嵌入式秋招面经八股（三）

嵌入式秋招面经八股（三）

经纬恒润

1. 宏定义

宏定义在编译过程的预处理阶段生效。处理以#开头的指令，如#include、#define等，宏定义在此阶段展开，替换为相应的代码和值，生成一个预处理的源文件，供后续编译使用。

2. 指针和数组的异同

• 数组：连续内存块的直接表示，大小固定，数组名是常量指针
• 指针：存储地址的变量，可以指向任意内存位置，灵活性更高

3. 结构体描述

结构体（struct）是C/C++中一种用户自定义的数据类型，用于将不同类型的数据组合在一起，形成一个复合数据类型。结构体可以包含多个成员变量，每个成员变量可以是不同的数据类型（如 int、float、char 等）。

优点：

1. 数据封装：将相关的数据组合在一起，便于管理和使用
2. 代码可读性：通过结构体可以更清晰地表示复杂的数据结构
3. 灵活性：结构体可以包含不同类型的成员，适应多种需求

4. 结构体内存对齐规则

结构体中的内存对齐是为了提高内存访问效率，确保数据在内存中的存储位置符合硬件的要求。

• 对齐值：每个数据类型都有一个对齐值，通常是其大小（以字节为单位）。例如，int 的对齐值通常是 4 字节，double 的对齐值通常是 8 字节
• 结构体成员的对齐：结构体中的每个成员都按照其对齐值进行对齐。成员的存储位置必须是其对齐值的整数倍
• 结构体整体的对齐：结构体的整体大小必须是其最大成员对齐值的整数倍。结构体的对齐值通常等于其最大成员的对齐值

5. 结构体和联合体的关系与区别

结构体（struct）和联合体（union）都是C/C++中用于定义自定义数据类型的方式。二者语法相似，并且可以嵌套使用。

区别：

• 存储方式 ：
  • 结构体中每个成员各自占据内存，结构体的大小通常为所有成员大小的和
  • 联合体中所有成员共享一块内存区域，联合体的大小等于其最大成员的大小

系统编程

6. I/O多路复用：epoll、poll、select

三者都是Linux下用于I/O多路复用的系统调用，用于同时监视多个文件描述符（fd）的状态，从而避免阻塞式I/O造成的性能损失。

• select：最早的I/O复用机制，受到文件描述符数量的限制，并且每次调用都要复制fd的集合，性能较低
• poll：改进了select，去除了fd的数量限制，但仍然是线性遍历所有的fd，性能较差
• epoll：由Linux引入，使用事件通知机制，无需遍历所有的fd，大幅提高性能

7. C++虚函数

在 C++ 中，虚函数是一种支持多态的机制，使得基类的指针或引用可以调用派生类的重写（override）方法。定义方式是在基类的成员函数前加上 virtual 关键字。

实现机制 ：

C++中通过虚函数表和虚表指针来实现虚函数的动态绑定机制：

• 每个包含虚函数的类都有一张虚表，表中存储的是该类的虚函数的地址，虚表是静态存储的，在编译时就已经生成了
• 每个对象都有一个虚表指针（编译阶段产生），指向该类的虚表
• 当通过基类指针调用虚函数时，程序会根据虚表指针查找对应的虚函数表，然后调用其中存储的函数

8. C/C++编译流程及产生文件的后缀

1. 预处理（.i）：展开头文件、处理宏定义和条件编译，删除注释
2. 编译（.s）：将高级语言转换为平台相关的汇编代码
3. 汇编（.o）：将汇编代码转换为机器码，生成未链接的可重定位的目标文件
4. 链接：合并所有的目标文件和库，生成最终的可执行文件

9. 可执行文件分段

• 代码段：可执行的机器指令
• 数据段：包含已经初始化的全局变量和静态变量
• BSS段：未初始化的全局变量和静态变量
• 堆段：动态分配的内存
• 栈段：局部变量和函数调用信息

