ARM与STM32常见面试题【备战春招秋招】_stm32 面试题

前言

        该文章只针对面试时面试官提问如何回答的更全更好，看此文章没有讲解太多太细节的知识点。如果知识点本身不会，背诵此文章可能能让你找到一份工作，但不能让你持续的干下去。还是需要自身精通对应知识点。

        该文章适合有学习过ARM框架与STM32单片机的朋友阅读，主要是针对本科应届生。收录了二十道近几年非常经典的ARM与STM32面试题。

        配合阅读 C语言常见笔试题 与 C语言常见面试题 更容易帮您找到一份单片机相关开发工作

基础知识常识部分

        该部分涉及一些知识要点，主要是面试官考察应聘者是否了解底层开发，是否了解相关基础知识概念

一、ARM内核分为哪几类？他们之间有什么区别？

        ARM内核主要分为三类，Cortex-A，Cortex-R，Cortex-M三种，A代表Applications，向用户提供全方位解决方案，主要用于复制的应用场合，比如智能手机、移动计算平台，数字电视、机顶盒、打印机或服务器等。R代表Real-Time Embedded，主要用于实时应用的系统，面向深层嵌入式实时应用，对低功耗、良好的中断行为、卓越性能以及与现有平台的高兼容性这些需求进行了平衡考虑，比如摄像机、智慧汽车等。M代表MCU & FPGA，面向具有确定性的微控制器应用的成本敏感型解决方案，主要是针对微控制器领域开发的，在该领域中，既需进行快速且具有高确定性的中断管理，又需将门数和可能功耗控制在最低，例如玩具，电子手表、音响、游戏手柄等设备。

二、ARM的工作模式有哪些？特权模式有哪些？异常模式有哪些？

User----用户模式
System----系统模式
Abort----数据访问中止异常
Undef----未定义指令异常
FIQ----快速中断
IRQ----外部中断
Supervisor----特权模式
Monitor----监控模式 安全模式（A系列独有）

除了用户模式都属于特权模式，其中安全模式级别更高一些

除了用户、系统、安全模式都属于异常模式

三、简述ARM的寄存器（r11-r15 cpsr、spsr）的作用

R0~R12、R15、CPSR为通用寄存器，在任意一个模式下内核都可以存取，R13、R14与SPSR为私有寄存器，每个模式都有自己独有的。

R0~R10主要用于存放临时数据

R11（fp）frame pointer        用来记录一个栈空间开始的地址（栈底寄存器）

R12（ip）The Intra- Procedure-call scratch register        用来临时存放sp

R13（sp）        通常用作栈指针。指向当前栈的顶部（栈顶寄存器）

R14（lr）          通常用作连接（或返回地址）寄存器。存储子程序返回地址 （链路寄存器）

R15（pc）        通常用作程序计数器，存储下一条要执行的指令的地址。当执行指令时，CPU自动地修改PC 的内容，即每执行一条指令PC增加一个量，使 PC总是指向正在取指的指令地址

CPSR（Current Program Status Register）状态寄存器，记录当前的算数/逻辑操作结果、记录中断禁止标志位、记录当前的状态(ARM / Thumb)、记录当前的操作模式等

SPSR（Saved Program Status Register）临时保存CPSR，当一个异常发生时保存当前的CPSR 值。结合连接寄存器可使处理器返回先前的状态。

四、什么是合法的立即数？怎么判断？

该常数必须对应8位位图，即一个8位的常数通过循环右移偶数位得到该数，该数为合法立即数

判断方法：

首先将这个数转换为32bit的16进制形式。0除外仅有一位数为合法立即数，仅有两位数并且相邻（包括首位相邻）的为合法立即数，仅有三位且相邻（包括首位相邻），且高位必须是1、2、3，低位为4、8、C的组合为合法立即数。

五、什么是嵌入式系统？

嵌入式系统是以应用为中心，以现代计算机技术为基础，能根据用户需求（功能、可靠性、成本、体积、功耗、环境等）灵活裁剪软硬件模块的专用计算机系统

六、单片机最小的系统是什么，有哪些部分组成？

单片机最小的系统通常包括以下几个部分组成：

1. 单片机芯片：单片机的核心部分，包含CPU、内存、IO端口等功能模块。

2. 时钟源：提供单片机运行时钟的源头，用于控制单片机的时序和节拍。

3. 复位电路：用于在上电或复位时将单片机初始化到一个已知状态。

4. 电源管理电路：提供单片机所需的电源，包括稳压电路和滤波电路。

5. 外部晶振：用于提供单片机运行时的时钟信号，通常与单片机内部的时钟模块相连。

6. 外部存储器（可选）：用于扩展单片机的存储容量，如EEPROM、Flash等。

7. 外部接口电路：用于连接外部设备，如LED、按键、传感器等。

这些部分组成了单片机最小系统的基本框架，可以根据具体需求和应用场景进行扩展和定制。

七、什么是IIC，UART，SPI，485，232

I2C（Inter-Integrated Circuit）：是一种串行通信总线协议，用于连接微控制器和外部设备，支持多主机和多从机通信，属于半双工同步通信。

UART（Universal Asynchronous Receiver-Transmitter）：是一种通用的异步串行通信接口，用于在设备之间传输数据，常用于串口通信。

