中科芯杯

中科芯杯

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l 杯赛题目:基于中科芯FPGA平台的开发与应用设计

l 参赛要求:A组、B组 AB组区别说明请查看章程

l 子题目1:基于中科芯FPGA平台的无人机目标跟踪系统设计

1. 赛题内容

1) 各参赛队针对中科芯提供的旋翼无人机机动测试视频设计基于FPGA的目标跟踪器,实现对视频中无人机目标的稳定连续跟踪,目标跟踪算法必须完全使用FPGA实现。

2) 赛事分为初赛准备、分区决赛及总决赛三个阶段,各阶段中科芯均提供若干段比测视频,每段视频均给出目标尺寸 和第一帧初始位置坐标x1 ,y1,用于提供跟踪算法初始化信息。“跟踪器测试系统如图1所示,测试设备将受试视频经HDMI接口发送至FPGA开发板,并通过串口接收其跟踪坐标结果。各参赛队可以选择将个人计算机作为测试设备,通过下载主办方提供的上位机软件(点击下载)实现上述功能。”各参赛队设计的跟踪器须对每段视频分别进行测试,结果以跟踪结果输出坐标精确度为准。初赛准备及分区决赛阶段组委会不提供开发平台,各参赛队应自行选择带HDMI接口芯片的Virtex5、6、7或 Artix-7 系列开发平台进行实现。初赛准备和分区决赛阶段比测视频从官网下载。

3) 决赛阶段,中科芯将向入围决赛的队伍提供中科芯FPGA开发平台,入围决赛队伍须在总决赛阶段将跟踪系统移植至中科芯提供的开发平台上。总决赛阶段比测视频现场发布。考虑到决赛阶段的工程移植便利性,建议各参赛队采用以下输入输出接口配置:参赛队跟踪器图像输入采用标准HDMI接口,目标初始位置坐标采用RS422异步串口输入,跟踪位置坐标采用同一串口输出。

如下图所示:

图1 参赛队跟踪器接口配置要求

4) 主办方将根据分区决赛评审成绩,遴选优胜者(暂定15晋级总决赛,并邀请至中科芯公司,集中参加中科芯FPGA平台的培训教学,现场移植至中科芯FPGA平台并进行现场评审。

2. 赛题指标

1) 中科芯提供的测试和比赛用视频均为彩色,8bit位深,分辨率为720P@25FPS,视频格式为AVI,视频中无人机目标大小>20X20pixel,时长约30秒赛题跟踪难度可参考初赛阶段官网发布的受测视频。

受测视频1  受测视频2  受测视频3  受测视频4

                    视频中目标左上角初始位置坐标(x,y),目标尺寸(w,h):

                    视频1为564,305,132,48;视频2为720,312,66,30 ; 视频3为820,241,110,44;视频4为592,325,40,20


2) 参赛方跟踪器在受试过程中禁止人工干预,但允许跟踪器具备自动参数调整和跟踪丢失后的目标自动重捕功能。

3) 比赛结果按各参赛队跟踪精度性能指标进行排名。精度指标衡量方法基于VOT挑战赛的无监督(unsupervised)模式,以全部受测的 帧图像内,算法跟踪结果波门与实际波门平均重合率AO(Average Overlap)描述。

其中, 表示跟踪结果波门与真实波门重叠面积, 即目标面积由组织方给。若目标跟踪丢失,则跟踪器在当前帧得分为0。因此,参赛队应谨慎设计算法,确保连续跟踪,并视需求加入丢失后重捕机制。最终性能将以多段比赛视频测试AO指标累加结果为准,排名则依据AO指标从高到低排列

3. 作品提交

1) 设计报告

a) 作品展板(团队介绍、项目心得体会、项目研发情况、技术创新点、后续工作);

b) 作品PPT(团队介绍、项目心得体会、项目研发情况、技术创新点、后续工作);

c) 详细的系统设计方案word(算法思路、软件架构设计说明、硬件资源分配方案);

d) 系统展示图片与视频。

2) 设计数据

a) 电路设计原理图(PDF格式);

b) FPGA源代码(建议Verilog);

c) 算法仿真测试源代码(MatLab测试和FPGA测试)。

4. 评分规则

1) 初赛准备阶段

初赛准备阶段重点考察验证跟踪功能在FPGA平台的实现情况。各参赛队通过赛事官网下载测试视频,据此开展算法设计和硬件实现,完成后提交设计报告和仿真结果视频。

2) 分区决赛阶段

分区决赛阶段重点考察各参赛队跟踪器跟踪性能。测试数据及设备由中科芯现场提供,该测试数据与初赛准备阶段具有相似成像质量和跟踪难度。

评委综合以下2个方面给出评分:

a) 跟踪性能AO指标(80分)

b) 设计报告(20分)报告结构清晰、重点突出、论述充分(10分);展示图片、视频清晰且说明清楚(10分))