10. 未初始化的变量存储

• 全局变量和静态变量：存储在BSS段，不占用可执行文件大小，程序运行的时候自动初始化为0
• 局部变量：存储在栈段，占用的内存大小和相应的数据类型相同，值是随机的

11. U-Boot启动流程

在 ARM 架构下运行 Linux 操作系统时，系统启动阶段需要将内核加载到内存并启动执行，这一过程通常由 Bootloader 完成，常用的 Bootloader 是 U-Boot。

1. BootROM：系统上电后，SoC 内部固化的 BootROM 代码会首先运行，它负责检测启动引导设备（如 SD 卡、eMMC、SPI Flash 等），并从中加载下一阶段的启动程序（通常是 SPL：Secondary Program Loader）到片内 SRAM 执行
2. SPL执行：SPL 的任务是对关键硬件（尤其是 DDR 内存）进行初始化
3. U-Boot加载：一旦 DDR 初始化完成，SPL 会将完整的 U-Boot 镜像从存储介质中加载到 DDR 中并跳转过去运行
4. 系统移交：完整的 U-Boot 随后会初始化更多外设（如串口、网络、USB 等），完成环境设置，最终负责将 Linux 内核、设备树（Device Tree）和其他的部分加载到内存中，并跳转到内核入口，交由 Linux 接管系统控制权

启动流程至此结束，而后linux内核开始启动：解压自身->解析设备树【创建设备节点】->初始化内核子系统->匹配并加载驱动->启动第一个用户空间进程（init）

12. sizeof运算时机

sizeof的运算结果大多数情况下在编译时就能确定（基本类型，固定大小的数组，指针，结构体/类），少数情况当操作数为可变长度数组时，发生在运行阶段（没用过，只在C中使用）。

示例：

int a = 0; 
int i = sizeof(a++);

结果：i = 4，a = 0

解释：sizeof是一个编译阶段指令，所以sizeof实际就是sizeof(int)为4字节。a++在运行时才会生效，但在实际运行的时候由于sizeof是在编译阶段，所以会被忽略，所以a仍然是0。

并发编程

13. 死锁

死锁发生的条件：

• 互斥
• 占有并等待
• 不可抢占
• 循环等待

死锁发生的情况：

如果线程A持有资源R1并等待资源R2，而线程B持有资源R2并等待资源R1，就会形成一个循环等待的状态，导致死锁。

14. 互斥锁、读写锁

互斥锁：

• 保证在任何时刻，只有一个线程可以访问某一共享资源
• 互斥锁允许线程在访问临界区时锁定资源，其他线程必须等待当前线程释放锁才能继续访问该资源
• 特点：独占性、阻塞性

读写锁：

• 允许多个线程同时读共享资源，但在写资源时必须独占访问
• 读时共享、写时独占
• 读锁：共享锁；写锁：独占锁

15. 线程间同步方式

• 锁机制
• 条件变量
• 信号量

16. 线程的状态

• 新建状态
• 就绪状态
• 运行状态
• 阻塞状态
• 死亡状态

高频考点

17. volatile关键字

volatile 关键字在 C 和 C++ 中用于修饰变量，指示编译器该变量的值可能会在程序的任何时刻发生变化，即使程序的其他部分没有显式地修改它。

使用场景：

• 与硬件相关的编程
• 并发编程或者多线程编程

作用：

通常编译器会将一个局部变量的值保存在寄存器中，每次读数据都从寄存器中进行读取（速度快），当加了volatile关键字后，编译器就会知道该变量可能会在其他地方改变（如硬件），编译器每次都会从内存中读取这个值。

18. const关键字

const的主要作用是表示某个变量值在程序中不可被修改，根据修饰的对象不同，const的用法不同。

(1) 修饰普通变量：

表明该值在定义后不可以再次修改。

(2) 修饰指针：

根据const的位置不同，有不同的含义：

a、指向常量的指针：

const int *ptr = &a;  // ptr 是指向常量的指针
*ptr = 20;  // 编译错误：不能修改 ptr 指向的值
ptr = &b;   // 合法：指针可以指向其他地址

b、常量指针：

int *const ptr = &a;  // ptr 是常量指针
*ptr = 20;  // 合法：可以修改 ptr 指向的值
ptr = &b;   // 编译错误：不能修改指针 ptr 的地址

c、常量指针指向常量：

const int *const ptr = &a;  // const 指针指向 const 对象
*ptr = 20;  // 编译错误：不能修改 ptr 指向的值
ptr = &b;   // 编译错误：不能修改 ptr 的地址

