Zynq + FreeRTOS 笔试题1

发布于：2025-03-30 ⋅ 阅读:(46) ⋅ 点赞:(0)

Zynq + FreeRTOS 笔试题1

一、基础知识题

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？
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。
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？
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

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？
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？
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？

三、编程题

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。
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。

四、分析题

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？
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？

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）。

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。