SPI（Serial Peripheral Interface）：是一种同步串行通信接口，用于短距离高速数据传输，支持全双工通信，常用于连接外围设备。

RS-485：是一种串行通信标准，用于远距离通信和多点通信，支持半双工通信，为差分信号，使用双绞线通信，具有抗干扰能力。

RS-232：是一种串行通信标准，用于短距离通信，支持全双工通信，常用于连接计算机和外部设备。

八、HAL库的全称是什么？是什么意思？

HAL代表Hardware Abstraction Layer，意为硬件抽象层，是一种软件层次结构，用于将底层硬件操作与上层应用程序分离，提供统一的接口和抽象，使得应用程序可以更方便地与硬件进行交互，同时实现跨平台和可移植性。HAL库通常用于嵌入式系统开发中，帮助开发人员简化硬件操作和提高代码的可维护性

九、一个16K×32位的存储器，其地址线和数据线分别有多少根？

地址线有14根，数据线有32根

16k是2的14次方，地址线数量为14根

数据线宽度为32位，表示每次可以传输32位的数据

十、简述磁盘、DDR、CACHE、和CPU的功能

磁盘（Disk）：存储数据和程序文件的永久性存储设备。

DDR（Dynamic Random Access Memory）：临时存储正在运行的程序和数据的内存。

CACHE（Cache）：存储CPU频繁使用的数据和指令，提高数据访问速度。

CPU（Central Processing Unit）：执行计算机程序指令的主要组件。

针对项目的常识部分

该部分不涉及知识点，主要考察应聘者是否实际做过开发，是否熟悉自己开发环境。以下题目没有唯一答案，根据芯片的型号作答。若开发时间不长，一定要提前记忆此部分。

以下答案基于STM32F407芯片作答（STMG030或者STMF051答案也类似）

一、项目中使用到的芯片型号？该芯片名字的含义是什么？有哪些外设？

在STM32F407芯片中，型号中的"F"表示该系列芯片是基于ARM Cortex-M4内核的产品。"F"代表Flexible，表示这是一款灵活多样的产品系列。

补充：G系列的G代表General-Purpose，表示这是一款通用用途的微控制器产品。U系列的U通常代表Ultra-Low Power，表示这是一款超低功耗的微控制器产品系列。这些产品通常设计用于对功耗要求非常严格的应用场景，如便携设备、传感器节点等。