(3) 修饰函数参数：

确保参数在函数内不能被修改，通常用于引用或指针类型的参数。

(4) 修饰返回值：

表示返回的值不能被修改。

(5) 修饰成员函数：

const放在函数声明的尾部，表示函数不会修改类的成员变量，也不能调用其他非const的成员函数。可以访问成员变量，不能修改，可以调用const成员函数。

19. 空指针和野指针

空指针：

指不指向任何有效内存位置的指针，通常是NULL（宏：值通常为0）或nullptr（C++11中表示一个类型安全的空指针）。

野指针：

指一个指针仍然指向原本的有效位置，但该内存位置已经被释放或者不再有效。可能引发程序崩坏、数据损坏。

悬空指针：

是野指针的一种情况，即释放指针后没有将其置空。

野指针的场景：

1. 释放内存后指针未被置空：

int* ptr = new int(10);  // 动态分配内存
delete ptr;  // 释放内存
// 此时 ptr 成为野指针，指向已释放的内存区域

2. 指向局部变量：
   指向已出作用域的局部变量的指针也会成为野指针。

避免野指针的方法：

1. 及时置空指针
2. 使用智能指针
3. 避免指向局部变量的指针
4. 使用nullptr初始化指针

20. 位域

位域是一种允许我们精确控制每个数据成员占用内存位数的技术。它通常用于存储标志位或小范围的整数，可以节省内存。尽管如此，位域在内存对齐和跨平台行为方面可能会存在一些不确定性，因此在使用时需要小心。

21. 指针函数和函数指针

指针函数：

是指返回值为指针的函数。

函数指针：

是指向函数的指针，它保存一个函数的地址，通过函数指针可以间接地调用一个函数。

例如：

int (*fptr)(int, int);  // 定义一个函数指针 fptr，指向一个返回 int 类型并且参数为两个 int 类型的函数

函数指针也可以作为参数。

22. 指针数组和数组指针

指针数组：

是指每个元素都是指针的数组。

数组指针：

是指向数组的指针，指向整个数组的起始位置。

23. 函数传参的方式

值传递：

将实参复制到形参中，函数内部操作不会影响到实参。

指针传递：

将参数的地址传递给函数，函数可以直接访问和修改实参的值。

引用传递：

将实参的引用（别名）传递给函数，函数内部操作的就是实参本身，可以直接修改实参。可以使用常量引用传递来避免修改实参。

24. 位运算操作

如何取出一个32位数的高16位和低16位？

• 取低16位：与操作0x0000FFFF
• 取高16位：将高16位右移16位至低16位上，与操作0x0000FFFF

25. 构造函数和析构函数调用时机

构造函数：

在对象创建的时候被调用，包括：

• 对象的局部作用域内
• 动态分配内存时
• 对象数组创建时
• 函数返回对象时等

析构函数：

在对象被销毁的时候调用，包括：

• 对象的局部作用域结束时
• 动态内存释放时
• 对象数组销毁时
• 临时对象销毁时等

26. 内存分区

内存分区（Memory Partitioning）是操作系统管理内存的一种方式，它将内存分成不同的区域或"分区"，以便更有效地分配和管理系统资源。通常会将其分为代码段、数据段、堆、栈、内核空间、用户空间。

内存分区技术：

• 静态分区
• 动态分区（堆、栈实现）
• 分页
• 分段
• 虚拟内存

优点：

• 提高内存利用率：合理的内存分区可以避免浪费，使得不同的任务可以共享内存
• 提高程序的稳定性：通过保护每个分区，操作系统能够有效避免程序之间的干扰和数据冲突
• 更好的资源管理：操作系统可以根据需要动态调整内存分配，从而有效利用内存资源