3) 总决赛阶段

总决赛阶段持续五天,其中第1天培训中科芯FPGA平台的使用,第2、3、4天现场移植与调试,第5天进行评审打分。

现场重点考察各参赛队在中科芯FPGA平台移植跟踪器的能力,及跟踪器跟踪性能。中科芯将在现场发布测试视频,跟踪难度在分区决赛阶段基础上略有提升。参赛队进行跟踪性能比测,跟踪器移植失败的参赛队将以原平台参加比测。

a) 跟踪性能AO指标(40分)

b) 移植成功(30分)

c) 设计报告和答辩(20分)(其中,报告结构清晰、重点突出、论述充分(10分);

针对中科芯FPGA平台的移植经验,改进建议(10分))

d) 工程、代码规范性(10分)(代码结构清晰,可读性强)


子题目2:基于中科芯FPGA平台的CAN IP核开发

1. 赛题内容

1) CAN IP核开发:参赛团队提供IP的设计方案,包括实现协议结构框图,程序实现流程图及仿真验证系统结构。

2) 初赛准备及分区决赛阶段组委会不提供开发平台,各参赛队应自行选择Virtex5、6、7或 Artix-7 系列开发平台进行实现决赛阶段,中科芯将向入围决赛的队伍提供中科芯FPGA开发平台,入围决赛队伍须在总决赛阶段CAN IP核移植至中科芯提供的开发平台上。

3) CAN IP核实现以下功能:

a) ISO 11898 -1CAN 2.0ACAN 2.0B标准

b) 支持1Mbps的比特率

c) 发送消息FIFO,支持达64条消息的用户可配置深度

d) 通过一个优先级发射缓冲器传送优先级信息

e) 一旦发生错误或仲裁损失,就会自动重发

f) 支持11-bit identifier29-bit identifier

g) 支持休眠模式和自动唤醒

h) 发射和接收消息FIFO的用户可配置深度高达64条信息

i) 4个可编程滤波器的参数化选通滤波器

j) 可屏蔽误差和状态中断

k) 可读的错误计数

4) 主办方将根据分区决赛评审成绩,遴选优胜者(暂定15支晋级总决赛,并邀请至中科芯公司,集中参加中科芯FPGA平台的培训教学,现场移植至中科芯FPGA平台并进行现场评审。

2. 赛题指标

1) 可移植的CAN IP核代码;

2) 仿真结果至少满足赛题内容中列举功能需求;

3) 上板测试可实现数据传输对传。

3. 作品提交

1) 设计报告

a) 作品展板(团队介绍、项目心得体会、项目研发情况、技术创新点、后续工作);

b) 作品PPT(团队介绍、项目心得体会、项目研发情况、技术创新点、后续工作);

c) 详细的系统设计方案word;

d) 系统展示图片与视频。

2) 设计数据

a) 系统原理图,采用TJA1050接口芯片;

b) 软硬件代码,资源使用及时序报告;

c) 仿真和测试结果。

4. 评分规则

初赛准备与分区决赛阶段将重点考察CAN IP核实现完成情况。

总决赛阶段持续五天,其中第1天培训中科芯FPGA平台的使用,第2、3、4天现场移植与调试,第5天进行评审打分。在移植成功的前提下,主要考虑以下几点:

1) 仿真测试功能全面,IP核仿真结果符合描述预期(30分)

2) 实现基本(非可自选)赛题要求功能(40分)

3) 现场演示,实现额外(可自选)赛题要求功能(20分)

4) 设计报告(10分)(报告结构清晰、重点突出、论述充分)

注意事项:

1. 参加企业命题杯赛的作品,杯赛出题企业有权在同等条件下优先购买参加本企业杯赛获奖团队作品的知识产权。

2. 大赛组委会和杯赛企业对参赛作品的提交材料拥有使用权和展示权。

3. 因中科芯FPGA平台只于总决赛阶段在中科芯公司(无锡市)现场提供,故须在总决赛评审前提前统一在中科芯公司现场培训和移植调试,主办方将在分区决赛结束后尽快通知入围队伍前来。

假如主办方总决赛常规时间为8月20-21日在南京举行,暂定中科芯杯两个赛题的总决赛队伍将于15日集中培训中科芯FPGA平台的使用,16、17、18日现场移植与调试,19日现场评审。

4. 中科芯杯总决赛选用的自主FPGA,是基于SRAM配置的高密度可编程逻辑阵列电路,包含了240行×78列共18720个可编程逻辑块、1032DSP 48E Slice18576K的可编程 Block RAM以及可编程端口、CMT1PCIE4GMAC24个高速Serdes等模块。

以上指标和资源作为参加总决赛移植前的初赛与设计参考。