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嵌入式系统工程师面试题(某上市集团公司)题库解析

面试问答题（共20题）

第一题

在嵌入式系统开发中，什么是中断？请简述中断处理的基本步骤。

答案及解析：

答案：

中断是嵌入式系统中一种重要的事件处理方式，它允许系统在运行过程中被外部或内部事件（如按键、定时器超时、通信接口数据到达等）打断，从而允许系统继续执行其他任务。

中断处理的基本步骤包括：

中断请求：当外部或内部事件发生时，会触发一个中断请求。这通常通过硬件电路中的中断控制器来实现。

中断使能：中断控制器会检查是否有中断请求，并决定是否使能中断。如果使能中断，控制器会向处理器发送一个中断请求信号。

中断响应：处理器在接收到中断请求信号后，会暂停当前正在执行的任务，保存现场信息（如寄存器的值），然后跳转到中断处理程序的入口点。

中断处理：在中断处理程序中，处理器会执行相应的中断服务例程。这个例程通常包括以下操作：

清除中断标志位，表示中断已经处理完毕。

处理中断事件，如读取输入数据、更新状态等。

恢复现场信息，即恢复之前保存的寄存器值。

中断返回：中断处理完成后，处理器会返回到中断前的位置，继续执行之前被中断的任务。

中断嵌套与优先级：在某些复杂的系统中，可能允许多个中断同时发生。此时，需要根据中断的优先级来决定哪个中断应该先处理。优先级高的中断会先被处理。

通过上述步骤，嵌入式系统能够高效地响应和处理各种外部和内部事件，确保系统的正常运行。

第二题

请简述中断的响应过程，并说明在嵌入式系统中，中断服务程序（ISR）设计时需要注意哪些关键点？

答案

中断的响应是指CPU暂停当前正在执行的程序，转而去处理突发事件（中断请求）的过程，主要步骤如下：

中断请求：外部设备或内部模块（如定时器、DMA控制器）通过中断请求线（如IRQ、FIQ）向CPU发出中断信号。

中断响应条件判断：

CPU允许中断（即中断使能位IE/PRIMASK等未被置位）；

当前指令执行完毕（不能打断单周期指令或多周期指令的中间步骤）；

没有更高优先级的中断正在被服务（若支持嵌套中断）。

保护现场：CPU自动保存关键寄存器的值（如PC程序计数器、PSR状态寄存器），部分架构（如ARMCortex-M）会自动压栈，部分架构（如x86）需手动保存。

中断向量查找：CPU根据中断类型（通过中断号或中断向量表）找到对应的中断服务程序（ISR）入口地址。

执行ISR：CPU跳转到ISR入口地址，执行中断处理程序。

恢复现场：ISR执行完毕后，CPU自动或手动恢复之前保存的寄存器值（如PC、PSR）。

返回被中断程序：CPU从断点处继续执行原程序。

二、ISR设计的关键点

在嵌入式系统中，ISR的设计直接影响系统的实时性和稳定性，需注意以下关键点：

执行时间尽可能短：

ISR应仅完成核心操作（如读取数据、清除中断标志），耗时任务（如复杂计算、数据存储）应通过“中断+任务”模式（如在中断中发送信号量/消息，由后台任务处理）。

避免在ISR中调用可能导致阻塞的函数（如printf、文件I/O、动态内存分配）。

避免重入和共享资源冲突：

若ISR与主程序或其他ISR访问共享资源（如全局变量、硬件外设），需采取同步措施（如关闭中断、使用自旋锁、临界区保护）。

例如：在修改共享全局变量前临时关闭中断，修改完成后恢复。

正确处理中断嵌套：

若系统支持嵌套中断，需在ISR入口保存当前中断上下文（如优先级状态），并在出口恢复；

不支持嵌套的中断系统，应在ISR入口关闭中断，防止低优先级中断打断高优先级ISR。

清除中断标志位：

在ISR中必须手动清除中断源（如读取状态寄存器、写特定值清除标志），否则中断会反复触发，导致CPU无法执行其他任务。

注意：部分硬件外设的中断标志需在“特定操作”后自动清除（如UART接收数据后需读取数据寄存器DR才能清除RXNE标志）。

最小化寄存器保存和恢复开销：

仅保存ISR中确实会修改的寄存器（如通过编译器关键字__irq或interrupt声明，让编译器自动生成压栈/出栈指令）；

避免保存不必要的寄存器，减少上下文切换时间。

优先级合理分配：

根据实时性要求分配中断优先级（如硬件定时器、通信接口等高实时性中断设为高优先级）；

低优先级中断不应被长时间阻塞，确保关键中断及时响应。

避免在ISR中进行浮点运算（若硬件不支持）：

部分嵌入式MCU（如Cortex-M0/M0+）无硬件浮点单元（FPU），在ISR中进行浮点运算会导致耗时增加，且可能触发浮点异常。

解析

本题考察中断机制的核心流程及ISR设计的实践要点，是嵌入式系统工程师必备的基础知识。

中断响应过程：需从“请求→响应→执行→返回”全流程逻辑展开，强调CPU自动操作（如保护现场、向量查找）与设计相关的手动操作（如清除标志）。

ISR设计关键点：