27. 头文件中定义变量和函数

实际上是可以的，但是并不建议这样操作。可以在头文件声明变量（用关键字extern，告知编译器该变量在其他地方定义）和函数，而在源文件中定义变量和函数。

28. 多态的实现方法

• 虚函数
• 函数指针
• 运算符重载
• 模板（静态多态）

29. 大端和小端

大端和小端是数据在内存中两种不同的存储方式。

大端：

数据的高位字节在低地址，低位字节在高地址。

小端：

数据的低位字节在低地址，高位字节在高地址。

应用：

主机字节序通常是小端，而网络字节序是大端。所以在进行socket通信的时候，通常需要大小端的转换。

检测方法：

使用C语言实现大端和小端可以定义一个无符号整型变量，在内存中以4个字节（32位）进行存储，将x的地址强制转换为unsigned char*类型，此时这个指针就指向内存中的第一个字节，就可以根据结果来得到大端和小端。

网络编程

30. TCP的滑动窗口机制

滑动窗口是TCP实现流量控制的关键机制，允许发送方在等待确认前连续发送多个数据包，而不是每发一个就等一次确认，从而提高传输效率。

简单点说就是接收方有一个缓冲区，通常是以字节为单位，只要这个缓冲区没有满，发送方就可以一直发送数据，当接收方回复时，TCP报文中的window窗口里面会有相关的信息，告诉发送方我还可以接收多少字节的数据。

31. TCP的拥塞控制

拥塞控制的目的就是避免因为网络过载导致丢包、延迟增加、带宽浪费。就是说发送方在发送数据的时候，不能一下发送的数据太多，直接"塞爆"网络，而是通过动态控制发送速率，使得发送速率和网络恰好合适。

32. 拥塞控制的四个经典阶段

1. 慢启动：

   • 初始时，发送速率要慢一点，通常为1或较小值
   • 每收到一个ACK，拥塞窗口就增长（指数增长）
   • 当达到慢启动阈值（ssthresh），进入下一阶段

2. 拥塞避免：

   • 当拥塞窗口大于等于慢启动阈值后，不再按照指数增长，而是按照线性增长

3. 快速重传：

   • 如果收到连续3个重复的ACK，不用等待超时，立刻重传那个丢失的数据包
   • 如果收到2个ACK，可能是网络抖动，乱序导致的

4. 快速恢复：

   • 重传数据丢失后，将拥塞窗口设置为ssthresh / 2，以缓解网络的压力，然后重新慢启动

注意：

发送方可发送的数据量是滑动窗口和拥塞窗口中的较小值。

33. IP协议

IP协议用于在不同网络之间传输数据包。它提供了无连接、不可靠的传输服务。

特点：

• **无连接：**发送数据前不建立连接
• **不可靠：**不保证数据一定送达，也不保证顺序和完整性

版本：

• **IPV4：**使用32位地址，地址格式是点分十进制
• **IPV6：**使用128位地址，采用冒号十六进制

相关概念：

• 子网掩码是IPV4的概念，主要用来确认划分网络位和主机位
• 每个计算机或者路由器内部都会有一个路由表，在进行数据传输的时候是按照一跳一跳来实现的

过渡技术：

为了从IPV4平稳的过渡到IPV6，设计了多种技术：

• 双协议栈（同时运行IPV4和IPV6协议栈）
• 隧道机制（IPV6数据包封装在IPV4中进行传输）等

Linux内核与驱动

34. 内核模块

内核模块是编译好的内核代码片段（.ko文件），可以在内核运行时动态的加载和卸载，从而扩展内核功能，它和静态编译进内核不同，它是需要"拔插的"，就像USB插件一样。有些不常用的功能（比如某些硬件驱动）不想在启动的时候全部加载，就可以使用内核模块，而且不用重启内核就可以调试模块代码。

