模块(CPM)采用PowerPC755，主频266MHz，配有SDRAM存储器和FLASH存储器；提供一个定时/计数器；支持16级中断和二级cache。

②输入输出模块(IOC)支持16路RS422接口信号，传输速率不低于115.2kbps，IOC模块与CPM模块的数据交换采用64KByte双端口存储器。

③离散量接口模块(DAM)支持64路开关型离散量输入输出接口；2路频率量输入；12位A/D转换器和12位：D/A转换器。

④图形处理模块(GPM)用于显示图形，支持OpenGL标准接口软件。

⑤MBI模块主要提供1553B外总线接口，PSM为电源支持模块。

(2)本项目软件主要工作在CPM模块中，完成对外部设备的数据采集、分析和相应的控制，将监视结果以图形方式显示给驾驶员。该系统的软件主要包括外部接口驱动软件、VME数据传输软件、处理软件、图形显示和外总线(1553B)数据交换软件。要求数据的采集必须确保每帧数据无丢失，并在本帧内完成数据的处理工作，本帧信息显示给驾驶员的时刻最晚不能超过下帧。详细的技术要求如下。

①16路RS422接口主要完成对汽车燃油系统、动力系统和驾驶员命令的数据采集与控制。RS422数据传输格式将以32Byte为基本数据块，分别以20ms、40ms、60ms和1s四个不同周期交换数据。

②64路离散量数据主要监控发动机工作状态，要求每10ms采集一次，并在下一个10ms周期内将发动机状况显示到驾驶员座舱。

③多路模拟量数据主要采集发动机转速、油量及汽车的其他数据，为驾驶员监控汽车状态提供必要的量化数据。模拟量数据的刷新频率为1s。

④外总线(1553B)主要完成该系统与汽车其他电子系统的数据交换。

公司将本项目交给项目主管李工实施，要求李工按技术要求完成本项目的软件设计工作，公司根据合同关于“数据的采集必须确保每帧数据无丢失，并在本帧内完成数据的处理工作，本帧信息显示给驾驶员的时刻最晚不能超过下帧”的要求，提醒李工设计中重点考虑整个系统的实时性问题。李工完成设计后，提交公司评审，会上就李工设计中存在的缺陷展开了激烈讨论，最终达成一致。

李工在设计IOC模块软件时指出：为了使CPM模块能够及时处理RS422数据，在IOC与CPM间的双端口存储器中为每个422通道设计一级缓冲，当某通道接收一个字节时，就将数据放入缓冲，由CPM接收(其结构如图3-2所示)。这样的好处在于每当有数据输入时，CPM模块可立即读取，而增大双口缓冲的目的是在CPM来不及处理时可防止数据的丢失。同时，IOC中的程序相对简单、实时性好、可以不考虑422通道的数据传输周期，只要按查询方式对16路422输入进行查询读取即可。

会上，王工提出了强烈的反对意见，认为这种设计方法绝对不可取，这种方法只考虑了软件的简单与便利，而没有针对软件特点考虑问题，在设计中对实时性、负载平衡分配及实现算法上均存在缺陷，必须改进。

(1)你认为李工的设计在实时性、负载平衡分配和实现算法上存在怎样的缺陷？详细说明理由。

(2)请给出IOC模块和CPM模块之间双口存储器数据交换方法。

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要决定采用嵌入式工控微机进行实时多任务安全监测。该系统有32路模拟量输入、96路开关量、16路脉冲量输入和水位落差量输入，产生显示信息、报警信号、监测报表和水位传感器控制信号等输出。该水电站安全监测系统具有以下几个特点：

(1)对各种模拟量、开关量、脉冲量、水位落差量等数据量的监测，事实上只是周期性地重复执行相应的各个任务模块。

(2)监视的对象比较固定，系统硬件的规模相对固定不变。

(3)尽可能允许把所有软件都固化在EPROM中。

(4)人机交互作用的内容固定，即由操作人员通过键盘去调用此系统中所存入的相应应用程序，不会去修改应用程序。

基于以上安全监测系统的特点，该水电站技术研发部门准备选用现有的工业控制机系统及现成的各种模板等硬件，由本部门的开发人员自行开发软件。所开发的软件主要包括：

(1)应用程序，即按各类输入/输出量的采集、处理、显示、报警和制表等功能分别作为若干任务块，由这些任务组成应用程序。

(2)多任务嵌入式实时操作系统，用来协调各任务的资源分配与管理，管理任务之间的联系与多任务操作。

根据以上安全监测系统的特点，技术研发人员郭工程师提出了一个自行编制简化“多任务嵌入式实时操作系统”的方案，以适应于协调管理硬件资源和监测对象的实际需求，其中只保留了标准的多任务实时操作系统的核心功能，例如CPU管理、中断管理和外设管理等。请在200字以内简要说明郭工程师提出的简化的“多任务嵌入式实时操作系统”可能具有哪些优点。

试题一（共25分）

阅读以下关于数字视频监控告警系统的叙述，回答问题1至问题3。

随着宽带应用快速发展，用户要求系统服务提供商提供基于互联网的多种服务。数字视频监控作为一种区域级的安全监控方式，越来越为更多的用户所使用。数字视频监控告警系统采用与数字视频监控相结合的多媒体技术和基于互联网的信息传递方案，为企业用户以及个人用户提供多种媒体的、不同时间、地点的信息通知服务。数字视频监控告警系统可以将用户需要查看的监控视频或告警信息，通过互联网门户系统以多种媒体方式传送给用户，方便用户随时随地了解与自身相关的视频信息。

【问题1】（10分）

在设计数字视频监控告警系统时，张工将该系统划分为5个层次：服务代理层、门户服务层、流程服务总线层、业务流程应用管理层和企业服务层，其中流程服务总线层是整个数字视频监控告警系统的核心，实现了服务消息、服务指令与数据的集中传递。系统五个层次在实现时可以采用图1-1左侧所示的技术或工具，请将系统的5个层次填入空(1)～(5)，使其与左侧技术或工具相对应。

【问题2】（8分）

请用300字以内文字说明服务代理层、门户服务层、业务流程应用管理层和企业服务层的主要功能。

【问题3】（7分）

张工认为，系统设计实现时需要重点关注系统的私密性、实时性、稳定性和扩展性，为什么？请用300字以内文字说明

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

A.系统主机由AB二组完全独立的控制单元组成

B.两组控制单元内部各模块之间采用CAN总线连接

C.热备机经CAN总线和同步通信接口实时接收工作机数据

D.热备机与工作机同时进行记录且热备机记录数据来源于工作机

A.C-BUS

B.ProfiBus

C.BACnet

D.CAN

A.其硬件的核心大多是4位/8位单片机

B.由监控程序对系统进行控制，一般不需要使用操作系统

C.系统功能很容易现场升级

D.计算器、遥控器、空调机、微波炉等产品中使用的大多是低端嵌入式系统