RISC-V挑战杯

RISC-V挑战杯


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子题目1: 基于SiFive Learn Inventor开发板制作“竞速避障小车”的设计

1. 参赛要求:A组

2. 赛题说明:

1) 主控板:使用SiFive Learn Inventor作为主控板,熟悉RISC-V E310_G003 MCU及其外部接口的使用。

2) 避障元件:使用超声波、激光测距元器件等,实现避障信息采集及避障控制。

3) 行走元件:使用不限轮数的小车,实现行走、控速、刹车、转向等避障执行工作。

3. 比赛说明:

1) 赛道为不规则赛道,赛道长度固定

2) 赛道宽度固定

3) 部分赛道左右边界高度固定:塑胶拖链(全封闭式)

4) 障碍物尺寸固定

5) 建议小车用下列型号:

小车采购参考地址:https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.5-c-s.w4002-17798475675.24.7b5f3f462dmxRH&id=606050072615

6) “竞速避障小车的设计” 决赛赛题的重点不在于循迹而在于避障与竞速。赛道两旁有黑色边界(见赛道规则),传感器如红外可用以避免走出赛道边界,也可以用以确定赛道的方向,从而正确地在赛道内行驶。小车主要使用超声进行避障。

为了保证决赛赛题有一定的难度,赛题尽量避免了使用如添加引导线的方式来辅助小车在赛道内正确行驶,推荐使用一些控制算法来保证小车正确的行进方向。

4. 比赛规则:

参赛者将小车放置于出发点,准备时间为60秒,参赛者释放小车后,小车头部驶入赛道视为比赛开始,头部驶出赛道视为比赛结束;比赛过程中,小车应保持在赛道内,并正确完成避障功能;为体现智能性,小车在启动后为全自动行驶,比赛过程中禁止对小车的运动进行人为干扰(包括遥控、手势控制等)。

5. 赛评分规则:

1) 成功避障数量

2) 行驶时间

3) 行驶稳态

4) 本题目以小车避障数量为前提同时考核小车行进速度

6. 比赛技巧:

1) 准备60秒时,可进行赛道扫描,做初步行进计算(只能使用参赛小车及大赛允许的外设,严禁使用如PC机等方式进行扫描);

2) 启动方式,采用非接触式启动更理想;

7. 比赛设备:

参赛队伍利用SiFive Learn Inventor开发板,完成基于SiFive E310_G003芯片的应用设计:

SiFive Learn Inventor开发板上有以下组件:

1) 蓝牙/WiFi模块;

2) 6x8“宽屏”RGB LED阵列;

3) eCompass 模块提供3轴加速度和磁力仪信息还能够检测自由落体;

4) 环境光传感器;

5) 温度计在-40°至+85°C(-40°至+185°F)范围内精确至1°C;

6) 通过板上的协处理器访问的12位高速A/D转换器(四个),

使用Freedom Studio工具编写并生成软件程序,实现GPIO输出引脚跟随GPIO输入引脚变化。将对应的输入、输出引脚连接至板上开关与LED,确认程序正确运行。

小车、超声波等外设元器件,学生可自行购买。在使用外设时,应注意的是:

1) SiFive Learn Inventor开发板上外设,传感器等都允许被运用。鼓励大家充分探索,发挥自己的想象力和创造力,在规则允许的范围内发挥SiFive Learn Inventor开发板的潜力。

2) 可使用光敏对管(如红外传感器模块,光电开关),严禁使用树莓派,OpenMV等外加扩展板方式,以免违背RISC-V挑战杯的初衷。

3) 其他传感器模块,允许使用陀螺仪,霍尔编码器,光电编码器,光电传感器,超声测距等几种传感器的成品模块;光电传感器中禁止使用COMS图像传感器,可以使用线性CCD(如TSL1401CL)。应注意的是,添加的任何模块中不能含MCU或者其他可编程器件,否则视为违规并取消比赛资格。

4) 除了上述模块电路允许购买成品模块之外。允许自制拓展电路或者对推荐小车进行改造。如果不使用指定的小车,可以自己添加其他电路如电机驱动,电源模块。能自行为SiFive Learn Inventor开发板设计硬件扩展版是加分项。拓展电路(自行设计或者购买成品)中禁止使用其他可编程器件(包括MCU、FPGA、DSP等)。

5) 车模部分可以使用推荐的小车,也自制车模或者购买成品车模套件(成品车模套件只包含小车机械结构,车轮,电机或舵机,不允许有成品电路,电机或舵机的最大工作电压不超过6V)。对于车模的尺寸不做限制,但要注意控制车模大小保证能完成比赛中的避障任务。

8. 决赛评分规则:

内容

评分要求

分值

1.   完成基于SiFive Learn Inventor开发板的应用设计

1. 使用赛题内容的SiFive Learn Inventor开发板,正确使用开发板外部的资源;

2. 在硬件平台上实现系统,并正确编译、下载软件程序,现场编程调试,通过按键或任意操控方式改变LED等的闪烁方式或频率证实系统运行情况;

