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

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？

阅读以下关于某嵌入式实时系统的软件需求的叙述，回答问题1、问题2和问题3。

某公司承担了一项嵌入式实时控制系统的软件开发任务，其内容是按系统要求的固定的时间序列采集、处理、输出数据，以实现对多个设备的综合控制。

系统由硬件和软件组成，硬件由处理机(采用PowerPC603e，主频133MHz)、存储器、定时器、中断控制器、双口存储器(空间大小1 024KB)、4路422半双工串行接口 (其中两路的频率115 200Hz，另两路频率38400Hz)、两路A/D、D/A数模转换器和10路离散量接口组成。系统的软件需求如下(注：B：字节；s：秒；ms：毫秒)：

.系统要求以5ms为周期从双口存储器中采集1 024KB的输入数据，处理任务的时间约为1ms；(称为5ms任务)

.要求以20ms为周期从两路422接口(115 200Hz)中采集一定格式的大小系统为64B的数据，在完成处理(处理时间约为4ms)任务后，分别输出大小为16B的控制命令；(称为20ms任务)

.系统要求以60ms为周期从两路422接口(38400Hz)中采集一定数据格式的大小为6B数据，从两路A/D接口采集28位数据，在完成处理(处理时间约为2ms)任务后，分别输出大小为2B的控制命令和一个28位D/A数据，输出8路离散量控制数据；(称为60ms任务)

.作为系统的安全监控保障，系统要求在每1s内对系统软硬件状态进行测试并完成系统工作的状态记录工作。该任务共需处理时间是5ms。(称为1s任务)

本公司课题组根据用户的硬件环境及对软件的需求，就软件的实施方案展开了激烈的讨论，讨论的首要问题就是本系统中软件的运行平台是采用嵌入式实时操作系统还是在裸机上直接开发，李工程师(简称李工)提出为了保证系统的实时性，应该采用在裸机上直接开发的方式，关键部分采用汇编语言编写，而王工程师(简称王工)提出，由于系统将由多种周期的处理任务组成，为了保证系统的可靠性，应该采用商用嵌入式实时操作系统作为本项目的开发基础，经过充分论证，最后李工接受了王工的建议，并申报课题组组长，课题组长同意采用了操作系统的方案，并指出必须尽快对需求的时间性能做出评估。

请用450字以内文字简要说明王工提出的采用嵌入式实时操作系统的理由或优点，并说明选择操作系统产品时需要重点考虑其哪些功能与性能？

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)。

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。

A.嵌入式微处理器接口电路设计的基本原则是匹配微处理器和外设的电气特性。

B.嵌入式微处理器接口电路设计时应遵循接口资源不冲突的原则。

C.嵌入式微处理器进行接口扩展时应尽可能通过芯片内具备的功能外设。

D.嵌入式微处理器进行接口扩展时必须考虑电磁兼容性，以保障系统的稳定性和可靠性。

A.嵌入式微处理器接口电路设计的基本原则是匹配微处理器和外设的电气特性。

B.嵌入式微处理器接口电路设计时应遵循接口资源不冲突的原则。

C.嵌入式微处理器进行接口扩展时应尽可能通过芯片内具备的功能外设。

D.嵌入式微处理器进行接口扩展时必须考虑电磁兼容性，以保障系统的稳定性和可靠性。

A.嵌入式（控制）系统的A/D接口并非必须的，只有在系统需要采样和处理模拟信号时需要。

B.嵌入式（控制）系统所使用的A/D转换器速度必须非常快，否则满足不了系统的实时性要求。

C.嵌入式（控制）系统所使用的A/D转换器的转换精度取决于其字长，应保持与控制精度相同的等级。

D.嵌入式（控制）系统所使用的A/D转换器范围一般不超过器件的供电范围，所以超出该范围的信号只能舍去。

A.嵌入式（控制）系统人机交互接口的主要作用是让使用者了解系统运行状况，并可以具有一个控制、干涉系统运行的途径。

B.嵌入式（控制）系统的输入设备常用的有PC104键盘、鼠标等。

C.嵌入式（控制）系统中，如果使用LCD屏作为人机交互的输出设备，则可以显示图形、视频和动画等丰富的富文本信息。

D.嵌入式（控制）系统中，如果使用按键作为系统的输入设备，则必须加入硬件防抖电路，否则容易造成系统工作不稳定。