包含外设有多个通用定时器、SPI、I2C、UART、GPIO、ADC、DAC、USB控制器、以太网控制器。

二、该芯片的运行内存（RAM）与闪存（FLASH）有多大？总线架构是哪一种？

在STM32F407芯片中，FLASH存储器大小为1MB，RAM的大小为192KB，总线架构为多总线架构

补充1：

在STM32G030与STM32F051芯片中，FALSH存储器大小为64KB，RAM的大小8KB，都为多总线架构。

补充2：

芯片总线架构主要包括以下几种：

1. 单总线结构：所有设备通过一个总线连接，每个设备有唯一的地址，通信时需要进行地址识别。

2. 双总线结构：包括数据总线和地址总线，数据总线用于传输数据，地址总线用于传输地址信息。

3. 三总线结构：包括数据总线、地址总线和控制总线，控制总线用于传输控制信号，如读写控制、时序控制等。

4. 多总线结构：包括多个并行的总线，如系统总线、内存总线、I/O总线等，用于连接不同类型的设备和模块。

三、所使用的传感器通信协议是什么？数据格式是哪个？

此题目需要灵活回答，不同传感器使用协议不同，某一个传感器选择一种通信协议与一种数据格式即可，根据自己项目功能作答。

常见通信协议有以下几种：

1. I2C（Inter-Integrated Circuit）：双线串行通信协议，使用时钟和数据线进行通信。

2. SPI（Serial Peripheral Interface）：四线串行通信协议，包括时钟、数据输入、数据输出和片选线。

3. UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）：串行通信协议，使用异步通信方式，包括数据线、时钟线和控制线。

4. CAN（Controller Area Network）：用于高速通信的串行通信协议，常用于汽车领域。

5. MODBUS：用于工业控制领域的通信协议，包括RTU和ASCII两种数据格式。

6. OneWire：单总线通信协议，只需要一根数据线进行通信。

常见的数据格式如下：

1. ASCII格式：将数据转换为ASCII码进行传输，可读性较好。

2. 二进制格式：直接以二进制形式传输数据，效率较高。

3. JSON格式：一种轻量级的数据交换格式，易于解析和生成。

4. XML格式：一种标记语言，用于描述数据结构和内容。

核心部分

该部分主要涉及一些核心知识点，通信与异常处理的流程，涉及到一些项目开发遇到的问题。

一、I/O口的作用，I/O驱动方式，上拉电阻和下拉电阻的作用？

I/O口（输入/输出口）是单片机与外部世界进行数据交换的接口，其作用是实现单片机与外部设备之间的信息传输和控制。

I/O口的驱动方式包括推挽输出、开漏输出和双向通用引脚。推挽输出可以提供较大的输出电流，适合驱动负载较重的外部设备；开漏输出适合连接到开路/上拉/下拉电路，用于实现信号的共享和多路连接；双向通用引脚可以实现输入输出功能，既可以作为输入端也可以作为输出端。

上拉电阻和下拉电阻通常用于I/O口的输入端，它们的作用是在没有外部信号输入时，通过引入一个预定的电平来确保输入端的电平状态。上拉电阻连接到电源电压，下拉电阻连接到地。当外部设备没有输出信号时，上拉或下拉电阻可以确保输入端的电平稳定，避免出现浮动状态。这样可以有效防止干扰和误操作，提高系统的稳定性和可靠性。

二、看门狗是什么？有什么作用？

看门狗（Watchdog）是一种用于监视和维护系统正常运行的硬件计时器。它的作用是在系统出现故障、死锁或其他异常情况时，对系统进行重启，以使系统恢复到一个可控状态。
看门狗通常由一个定时器和一个计数器组成。在系统正常运行时，软件需要周期性地喂狗（即向看门狗喂送信号），以防止看门狗计时器溢出。如果系统出现故障或软件停止响应，导致无法喂狗，计时器将会溢出，触发看门狗复位，强制系统重新启动，从而恢复到一个可控状态。
通过看门狗，可以提高系统的稳定性和可靠性，防止因软件死锁、死循环或其他异常情况导致系统无法正常工作。

三、UART怎么进行一对多通信

1. 多路复用（Multiplexing）：通过引入多路复用器（Multiplexer）或者软件实现多路复用的方式，将多个UART设备连接到同一个UART总线上。每个UART设备有一个唯一的地址或标识符，发送方根据接收方的地址选择要发送的数据。接收方根据地址识别数据的来源。

2. 总线结构：建立一个UART总线结构，类似于总线系统，其中包含一个主设备和多个从设备。主设备负责控制总线的访问和数据传输，从设备根据主设备发送的命令或地址来响应或发送数据。

四、ARM中断处理流程？

当arm核（core）发生对应异常将做如下处理：
    1、cpsr拷贝到spsr
    2、修改cpsr
                进入ARM状态
                进入对应的异常模式
                禁止中断
    3、把pc保存到lr
    4、修改pc的值指向异常向量表
    
    程序员需要提前设置的内容：
    1、编写对应的异常向量表
    2、告诉ARM核异常向量表地址
    3、编写异常处理函数
                指定一个栈
                压栈保护（r0-r12 lr）
                处理异常
                异常返回
                            出栈（r0-r12 lr）spsr-->cpsr  lr-->pc

五、汇编里面调用C语言，参数的传递是什么样的，要注意那些地方？

首先必须要先设置栈sp，前四个参数通过r0-r3传递，从第五个参数开始通过栈传递，C语言返回时，返回值会写到r0中。C语言代码如果是需要访问全局变量则需要添加volatile关键字。

如果C语言部分是中断服务程序则需要注意不要使用线程不安全函数，比如printf，尽量避免使用引起阻塞的函数，另外该函数没有返回值。

六、串口的一帧的数据格式是什么样的？串口出现了数据乱码有哪些原因？

串口通信中一帧数据通常包含以下几个部分：

1. 起始位：表示数据帧的开始，通常为逻辑低电平。
2. 数据位：实际传输的数据位数，通常为8位，可以是5位、6位、7位或9位。
3. 校验位：用于校验数据的正确性，可以是奇校验、偶校验、无校验等。
4. 停止位：表示数据帧的结束，通常为逻辑高电平。

串口出现数据乱码的原因可能包括：

1. 波特率不匹配：发送端和接收端的波特率设置不一致，导致数据接收错误。
2. 数据位、校验位、停止位设置错误：发送端和接收端的数据位、校验位、停止位设置不一致，导致数据解析错误。
3. 电气干扰：外部电磁干扰或信号线干扰导致数据传输错误。
4. 缓冲区溢出：接收端处理数据速度不够快，导致缓冲区溢出，造成数据丢失或错位。
5. 线路连接问题：串口线路连接不良或接触不良导致数据传输异常。