10分

2.   完成设计

1. 详实规范的设计文档

2. 编写软件代码;

10分

3.   按照要求通过赛道

1. 评委首先根据小车成功通过赛道的时间给出基础分

2. 小车偏离赛道(或触碰赛道边缘)一次扣5分

3. 速度不稳定扣5分

4. 触碰障碍一次扣5分

5. 若通过赛道的方式在规则允许范围内有难度、有新意、能充分体现大赛的初衷,评委可视情况加分,总加分不超过10分。

以上扣分项扣完即止,加分项加满(即此项已达到60分)即止。

60分

4.   现场演示与解说

现场演示与解说团队所实现的功能

20分

9. 作品提交:

1) 设计报告(Word与PPT格式并呈,内容包含团队介绍、系统设计方案、功能仿真及测试结果图、系统展示图片或视频、技术创新点、后续工作):

2) 设计数据:系统原理图、软硬件代码,仿真和测试结果;

3) 现场测试比赛

10. 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) 本杯赛两个赛题方向各产生一名企业大奖,共同分享企业大奖奖金。

12. 赛道规则

赛道基本参数(不包括拐弯点数目、位置以及整体布局)

赛道路面用专用白色KT基板制作,跑道所占面积在3m×5m左右。

赛道宽度不小于45cm。赛道与赛道的中心线之间的距离不小于60cm。如下图所示:

1赛道宽度及间距

铺设赛道地板颜色不作要求,它和赛道之间可以但不一定有颜色差别。

跑道表面为白色,赛道两边有黑色线,黑线宽25mm±5,沿着赛道边缘粘贴。

跑道包括直线赛道、大弯道、小s弯道,赛道上最多出现两段小s弯道。

2赛道颜色及边线

在赛道中的小S弯道上会出现虚线赛道。每段虚线赛道的长度不超过2米。小S弯道由若干段圆弧组成。圆弧的半径范围在5060厘米,圆弧的对应的角度小于60°。虚线由长度为10厘米,宽度2.5厘米的黑线段相间10厘米组成。赛道上最多出现两段虚线区域。虚线赛道的规格参见下图:

3 S虚线赛道

赛道直线区会有长度不超过1米的路障区域。赛道上最多出现两段路障区域,每段区域路障不超过3个。路障是由多层KT板裁切而成,路障的长度小于1/2赛道的宽度,路障的宽度为10厘米,设置在。具体参数见下图所示:

4中的路障区


子赛题1讲解视频




l 子题目2:RISC-V 片上系统设计——身份识别应用

1. 参赛要求:A组、B组 AB组区别说明请查看章程

2. 赛题内容:

利用RISC-V处理器在DIGILENT可编程逻辑平台上构建片上系统,实现身份识别系统应用。须包含:1.图像采集2.图像处理3.人机交互功能,观察并优化系统的性能。

3. 基础功能要求:

使用开源的RISC-V处理器IP(rocket-chip/ PULPino/Hummingbird E200/Ariane等),在你的可编程逻辑平台上构建简单的RISC-V片上系统。
系统应至少包含:

RISC-V处理器;

利用片上或板上资源实现的ROM与RAM;

与芯片外部引脚连接的GPIO外设。

使用对应的工具编写并生成软件程序,实现GPIO输出引脚跟随GPIO输入引脚变化。将对应的输入、输出引脚连接至板上开关与LED,确认程序正确运行。

将RISC-VSoC的至少8路数字I/O或2路模拟I/O连接到硬件逻辑分析仪或示波器通道上(推荐采用Analog Discovery Studio), 在硬件逻辑分析仪或示波器上显示出“RISC-V”字样(任意字体)(类似下面逻辑分析仪中的”春节快乐!”)



基础功能部分同时需要实现简单的以太网图像数据获取功能:图像获取部分功能实现如上图,在FPGA中实现以太网通信接口及缓存,作为RISC-V片上系统的一个外设,编写软件程序,能够通过以太网接口与外部的FTP/tFTP服务器通信,并从服务器上获取已经准备好的图片数据,通过软件程序控制能够将获取到的图片数据依次显示在外设液晶屏幕上。

4. 进阶功能要求:



进阶功能一:除了通过以太网口获取FTP服务器上已经存有的图像外,在FPGA中编写图像传感器的接口和数据缓存,作为RISC-V片上系统的另一个外设,并编写软件程序,将图像传感器(可以是Pcam 5C也可以是其他图像采集传感器)的采集结果显示在开发平台外接的液晶屏上。

进阶功能二:在RISC-V上编写软件程序,对从FTP服务器上获取的图片信息进行识别,并显示在LCD屏上。可以在FPGA中设计硬件加速器,帮助RISC-V处理器加快识别的速度。

利用以上实现的识别系统,进行20个身份识别挑战赛:

5. 身份识别提供两种方式(参赛队任选其中一种)

