第九届集创赛杯赛题目——飞腾杯
飞腾杯
二、参赛组别：A组、B组
飞腾芯片作为国内自主CPU芯片的领先品牌，在高性能计算、云计算及边缘计算领域成就显著。它兼容ARMV8指令集，凭借多核并行处理和低功耗高效能特性，广受业界好评。随着数字化转型加速，飞腾平台应用范围不断扩大，推动产业升级。
信息技术的迅猛发展催生了对计算能力的巨大需求，促使芯片设计向多核、异构多核演进。然而，这也带来了新的挑战，包括并行编程、资源调度等难度。为此，飞腾平台及开源项目为开发者提供丰富工具资源，助力构建高效稳定系统。此外，开源项目的开放性和可定制性赋予了开发者更多的选择空间。
赛题《基于飞腾平台的多核系统创新应用设计》，旨在深挖飞腾CPU多核等硬件能力的潜力，推动基于飞腾硬件平台的多核系统设计与应用的新突破。
四、赛题说明及要求
本赛题鼓励参赛者基于飞腾CPU平台及其丰富的开源软件项目生态，设计并开发一款创新性的应用系统。该系统应充分发挥飞腾CPU在多核并行处理方面的卓越性能。
核心基础功能，系统的基础架构应突出飞腾CPU的多核并行处理能力，体现其在高效计算和数据处理方面的优势。进阶创新任务需深度技术整合，结合飞腾开源技术或其他适宜的开源技术，进一步释放飞腾芯片的多核处理潜力，实现系统性能的显著提升。此外，需实现稳定性与可靠性优化，确保系统在各种应用场景下保持稳定运行，提供用户满意的体验。
参赛作品可重点关注三个方面。创新性，系统在功能设计和技术整合方面的创新思维和实践；性能优化，飞腾CPU多核并行处理能力的有效利用和体现；稳定性与可靠性，系统在不同应用场景下的运行稳定性和用户体验质量。
2.参赛作品要求
（1）基础任务
基于飞腾平台，设计并开发一个具有创新性的应用系统，要求该系统能够充分利用飞腾CPU的多核并行处理能力，充分展示其在实际应用场景中的高效性和性能优势。
（2）进阶任务
基于飞腾平台，参赛队伍可深度整合飞腾或其他开源项目来实现作品功能，进一步释放飞腾多核处理器的性能。参赛团队可参考以下开源项目：
Phytium-openAMP该项目旨在促进跨处理器通信和资源管理，适用于需要高效跨处理器协同工作的应用场景。
Phytium-Jailhouse基于Linux的轻量级虚拟化开源项目,适用于实时性和安全性较高的场景。
参赛队伍可根据具体情况选择其他适宜的开源项目。
（3）硬件平台要求
必须使用飞腾CPU平台
推荐使用飞腾派开发板
其它飞腾开发平台，可参考附录《飞腾开发板介绍》
Note：飞腾公司提供一定数量的飞腾派开发板、天固开发板、翰博薇开发板免费借用，详情请见附录2《飞腾开发板借用》。
（4）作品其它要求
如果本次参赛作品参考了往届参赛作品或者在原有作品上进行了改进，则需明确描述本次参赛作品的改进点。如果评委判定为与往届作品类似，但是没有明确改进说明，会影响最终成绩。
3.软硬件参考
（1）硬件参考
硬件平台：基于飞腾CPU开发板
推荐开发板：飞腾派
可参考附录《飞腾开发板介绍》
（2）软件参考
飞腾派资料下载专区：www.iceasy.com/cloud/Phytium
本次赛题的进阶挑战旨在深度整合飞腾平台的开源技术，或选择其他相适配的开源技术，以期更全面地发掘并利用飞腾芯片的多核处理能力。为此，我们特别举出Phytium-openAMP与Phytium-Jailhouse这两个框架作为示例，供参赛者参考与学习。
Phytium-openAMP是一个适配飞腾平台的开放多核加速框架，它能够有效利用飞腾芯片的多核架构，实现高效的任务并行处理和数据通信。通过该框架，开发者可以 轻松地实现多核间的协同工作，从而提升整体系统的性能。
如上所示为基于飞腾CPU构建的多核系统应用示意图。参赛者可以根据自己的设计部署多核应用系统。不同的核上可以部署裸机Bare Metal、实时操作系统FreeRTOS、Linux等多种形态。
参考飞腾嵌入式OpenAMP 技术解决方案，目前飞腾公司已经提供标准的API，解决多核系统中的通信标准化问题，且已经提供了主、从核的多核部署参考实例，参赛者可以基于飞腾公司提供的示例框架以及标准的通信模组，开发出具有创新应用的多核系统。
以下是飞腾公司提供的主从核系统实现举例列表：
Jailhouse是一个基于硬件虚拟化的隔离框架，它能够在物理硬件上创建多个独立的、安全隔离的虚拟环境。在飞腾平台上，Phytium-Jailhouse可以进一步发挥多核处理器的优势，通过硬件级别的隔离机制，确保不同任务或应用之间的安全性与独立性。
如上所示，Jailhouse是一个嵌入式系统的虚拟化工具，是用来进行硬件分割的hypervisor,实时性比较好，隔离的安全性也比较好。它将硬件资源进行静态分区，每个分区称为一个cell， 每个 cell 之间相互隔离，并且拥有只属于该 cell 的硬件资源(CPU、内存、外设等)，运行在 cell 内的软件 或操作系统称为 inmate。 Jailhouse 的第一个 cell 叫 root cell，这是一个特权 cell，在 root cell 内运行着一个 Linux 系统， Jailhouse 依赖该 Linux 系统进行硬件初始化和启动(bootstrapping)。在运行时，Jailhouse Hypervisor 作为固件镜像加载，在 Linux 执行引导程序前通过设备树在指定的内存区域为 Jailhouse Hypervisor 预留一段专有内存。除了 root cell 的其它 cell 统一称为 non-root cell（或是 guest cell），与其它 Hypervisor 的客户机概念类似。