先检测配置是否正确，若配置正确可以再使用示波器查看线路中波型是否正确，也可以使用万用表查看线路问题。

七、IIC的时序图是什么样的？数据出现乱码的原因有哪些？

注意I2C每帧数据位为8位。I2C地址为7位

I2C（Inter-Integrated Circuit）的时序图通常包括以下几个部分：

1. Start Condition：开始条件，SCL为高电平时，SDA由高变低表示开始条件。
2. Address + R/W Bit：地址和读/写位，从器件地址后跟一个读/写位。
3. Acknowledge Bit：应答位，主设备发送数据后，接收设备会发送一个应答位。
4. Data Transfer：数据传输阶段，包括主设备发送数据、接收设备应答、接收设备发送数据等。
5. Stop Condition：停止条件，SCL为高电平时，SDA由低变高表示停止条件。

I2C数据乱码可能的原因包括：

1. 时钟频率不匹配：主设备和从设备的时钟频率设置不一致，导致数据传输错误。
2. 线路干扰：外部电磁干扰或信号线干扰导致数据传输错误。
3. 地址设置错误：主设备发送的地址错误或从设备地址设置错误，导致数据传输混乱。
4. 数据线连接问题：SDA线连接不良或接触不良导致数据传输异常。
5. 应答错误：接收设备未正确应答或主设备未正确识别应答信号，导致数据传输错误。

电路相关知识

该部分主要是考察应聘者是否能够读懂电路图，了解常见的元器件作用

一、三极管的导通方式与使用

三极管（晶体管）是通过控制基极电流来控制集电极和发射极之间的电流流动的。具体来说：

• NPN三极管导通：当NPN三极管的基极与发射极之间施加正向电压时，基极-发射极间的电压将使得基极-发射极间的电流增大，从而导致集电极-发射极间的电流增大，使得三极管导通。

• PNP三极管导通：PNP三极管与NPN相反，当PNP三极管的基极与发射极之间施加负向电压时，基极-发射极间的电流将使得基极-发射极间的电流增大，从而导致集电极-发射极间的电流增大，使得三极管导通。

NPN和PNP三极管的使用如下：

• NPN三极管：常用于低电平控制高电平的电路中，例如开关、放大器等电路中。在NPN三极管中，基极与发射极之间施加正向电压时，三极管导通，否则截止。

• PNP三极管：常用于高电平控制低电平的电路中，例如开关、放大器等电路中。在PNP三极管中，基极与发射极之间施加负向电压时，三极管导通，否则截止。

二、MOS管的用法

MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是一种场效应晶体管，常用于电子设备中。其功能和用法包括：

1. 放大器应用：MOS管可以用于放大音频信号、射频信号等。
2. 开关应用：MOS管可以用于电源管理、驱动器、电机控制等领域。
3. 数字逻辑应用：MOS管可以用于构建逻辑门、存储器单元、微处理器等数字电路。

三、推挽开漏的原理

推挽开漏是一种常用的数字电路输出结构，通常用于驱动负载，如舵机、继电器等。推挽开漏结构由两个晶体管组成，一个是NPN型晶体管，另一个是PNP型晶体管。下面是推挽开漏结构的工作原理：

1. NPN型晶体管（上拉）：NPN型晶体管的集电极连接到正电源，发射极连接到输出引脚，基极通过控制信号控制。当NPN晶体管导通时，输出引脚连接到正电源，输出为高电平。

2. PNP型晶体管（下拉）：PNP型晶体管的集电极连接到负电源，发射极连接到输出引脚，基极通过控制信号控制。当PNP晶体管导通时，输出引脚连接到负电源，输出为低电平。

3. 工作原理：在推挽开漏结构中，当NPN晶体管导通时，输出为高电平；当PNP晶体管导通时，输出为低电平。通过控制这两个晶体管的导通与截止，可以实现输出引脚的高低电平切换，从而控制外部负载的通断。

4. 优点：推挽开漏结构具有较高的驱动能力和良好的抗干扰能力，适合驱动各种负载。

5. 应用：推挽开漏结构常用于需要控制电平切换的场合，例如驱动继电器、舵机、LED灯等。

推挽开漏结构通过NPN和PNP晶体管的组合，实现了对输出信号电平的有效控制，具有较强的驱动能力和稳定性，适用于多种应用场合。

结语

编写该文章目的主要为想从事相关工作的同学找到一份好的工作，以上题目在面试中经常出现，如果有在外面试的朋友发现有更常见更经典的题目也可以私信告知，后续也会更新到博客当中。

如果有朋友想系统的学习嵌入式相关知识，从事相关的行业，可以私信我，有一些经典的电子档书籍资料和开源网课学习链接。