方式一:通过身份证号进行图像识别

测试图片由“身份证号生成器”生成(png或 jpg格式或raw data格式);组委会会提前存放到现场的FTP服务器中,模拟身份证由18位数字组成,此次识别限于18位身份证数字和字母组合。

测试时,参赛队启动程序,RISC-V片上系统将开始从服务器上获取20张图片,并进行识别,识别完成并将结果显示在外设液晶屏上之后,RISC-V片上系统给FTP服务器上传一个含有结果信息的txt文件。 FTP服务器将记录该txt结果文件时间戳,与启动程序零时刻相减,间隔绝对时间以及正确率作为评判标准。

方式二:通过人脸进行身份图像识别

测试图片由“人脸生成器”生成(png或 jpg格式或raw data);组委会会提前存放到现场的FTP服务器中,待识别人脸照片库将由20张照片组成。

测试时,参赛队启动程序,RISC-V片上系统首先将获得一张随机生成的匹配人脸A(获得人脸A的方式由参赛队自行选择:1.通过camera直接拍摄获取 2.通过以太网接口从组委会FTP服务器中获取),并进行记录。

其次,RISC-V片上系统通过以太网接口从组委会提供的FTP服务器上获取20张人脸数据库,并准确找出与匹配人脸A一致的那一张人脸,将对应的人脸编号写入一个txt文件,传回FTP服务器。

FTP服务器将记录该txt结果文件时间戳,与启动程序零时刻相减,间隔绝对时间以及正确率作为评判标准。每队将有5次人脸识别测试。

最终得分以速度排序,时间越短的参赛队成绩越好。身份证号识别错误2张以上取消进阶功能部分成绩;人脸识别错误4次及以上取消进阶部分成绩。身份证号识别在2张错误以内,每错一张时间罚4秒。人脸识别,错误在4张以内,每错一张时间罚4秒。

若有参赛队伍成绩不分上下, 由组委会现场随机生成新的一组身份信息(可能超过40张), 按准且快的原则评选奖项.

6. 作品提交:

设计报告:

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)

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)

系统设计方案

功能仿真及测试结果图

系统展示图片、或视频

设计数据:

系统原理图、软硬件代码,仿真和测试结果;

现场测试比赛

7. 评分规则:

内容

分值

评分要求

1.   完成RISC-V片上系统的基础设计

20分

1.  正确获得RISC-V IP,正确使用内部总线连接存储器与外设;

2.  在硬件平台上实现系统,并正确编译、下载软件程序, 现场编程调试,通过按键改变LED等的闪烁方式或频率证实系统运行情况;

3. 能够使用基本I/O在逻辑分析仪(多路数字波形输出拼接)或示波器上(李萨茹图形)显示出RISC-V字样

2.   具有以太网获取FTP图像并显示在液晶屏上的功能

10分

1.  详实规范的设计文档

2.  编写软件成功实现以太网FTP通信获取    FTP上的图像数据;

3.  数字接口设计的功能仿真结果等可视化成果,将图像数据显示在外设液晶屏上;

3.   图像识别算法的实现

15

1.  图像识别算法的详实设计方案

2.  图像处理协处理器的功能仿真结果等可视化成果

4. 具有人脸识别功能

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同时具有OCR, 人脸识别功能

5. 完成图像传感器芯片的数字接口设计,并作为与RISC-V片上系统的外设

10

1.    详实规范的设计文档

2.    编写软件成功实现图像采集;

3.    数字接口设计的功能仿真结果等可视化成果;

4. 可直接拍摄人像或照片进行人脸识别

6.   现场演示

30分

1.   现场演示图像识别功能

2.   追求更高的识别正确率和速度

8. 参赛平台:

1、本题目可选用任意一款DIGILENT Artix-7系列开发板(Basys 3,Nexys A7/Nexys4 DDR, Nexys Video, Arty A7-35T/100T)以及Spartan-7系列开发板(Arty S7),摄像头感光芯片为OV5640即可,可连接MIPI接口的Pcam-5C模块。

2、组委会测试平台基于Nexys A7/Nexys4 DDR搭建,并提供一定数量的Nexys A7/Nexys4 DDR平台免费租借(参赛队伍赛后归还即可,如人为损坏或遗失将影响参赛保证金的退还)。

3、Nexys4 DDR平台申请方式:完成报名后,填写申请表,提交至jing.zhou@digilent.com.cn抄送xiejunwei@s-chiptech.com,邮件主题为“第四届集创赛美国DIGILENT科技工具申请”,待企业通过方案后,统一发放。(原则上每校每院只能租借一块)。申请表下载

4、如未申请到或有其他需求,可自行购买,DIGILENT官方淘宝店:https://digilent.taobao.com/。

5、SoC 基本I/O在逻辑分析仪/示波器上显示”RISC-V”字样的测试环节, 会基于DIGILENT口袋仪器或传统硬件仪器来进行。

9. 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) 本杯赛两个赛题方向各产生一名企业大奖,共同分享企业大奖奖金。