03-21 18:26 浙江大學(xué) 嵌入式軟件工程師發(fā)布于浙江

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嵌入式面經(jīng)第五彈：Momenta、瑞晟、OPPO、VIVO

本篇涉及的所有問(wèn)題概要：大家可以試試在看參考答案前，提前嘗試解答，以便明確自身知識(shí)點(diǎn)的不足部分！

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嵌入式面經(jīng)第五彈：（嵌入式面經(jīng)）第11章 20+公司面經(jīng)雜談（五）：Momenta、瑞晟、OPPO、VIVO

1.中斷里面通?？梢运邌幔瑸槭裁?？

2.什么是棧溢出，有什么方法檢測(cè)？

3.MCU 與 MPU 的區(qū)別是什么？

4.講一下Linux中斷分為上半部和下半部的原因？

5.如果給線程訪問(wèn)加鎖，是在驅(qū)動(dòng)層實(shí)現(xiàn)還是應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)？

6.現(xiàn)在需要一個(gè)常量5來(lái)做一些運(yùn)算，你會(huì)使用const還是define？為什么？

7.項(xiàng)目里的ADC多通道采集是具體采用什么方式？

8.說(shuō)一下互斥鎖，自旋鎖的區(qū)別，在中斷中可以用哪個(gè)鎖？

9.怎么保證原子性操作？

10.專欄訂閱獎(jiǎng)勵(lì)(支持模仿)——個(gè)人創(chuàng)新點(diǎn)問(wèn)答：在你設(shè)計(jì)的FreeRTOS PLUS中提及修改任務(wù)控制塊，增加優(yōu)先級(jí)階段繼承屬性，來(lái)進(jìn)一步降低“優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)”的影響，展開(kāi)說(shuō)說(shuō)？

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1.中斷里面通?？梢运邌?，為什么？

在 Linux 內(nèi)核或嵌入式 RTOS（如 FreeRTOS）中，中斷處理程序（ISR） 不能進(jìn)入 睡眠（sleep/wait） 狀態(tài)。

主要有 兩大原因：

中斷上下文的限制（缺乏調(diào)度支持）
中斷設(shè)計(jì)的初衷——高實(shí)時(shí)性、不可阻塞

1. 中斷上下文限制，缺乏調(diào)度支持

?? 什么是中斷上下文？

內(nèi)核中的中斷處理程序不屬于某個(gè)特定進(jìn)程，而是獨(dú)立的執(zhí)行實(shí)體，沒(méi)有進(jìn)程調(diào)度信息。
沒(méi)有進(jìn)程的內(nèi)核棧、調(diào)度信息、文件描述符 等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，無(wú)法像普通進(jìn)程一樣被調(diào)度。
缺少進(jìn)程控制塊（PCB），無(wú)法進(jìn)行任務(wù)切換。

? 具體分析

進(jìn)程上下文（Process Context） → 進(jìn)程有自己的 調(diào)度信息、內(nèi)核棧、寄存器保存，可以被掛起并恢復(fù)。
中斷上下文（Interrupt Context） → 沒(méi)有這些信息，如果 ISR 進(jìn)入睡眠，就無(wú)法被調(diào)度器重新喚醒。

?? 問(wèn)題：

進(jìn)入睡眠后 找不到中斷的上下文信息，喚醒后無(wú)法恢復(fù)，系統(tǒng)可能會(huì)崩潰。

2. 中斷設(shè)計(jì)的初衷：高實(shí)時(shí)性，不可阻塞

?? 中斷的核心任務(wù)

中斷的目的是 快速響應(yīng)硬件事件，執(zhí)行最小化的任務(wù)，然后盡快恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行。
如果中斷中調(diào)用 sleep()，會(huì)導(dǎo)致 CPU 掛起整個(gè)系統(tǒng)，影響其他任務(wù)的執(zhí)行。

? 為什么要避免阻塞？

中斷優(yōu)先級(jí)比普通進(jìn)程高，如果中斷中進(jìn)入睡眠，會(huì)導(dǎo)致 CPU 被占用，進(jìn)程調(diào)度器無(wú)法調(diào)度其他任務(wù)。
高優(yōu)先級(jí)中斷可能會(huì)阻塞低優(yōu)先級(jí)進(jìn)程，影響系統(tǒng)性能。

3. 實(shí)例：為什么 ISR 不能調(diào)用 sleep()

?? 錯(cuò)誤示例

?? 在中斷處理中調(diào)用 sleep()

msleep()會(huì)導(dǎo)致任務(wù)掛起，但中斷上下文沒(méi)有進(jìn)程調(diào)度信息，無(wú)法恢復(fù)。

可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰或 Kernel Panic。

?? 正確做法：使用 `workqueue` 或 `tasklet`

在 中斷處理程序中，只做必要的工作，然后將復(fù)雜任務(wù)交給其他線程（如 workqueue）。

? 解決方案：使用 workqueue

ISR 只負(fù)責(zé)觸發(fā)任務(wù)，不會(huì)阻塞中斷

workqueue 運(yùn)行在進(jìn)程上下文，可以 sleep()

結(jié)論

? 使用 workqueue 或 tasklet 處理復(fù)雜任務(wù)

? 避免在 ISR 中使用 sleep()，改為調(diào)度后臺(tái)線程處理

2.什么是棧溢出，有什么方法檢測(cè)？

1. 什么是棧溢出？

棧溢出（Stack Overflow）是指程序在運(yùn)行過(guò)程中，函數(shù)調(diào)用?？臻g超出系統(tǒng)分配的范圍，導(dǎo)致程序崩潰或行為異常。

