Zynq + FreeRTOS 笔试题1
一、基础知识题
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Zynq 架构
- Zynq-7000 的 PS(Processing System)和 PL(Programmable Logic)分别负责什么功能?
- AXI 总线协议中,AXI4-Lite 和 AXI4-Stream 的主要区别是什么?
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FreeRTOS 核心机制
- FreeRTOS 的任务优先级范围是多少?如何避免优先级反转?
- 解释
xTaskCreate()
函数的参数含义,并说明静态任务和动态任务创建的区别。
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中断与内存管理
- 在 Zynq 中,如何配置 GPIO 中断并绑定到 FreeRTOS 任务?
- FreeRTOS 的
pvPortMalloc()
和标准库的malloc()
有何区别?为什么嵌入式系统推荐静态内存分配?
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通信机制
- FreeRTOS 的队列(Queue)和信号量(Semaphore)分别适用于什么场景?
- 如何在 FreeRTOS 中实现任务间双向通信?
二、综合应用题
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多任务设计
- 设计一个数据采集系统:
- 任务1:每 100ms 通过 SPI 读取传感器数据(PL 端实现 SPI 控制器)。
- 任务2:将数据通过 UART 发送到上位机,发送频率为 10Hz。
- 任务3:监控系统温度,超过阈值时触发报警(优先级最高)。
问题: - 如何分配任务优先级?
- 如何保证 SPI 和 UART 的互斥访问?
- 设计一个数据采集系统:
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中断与实时性
- 在 Zynq 中,PL 端 FPGA 逻辑检测到异常信号后,通过中断通知 PS 端 FreeRTOS 任务处理。
问题 :- 如何配置中断服务程序(ISR)并唤醒 FreeRTOS 任务?
- 若中断频率为 1kHz,如何避免任务响应延迟?
- 在 Zynq 中,PL 端 FPGA 逻辑检测到异常信号后,通过中断通知 PS 端 FreeRTOS 任务处理。
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性能优化
- 系统需要处理 1MB/s 的实时数据流(PL 端 DMA 传输到 PS 内存)。
问题 :- 如何设计 FreeRTOS 任务和缓冲区结构?
- 如何避免内存拷贝,实现零拷贝(Zero-Copy)传输?
- 系统需要处理 1MB/s 的实时数据流(PL 端 DMA 传输到 PS 内存)。
三、编程题
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FreeRTOS 任务同步
- 编写代码实现以下功能:
- 任务A 每 500ms 生成一个随机数,通过队列发送给任务B。
- 任务B 接收数据并累加,当累加值超过 100 时,通过信号量通知任务C。
- 任务C 输出警告信息并复位累加值。
- 编写代码实现以下功能:
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Zynq PL-PS 协同设计
- 编写代码框架,实现以下功能:
- PL 端通过 AXI-GPIO 读取按键状态,触发 PS 端 FreeRTOS 中断。
- PS 端中断服务程序发送消息到任务,任务控制 PL 端 LED 闪烁频率。
- 编写代码框架,实现以下功能:
四、分析题
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系统调试与优化
- 某系统使用 FreeRTOS 后出现随机死机,日志显示堆栈溢出。
问题 :- 可能的原因有哪些?如何定位问题?
- 如何通过
uxTaskGetStackHighWaterMark()
进行堆栈监控?
- 某系统使用 FreeRTOS 后出现随机死机,日志显示堆栈溢出。
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资源冲突
- 在 Zynq 中,PS 端双核 Cortex-A9 同时运行 FreeRTOS,共享一个硬件资源(如 I2C 控制器)。
问题 :- 如何设计互斥机制?
- 是否可以使用自旋锁(Spinlock)?为什么?
- 在 Zynq 中,PS 端双核 Cortex-A9 同时运行 FreeRTOS,共享一个硬件资源(如 I2C 控制器)。
五、开放设计题
- 综合系统设计
- 设计一个智能家居网关:
- 功能:通过 WiFi 接收指令,控制 PL 端 PWM 调光,采集温湿度数据并上传云端。
- 要求:
- 使用 FreeRTOS 管理多任务(网络、控制、采集)。
- PL 端实现 PWM 和传感器接口(Verilog 或 HLS)。
问题:
- 画出软件架构图,标注任务优先级和通信机制。
- 描述关键性能优化点(如 DMA 使用、低功耗设计)。
- 设计一个智能家居网关:
考察重点
- 基础知识:Zynq 架构、FreeRTOS 任务/中断/通信机制。
- 综合应用:多任务协同、中断处理、性能优化。
- 问题解决:调试能力、资源冲突处理、系统级设计。
此试题用来评估候选人对 Zynq+FreeRTOS 的掌握深度及工程实践能力。