嵌入式软件面试题常见问题有哪些？

一、编程语言相关

• C/C++基础
  • 在嵌入式开发中，C和C++是常用的编程语言，面试题常常涉及到这两种语言的基础语法。例如，指针和数组的区别是一个常见问题。指针是一个变量，其值为另一个变量的地址，而数组是一块连续的内存空间，数组名可以视为指向数组首元素的指针。但它们在使用方式和特性上有诸多不同，如指针可以重新赋值指向不同的内存地址，而数组名在其生命周期内指向固定的内存块。
  • 函数指针也是一个重要的概念。函数指针可以指向函数的入口地址，这在嵌入式系统中对于实现回调函数机制非常有用。例如，在编写设备驱动程序时，可能需要将一个函数指针传递给底层的硬件抽象层，以便在特定事件发生时调用上层的处理函数。
  • 内存管理相关的问题也很常见，像malloc、free（C语言）和new、delete（C++语言）的区别与联系。malloc和free是C语言中的标准库函数，用于动态分配和释放内存；new和delete是C++中的运算符，除了分配和释放内存外，还会调用对象的构造函数和析构函数。例如，在创建一个包含对象成员的动态数据结构时，使用new和delete可以确保对象的正确初始化和清理，而malloc和free则无法做到这一点。
• 数据结构与算法
  • 嵌入式软件面试中，基本的数据结构如队列、栈、链表（单向链表、双向链表）的原理及操作是常见考点。例如，栈遵循后进先出（LIFO）原则，实现入栈和出栈操作需要正确地管理栈顶指针；队列遵循先进先出（FIFO）原则，入队和出队操作涉及队首和队尾指针的更新。链表的操作包括节点的插入、删除和遍历，需要理解如何操作指针来维护链表的结构完整性。
  • 排序算法如冒泡排序、快速排序等也可能被问到。冒泡排序是一种简单的排序算法，通过相邻元素的比较和交换来逐步将最大（或最小）的元素“冒泡”到数组的一端；快速排序则是一种分治算法，选择一个基准元素，将数组分为小于和大于基准的两部分，然后递归地对这两部分进行排序。面试官可能会要求手写这些算法的代码，以考察应试者的编程能力和对算法的理解程度。

二、嵌入式系统知识

• 硬件与软件交互
  • 如何实现嵌入式软件与硬件的交互是一个关键问题。这涉及到对硬件寄存器的读写操作。例如，在控制一个外部设备（如LED灯）时，需要通过软件向对应的硬件寄存器写入特定的值来设置LED的状态（亮或灭）。应试者需要了解如何正确地映射硬件寄存器到软件可访问的内存地址，以及如何进行位操作来设置或清除寄存器中的特定位。
  • 中断处理机制也是重要考点。中断是嵌入式系统中一种异步事件处理机制，当某个硬件事件（如外部中断引脚的电平变化）发生时，会触发中断，CPU暂停当前任务，转而去执行相应的中断处理程序。面试题可能会涉及到中断向量表的概念，中断向量表是一个存储中断处理程序入口地址的表，CPU根据中断源的编号在中断向量表中查找对应的处理程序入口地址。
• 微控制器/微处理器选择
  • 在嵌入式系统开发中，选择合适的微控制器（MCU）或微处理器（MPU）至关重要。面试时可能会问到如何根据项目需求选择合适的芯片。这需要考虑多个因素，如处理能力（例如，对于需要处理大量数据或复杂算法的项目，需要选择具有较高时钟频率和强大运算能力的芯片）、外设接口（如果项目需要连接多个外部设备，如UART、SPI、I2C等接口，就需要芯片具备足够数量和类型的外设接口）、功耗要求（对于电池供电的嵌入式设备，低功耗的芯片是首选）、成本限制等。

三、通信协议相关

• 常见通信协议原理
  • 对于串口通信（UART），面试题可能会涉及到一帧数据的格式，包括起始位、数据位、奇偶校验位和停止位的作用。例如，起始位用于标识一帧数据的开始，数据位用于传输实际的数据，奇偶校验位用于简单的错误检测，停止位用于标识一帧数据的结束。
  • SPI通信协议也是常见考点。SPI有四种工作模式，需要了解不同模式下时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）的设置以及如何根据外部设备的要求选择合适的工作模式。SPI通信通常用于连接高速的外设，如闪存芯片、传感器等。
  • I2C通信协议的相关知识也很重要。例如，I2C的起始信号和停止信号的产生方式，以及在多设备连接的I2C总线上如何进行设备寻址和数据传输。I2C是一种多主多从的通信协议，广泛应用于连接各种低速的外设，如温度传感器、EEPROM等。
• 网络通信协议
  • 在涉及网络功能的嵌入式系统中，TCP/IP协议族相关的问题会被问到。例如，TCP和UDP协议的区别是一个经典问题。TCP是面向连接的、可靠的传输协议，它通过三次握手建立连接，提供数据的可靠传输、流量控制和拥塞控制；UDP是无连接的、不可靠的传输协议，但具有更好的实时性和较低的开销，适用于对实时性要求较高的应用，如音频和视频流传输。
  • 面试还可能涉及到网络分层模型，如OSI七层模型和TCP/IP五层模型。应试者需要了解各层的功能以及每层中的一些常见协议，如应用层的HTTP、DNS，传输层的TCP、UDP，网络层的IP等。

四、系统开发与调试

• 编译与链接过程
  • 关于编译和链接的知识是嵌入式软件开发的基础。编译过程将源代码转换为目标代码，涉及到预编译、编译、汇编等步骤。预编译主要处理预处理指令，如#include、#define等；编译将预处理后的代码转换为汇编代码；汇编将汇编代码转换为目标机器码。链接过程则将多个目标文件和库文件组合成一个可执行文件，包括解决符号引用等问题。面试题可能会要求解释编译过程中的各种选项的作用，如gcc编译器中的 -O选项用于设置优化级别，不同的优化级别会影响编译后的代码性能和大小。
• 调试技巧与工具
  • 在嵌入式系统的开发过程中，调试是一个重要环节。面试时可能会问到一些调试技巧和工具的使用。例如，如何使用调试器（如GDB）来调试嵌入式程序，包括设置断点、查看变量值、单步执行等操作。此外，对于一些没有调试接口的嵌入式设备，可能需要使用日志输出的方式进行调试，应试者需要知道如何在代码中合理地添加日志输出语句，以便在运行时获取程序的执行状态信息。
  • 硬件调试工具如示波器、逻辑分析仪的使用也可能被提及。示波器用于观察电路中的电信号波形，如查看时钟信号、数据信号的波形是否正常；逻辑分析仪可以同时捕获多个数字信号，用于分析信号之间的时序关系，这在调试复杂的硬件电路和通信接口时非常有用。