由于?？臻g是有限的，如果程序需要的棧空間超過(guò)了系統(tǒng)分配的最大限制，就會(huì)發(fā)生棧溢出。

2. 棧溢出的常見(jiàn)原因

??（1）函數(shù)調(diào)用層數(shù)過(guò)深

無(wú)限遞歸/深度遞歸 會(huì)不斷地向棧中壓入新的棧幀，最終超過(guò)棧的最大空間，導(dǎo)致棧溢出。

? 示例：遞歸導(dǎo)致的棧溢出

由于 stack_overflow_function()沒(méi)有終止條件，遞歸會(huì)無(wú)限增長(zhǎng)，最終導(dǎo)致?？臻g被耗盡，程序崩潰。

??（2）占用?？臻g過(guò)大的局部變量

如果一個(gè)函數(shù)中的局部變量過(guò)大，尤其是大數(shù)組或結(jié)構(gòu)體，也可能導(dǎo)致棧溢出。

? 示例：局部變量過(guò)大導(dǎo)致棧溢出

?? 問(wèn)題：

局部數(shù)組 buffer 占用了 10MB 的?？臻g，大于默認(rèn)棧空間，導(dǎo)致棧溢出。

3. 棧溢出的后果

4. 棧溢出的檢測(cè)方法

??（1）哨兵檢測(cè)（Stack Sentinel）

在棧的起始地址或結(jié)束地址放置特定的標(biāo)志值（哨兵值），然后在任務(wù)切換或關(guān)鍵點(diǎn)檢查這些值是否被修改。
如果哨兵值被改寫(xiě)，說(shuō)明發(fā)生了棧溢出！

? 示例：哨兵檢測(cè)

只適用于單任務(wù)環(huán)境，如果多個(gè)任務(wù)共用棧空間，可能檢測(cè)不到問(wèn)題。

??（2）棧指針?lè)秶鷻z測(cè)

在任務(wù)切換時(shí)檢查 SP（棧指針）是否越界
如果 SP 低于分配的?？臻g，說(shuō)明棧溢出

? 示例：FreeRTOS 棧溢出檢測(cè)

?? FreeRTOS 需要在 FreeRTOSConfig.h 啟用檢測(cè)

??（3）使用 `ulTaskCheckFreeStackSpace()` 監(jiān)測(cè)任務(wù)棧

? FreeRTOS 提供的棧檢查 API

?? 如果 freeStack 過(guò)?。ㄈ?<20），可能需要增加?？臻g！

??（4）GCC 編譯器保護(hù)（`-fstack-protector`）

啟用 -fstack-protector 選項(xiàng)，可以在函數(shù)返回時(shí)檢測(cè)棧溢出
原理：編譯器在棧上存放"Canary" 保護(hù)值函數(shù)返回時(shí)檢查 Canary 是否被修改如果被篡改，則觸發(fā) stack smashing detected

? 啟用 -fstack-protector

gcc -fstack-protector -o test test.c

只能檢測(cè)函數(shù)返回時(shí)的溢出

不能檢測(cè)無(wú)限遞歸

5. 如何預(yù)防棧溢出

? （1）避免深度遞歸

用循環(huán)代替遞歸
尾遞歸優(yōu)化

? （2）減少局部變量的?？臻g

大數(shù)組使用 malloc() 在堆上分配
減少函數(shù)嵌套調(diào)用

? （3）合理分配棧大小

在 FreeRTOS/Linux 任務(wù)創(chuàng)建時(shí)，合理設(shè)置 STACK_SIZE
監(jiān)測(cè) uxTaskGetStackHighWaterMark() 確保棧足夠

? （4）使用 -fstack-protector 進(jìn)行編譯器保護(hù)

gcc -fstack-protector -o my_program my_program.c

? （5）啟用 configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW

結(jié)論

?? 防止棧溢出，需要合理分配棧大小、優(yōu)化代碼結(jié)構(gòu)、并啟用硬件和軟件監(jiān)測(cè)機(jī)制！ ??

3.MCU 與 MPU 的區(qū)別是什么？

MPU（Microprocessor Unit） 適用于復(fù)雜運(yùn)算的大型程序，通常需要外掛 RAM 和 ROM。
MCU（Microcontroller Unit） 適用于中小型控制程序，內(nèi)部集成 RAM 和 ROM，無(wú)需外掛存儲(chǔ)器。

1. MCU（微控制器）

特點(diǎn)：

集成度高：MCU 典型地將 CPU、RAM、ROM、GPIO、定時(shí)器、ADC、PWM、串口（UART/I2C/SPI） 等外設(shè)集成在一顆芯片內(nèi)。
成本低：由于 MCU 的所有組件都集成在同一芯片中，硬件設(shè)計(jì)成本較低。
低功耗：適用于低功耗設(shè)備（如 IoT 設(shè)備、工業(yè)控制、汽車電子）。
高實(shí)時(shí)性：一上電即可運(yùn)行，無(wú)需操作系統(tǒng)，也可以跑 RTOS（如 FreeRTOS）。
典型應(yīng)用：

傳感器數(shù)據(jù)采集（如 STM32 采集溫濕度傳感器）

電機(jī)控制（如 STM32 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)）

顯示控制（如 LCD、OLED、數(shù)碼管控制）

無(wú)線通信模塊（如 ESP8266 進(jìn)行 Wi-Fi 通信）

? 例子：