问答题
阅读下列说明和图，回答问题，将解答填入答题纸的对应栏内。【说明】服务型智能扫地机器人涉及了众多传感器，通过对环境信息的融合感知进行行为决策。同时也设计了丰富的多媒体人机交互系统，实现输入输出功能。
问答题
服务型智能扫地机器人的输入输出终端采用触摸屏技术，李工设计了一款具有触摸功能的显示单元，该显示单元的主板采用X86架构的处理器，触摸控制板的核心是控制芯片，当触摸笔点击触摸面板时，将通过输入端点上传数据报文，格式如图4-1所示。数据报文按照小端字节顺序发送，第一个Byte表示触摸笔的状态，0x70表示Down，0x30表示up，后四个Byte包含触摸笔点击位置的坐标值，Bytel和Byte2表示x轴坐标，Byte3和Byte4表示Y轴坐标。触摸板左上角坐标值为(0，0)，右下角坐标值为(1022，766)。
【正确答案】(1)0x70
(2)0xFF
(3)0x1或者1
(4)0x7F
(5)0x1或者1
【答案解析】触摸屏通过串行通信协议向主机传送数据报文。常用的串行协议包括RS一232、RS一422和RS一485等。尽管串行通信速度较慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。串口通信协议是指规定了数据包的内容，内容包含了起始位、主体数据、校验位及停止位，双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。文中定义了串行数据报文格式，分别是触摸笔的状态、X轴坐标低字节、X轴坐标高字节、Y轴坐标低字节、Y轴坐标高字节。当触摸笔在触摸板中心位置按下时，触摸笔的状态是Ox70，x轴坐标是511(即0x1FF)，Y轴坐标是383(即0x17F)。由于数据报文按照小端字节顺序发送，所以x轴坐标低字节是0xFF、x轴坐标高字节是Ox1、Y轴坐标低字节是Ox7F、Y轴坐标高字节是Ox1。
问答题
该机器人系统内部集成众多传感器，通过现场总线互联起来，构成了底层的网络，选用的CAN控制器内含二个接收缓冲器、三个发送缓冲器，具有灵活的中断管理能力。李工设计了一种采用中断方式的数据接收程序，每当接收寄存器接收到数据时，中断寄存器的接收中断使能，并产生中断信号通知CPU，中断处理程序在读取数据后，清空中断标识位，等待下一次中断。由于两个接收器共享一个中断号，在调试过程中发现，当短时间(毫秒级)接收大量数据时，丢包现象比较严重。李工对上述流程进行了改进，当产生一次中断时，依次查询两路接收器的状态，这样大大提高了数据接收处理能力，减少了系统开销，其处理流程如图4-2所示。
【正确答案】(1)设备中断使能
(2)接收器0有数据
(3)接收器1有数据
(4)接收器0有数据
(5)清除中断标识
【答案解析】一般CPU和外部设备之间的数据传输有查询和中断两种方式。从查询式的传输过程可以看出，它的优点是硬件开销小，使用起来比较简单。但在此方式下，CPU要不断地查询外设的状态，当外设未准备好时，CPU就只能循环等待，不能执行其他程序，这样就浪费了CPU的大量时间，降低了主机的利用率。为了解决这个矛盾，提出了中断传送方式，即当CPU进行主程序操作时，外设的数据己存入输入端口的数据寄存器，或端口的数据输出寄存器己空，由外设通过接口电路向CPU发出中断请求信号，CPU在满足一定的条件下，暂停执行当前正在执行的主程序，转入执行相应能够进行输入／输出操作的子程序，待输入／输出操作执行完毕之后CPU即返回继续执行原来被中断的主程序。这样CPU就避免了把大量时间耗费在等待、查询状态信号的操作上，使其工作效率得以大大地提高。能够向CPU发出中断请求的设备或事件称为中断源。而对其的处理方式即中断处理。当CPU(中央处理器)执行一条现行指令的时候，如果外设向CPU发出中断请求，那么CPU在满足响应的情况下，将发出中断响应信号，与此同时关闭中断，表示CPU不再受理另外一个设备的中断。