嵌入式面试必读：深入理解用户态内核态切换与通信协议

" 1. 用户态与内核态切换机制： 在嵌入式系统中，用户态与内核态的切换是指CPU从执行用户程序的状态切换到执行内核程序的状态，这一过程涉及到中断机制、系统调用和异常处理。 - 中断机制：当中断请求发生时，CPU会响应外部设备的中断信号，保存当前用户程序的状态信息，并跳转到内核中处理中断的函数执行。处理完成后，CPU会恢复之前的状态信息，返回到用户程序继续执行。中断通常分为同步中断和异步中断，其中异步中断又称为外部中断。 - 系统调用：用户程序请求内核提供服务的接口，通过执行系统调用指令（如int0x80或syscall），用户程序会产生软中断，CPU进入内核态，并根据系统调用的编号执行相应的内核函数。系统调用是用户态和内核态交互的重要方式。 - 异常处理：当程序运行过程中出现异常（如除零错误、段错误）时，CPU会自动切换到内核态，并由内核态的异常处理程序接管控制，根据异常类型进行处理。异常处理完成后可能返回到用户程序或终止程序执行。 2. UART通信： UART（通用异步收发传输器）是一种广泛使用的串行通信协议，用于实现设备间的异步串行数据传输。 - 通信原理：UART通信以字节为单位，将并行数据转换为串行数据发送，接收端再还原为并行数据。通过TX和RX两根线分别负责数据的发送和接收。 - 时序：UART通信涉及以下重要时序组成部分： - 起始位：标识数据传输的开始，通常是低电平信号。 - 数据位：跟随起始位之后，是数据传输的实际内容，通常为5到8位。 - 校验位（可选）：用于错误检测，可选择奇校验或偶校验方式。 - 停止位：在数据位之后发送一个或多个高电平信号，表示数据传输结束。 3. 动态链接与静态链接的区别： 在编译和链接软件时，链接方式可以是动态链接也可以是静态链接，它们在链接时间、文件大小、内存占用、更新维护和移植性方面有显著区别。 - 链接时间：静态链接在程序运行之前完成，生成的可执行文件较大；动态链接在程序运行时完成，可执行文件较小。 - 文件大小：静态链接生成的文件包含所有必需的库代码，文件较大；动态链接依赖于共享库，生成的文件较小。 - 内存占用：静态链接的程序在内存中包含重复的库代码，可能会占用更多内存；动态链接的程序共享内存中的库代码，节省内存。 - 更新维护：静态链接的程序更新库需要重新编译整个程序；动态链接的程序可以仅更新库而无需重新编译整个程序。 - 移植性：静态链接的程序依赖特定版本的库，移植时可能需要重新链接；动态链接的程序则可以更容易地在不同的系统环境中运行。 4. 函数指针： 函数指针是C/C++语言中一种重要的概念，它允许将函数的地址存储在指针变量中，并通过指针调用函数。 - 应用场景：函数指针在嵌入式开发中具有多种应用，如实现回调函数、构建函数数组和支持动态函数调用等。 - 回调函数：函数指针常用作回调函数，在程序中传递函数指针给其他函数，实现函数间的动态关联。 - 函数数组：通过数组存储多个函数指针，可以在运行时通过数组索引来选择执行不同的函数。 - 动态函数调用：函数指针可以动态地指向不同的函数，根据运行时的需求选择不同的执行路径，增加程序的灵活性。 5. SPI通信： SPI（串行外设接口）是一种同步串行通信协议，用于实现微控制器和各种外围设备之间的短距离通信。 - 同步方法：SPI通信通过使用时钟信号（SCLK）、片选信号（CS）、数据格式约定和握手机制来同步数据传输。 - 时钟信号（SCLK）：由主设备生成，用于同步数据的发送和接收。 - 片选信号（CS）：由主设备控制，用于选择当前通信的从设备。 - 数据格式约定：数据通常在时钟信号的边沿上采样，数据的发送和接收格式需要主从设备间预先约定。 - 握手机制：确保数据传输的完整性和顺序性，通常通过硬件或软件的方式来实现。 本文档不仅提供了上述理论知识，还结合实例进行了详细的解释，帮助读者更好地理解和记忆相关知识点，提高嵌入式软件开发面试的成功率。