35. 内核模块加载的流程

当用户使用insmod加载模块的时候，实际上完成了从用户空间到内核空间的一系列动作：

1. Insmod是用户空间的命令，它最终会调用Linux内核暴露出来的系统调用sys_init_module()
2. .ko是一个ELF格式的可链接目标文件，类似与普通的.o文件，内核会检查ELF文件格式，分配内核空间内存，解析重定位和符号依赖
3. 执行初始化函数module_init
4. 注册符号/添加模块表项

硬件通信协议

36. I2C协议

硬件组成：

SDA和SCL以及一个上拉电阻组成。在空闲状态下，二者都是高电平，通过改变两根线的高低电平来进行数据传输。

特点：

同步、串行、半双工的通信方式。不管多少设备，都是两根线，挂载的设备数量有限。

信号定义：

• 起始信号：SCL为高电平，SDA由高至低
• 终止信号：SCL为高电平，SDA由低至高
• 每次发送8个字节，收到一个ACK

速率：

• 低速：100kbps
• 快速：400kbps
• 最快可达3.4Mbps

适用场景：

设备多，通信速率低，系统简单的应用场景。

37. SPI协议

硬件组成：

有四根线，分别是SS、MISO、MOSI、SCLK。

特点：

一主多从的通信方式，串行，同步，全双工的通信方式，主从通信实际上就是二者相互交换自己的数据，通过移位寄存器实现。

优势：

速度快，可达几十Mbps，无ACK。

38. 串口通信

特点：

串行、异步、全双工的通信方式。

硬件组成：

由三根线组成，分别是地线、发送线、接收线。

数据格式：

一帧数据由11位组成，其中1位起始位，8位数据位，1位奇偶校验位，一位停止位。

• 起始位：拉低开始传输数据
• 停止位：拉高停止传输数据

电平标准：

• TTL电平
• RS232协议： -5_{-15为逻辑1，+5}+15为逻辑0
• **RS485：**使用差分信号进行传输，两线之间的电压差为+2到+6V表示逻辑1，两线之间的电压差为-2到-6V表示逻辑0

39. CAN协议

特点：

一种串行通信协议，目标是高可靠性、实时性和多主通信。所有节点地位平等，都可以发起通信，使用差分信号传输，抗干扰能力强。

帧类型：

数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧、间隔帧。

帧结构：

每帧主要由以下几个部分组成：起始位、标识符、控制字段、数据字段、CRC校验、应答位、帧结束位。

驱动开发

40. 字符设备驱动开发流程

主要包含四个部分：

1. 分配主次设备号
2. 文件操作函数fops设置
3. 字符设备结构的分配和初始化
4. 创建设备节点

音视频编码

41. H264编码

H264是一种高效的视频压缩标准，压缩的主要步骤包含：

• 使用当前帧使用周围像素预测【只保存残差，不保存完整的数据】，压缩空间冗余
• 使用前后帧数据，压缩时间冗余
• 变换、量化、熵编码等一些手段

H265 vs H264：

H265相比于H264具有更高的帧率，并且更加节省空间，但是H265编码速度慢（H264比H265快5-10倍），所以在要求实时性的场景下，优先考虑H264。

内存操作函数

42. memcpy、memset和memmove

memcpy：

memcpy(void *dest, const void *src, size_t n)

从 src 拷贝 n 个字节到 dest，常用于结构体或数组的复制。底层通常是使用char*逐字节拷贝。

memset：

memset(void *s, int c, size_t n)

将 s 指向的内存区域的前 n 个字节设置为值 c，常用于清零或初始化内存。

memmove：

memmove(void *dest, const void *src, size_t n)

从 src 拷贝 n 个字节到 dest，与memcpy相比，它的源地址和目标地址可以重叠。

重叠处理：

比如源目标地址是0，目标地址是2，需要拷贝的字节为5，则此时发生重叠，必须使用memmove，使用memcpy会发生未定义的错误，因为memcpy是逐字节拷贝的，在拷贝到第三个字节的时候会用已经覆盖的字节继续拷贝。使用memmove可以避免的原因是会自动判断是否重叠，如果重叠的话就会从后向前拷贝来避免。