这时，CPU将寻找中断请求源是哪一个设备，并保存CPU自己的程序计数器(PC)的内容。然后，它将转移到处理该中断源的中断服务程序。CPU在保存现场信息、设备服务(如交换数据)以后，将恢复现场信息。在这些动作完成以后，开放中断，并返回原来被中断的主程序的下一条指令。当中断控制器的输入不够多时，使用共享中断是很有必要的。典型的外部通用异步收发器(UART)，它只有一个中断输出，为不同的内部中断资源所共享，比如：接受中断和发送中断。这些中断在中断控制器内部用“或方式”有效地连接到一块了。使用共享中断时，必须要考虑的是：当两个或更多的中断信号同时产生或相继产生时，会出现什么样的状况?如果不能很好处理的话，就有可能丢失中断信号以及锁定中断线。共享边缘触发中断比较复杂。如果两个中断信号同时产生或相继产生，中断控制器就会只收到一个中断信号。要避免丢失中断信号，中断服务程序必须在离开当前命令行外壳之前检查所有中断资源。共享中断的最简单方式，就是使用电平触发中断类型。这种方式很安全，例如，如果两个中断请求同时要求中断服务，只能处理其中一个，这时中断线不会锁住，仍然能有效工作。而另一个中断请求会照常产生，等待处理。
问答题
该机器人系统按照图4．2的方式接收传感器采集数据，并由上层应用程序对数据进行处理。当应用访问操作速度和底层硬件输入的速度存在较大差异时，采用环形缓冲机制，可以起到良好的缓冲作用，减少丢包率。李工设计的环形缓冲是基于先进先出(FIFO)的原则，并设计了环形缓冲的数据结构，读写指针各自独立，读任务和写任务可以同时访问环形缓冲，无需互斥信号量的介入。但是，在运行多任务时，如果存在多个读任务和多个写任务同时操作环形缓冲，则需要应用互斥操作机制。1．请简述互斥操作的作用。2．为了在多任务环境中能正确使用环形缓冲，不发生读写冲突，增加了读写锁进行保护。应用任务读取环形缓冲的伪代码如下，请完善其中空(1)～(3)处的内容，将答案写入答题纸对应栏内。BOOL bReadLock=FALSE;BOOL bWriteLock=FALSE;intReadRingBuf()(if((环形队列为空)｜｜(1))return 0(2);将环形队列中的数据拷贝到应用缓冲区;调整读指针;(3);返回直接读取数据长度;}
【正确答案】1．互斥操作用来保证共享数据操作的完整性。通过互斥锁保证任一时刻只能有一个应用访问共享对象。
2．
(1)bReadLock为真或bReadLock==TRUE
(2)bReadLock=TRUE或等效形式
(3)bReadLock=FALSE或等效形式
【答案解析】(1)在编程中引入了对象互斥的概念，来保证共享数据操作的完整性。每个对象都对应于一个可称为“互斥锁”的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象。(2)在多任务操作系统中，同时运行的多个任务可能都需要使用同一种资源。互斥锁(mutex)是一种简单的加锁的方法来控制对共享资源的访问，互斥锁只有两种状态，即上锁(lock)和解锁(unlock)。互斥锁的特点有：原子性，把一个互斥量锁定为一个原子操作，这意味着操作系统保证了如果一个线程锁定了一个互斥量，没有其他线程在同一时间可以成功锁定这个互斥量i唯一性，如果一个线程锁定了一个互斥量，在它解除锁定之前，没有其他线程可以锁定这个互斥量；非繁忙等待，如果一个线程已经锁定了一个互斥量，第二个线程又试图去锁定这个互斥量，则第二个线程将被挂起(不占用任何CPU资源)，直到第一个线程解除对这个互斥量的锁定为止，第二个线程则被唤醒并继续执行，同时锁定这个互斥量。互斥锁的操作流程如下：1．在访问共享资源后临界区域前，对互斥锁进行加锁；2．在访问完成后释放互斥锁导上的锁；3．对互斥锁进行加锁后，任何其他试图再次对互斥锁加锁的线程将会被阻塞，直到锁被释放。