参赛作品的应用场景可以涵盖所有可能的行业与领域，包括但不限于交通出行、工业自动化、农业自动化、医疗健康、智能家居、环境监测、智能电网、无人机监控以及个性化推荐等多个方面。以下列举的一些具体实例，供参赛者参考。
如下所示为以飞腾平台构建的一个数据采集应用系统，该系统包含数据采集、数据处理和数据输出模块，系统要并行处理数据采集、处理、显示任务，最大程度上体现飞腾CPU 多核并行处理任务的能力。要求设计要具有一定的创新性。
如下所示为以飞腾平台构建的一个手持式仪表应用系统，该系统利用飞腾CPU的多核可并行工作的特点，使用从核slave core 完成AD数据采集, 建议使用合理的采样频率，充分发挥从核slave core的高实时性优势。
从核进行简单的数据打包处理后，利用核间通信将数据传输给主核，主核master core对接收的数据进行处理，送到人机接口HMI进行显示。
建议系统设计增加数据存储和回调显示功能，充分发挥主核master core的高性能优势。
（3）智能驾驶应用
如下所示为基于飞腾平台构建的智能驾驶+安全制动系统。根据应用场景的任务建议可做如下安排：
主核部署高性能系统(Linux), 借助Linux系统的易用性和丰富的软件资源，实现AI智能驾驶功能，主要处理的任务如路况数据分析、自动避障、自动导航、自动停车入位等等。
从核部署高实时系统(RTOS /Bare Metal),用于各类传感器数据获取，例如钥匙控制，剩余电量、温湿度、胎压监测等等。此外提供安全制动功能。
如下图所示为基于飞腾平台构建的机械臂运动控制+安全制动系统。根据应用场景的任务建议可做如下安排：
主核部署高性能系统(Linux), 借助Linux系统的易用性和丰富的软件资源，实现机械臂运动控制功能，主要处理的任务如运动控制、轨迹监控、断点恢复和联机控制等等。
从核部署高实时系统（RTOS/Bare Metal），用于各类传感器数据获取，例如限位开关，温湿度采集、风扇控制等等。提供安全制动功能。
作品汇报 | 1）作品汇报PPT 内容：主要工作、创新点、结果、结论 文件格式：.pptx 或者.ppt 页数：不超过30页 如果本次参赛作品参考了往届参赛作品或者在原有作品上进行了改进，则需明确描述本次参赛作品的改进点。如果评委判定为与往届作品类似，但是没有明确改进说明，会影响最终成绩。 2）作品汇报视频 内容：作品汇报PPT的讲解 时长：控制在10分钟内 3）作品演示视频 内容：演示作品 时长：控制在5分钟之内 文件格式：.mp4 |
设计文档 | 1）内容要求 系统需求分析：详细定义系统需要实现的功能、需要达到的性能指标 系统架构设计：结构选择、模块划分、技术选型、接口描述 系统详细设计：开发板连线图、软件流程图、关键代码分析等 系统测试与分析：对照需求功能实现验证、性能达标验证 2）格式要求 word文档 其它要求 如果本次参赛作品参考了往届参赛作品或者在原有作品上进行了改进，则需明确描述本次参赛作品的改进点。如果评委判定为与往届作品类似，但是没有明确改进说明，会影响最终成绩。 |
软件代码
| 源代码 源代码要求提交工程文件，写明软硬件工作平台，可直接测试验证，源代码注意编码规范，有必要的履历、注释，工程代码与设计报告中的详细设计一致。 2）可执行文件 |
其他 | 有利于作品展示的方面：例如硬件实物图片等。 |
Note：以上是初赛交付物的详细说明。分赛区决赛以及全国总决赛的提交要求，将会根据比赛形式的不同进行相应微调。具体详情，请参照实时发布的通知。
评分维度 | 评分项 | 评分内容及标准 | 最高分值 |
功能类 | 基础功能 | 1, 基础要求: 必须基于飞腾平台进行开发 2, 创新价值与应用潜力(15) 创新性: 是否带来技术突破或开启新应用前景 3，项目完成度与技术挑战(18) 项目完成度和成熟度: 是否全面覆盖关键功能 技术复杂度、难度与工作量: 设计和实施的技术挑战 技术应用的合理性: 技术选择是否恰当有效 外设利用情况: 外设设备是否被充分、合理使用 4，飞腾平台资源利用(12) 资源使用的合理性: 资源分配是否优化和适当 5，系统测试与可靠性(15) 功能全面性: 测试覆盖面是否全面，确保所有功能正常运行 关键指标测试: 核心性能指标（如速度、精度等）是否达到作品预期 鲁棒性测试: 系统在异常情况下的稳定性和容错能力 | 60 |
进阶功能 |
1,技术创新与深度整合(6) 对飞腾开源项目或其他平台开源项目的深度融合 进一步释放飞腾CPU硬件平台的性能潜力 2,技术实现的挑战性和价值(6) 技术层面的复杂度: 设计和实施的技术难点 难度与工作量: 完成项目所需的精力和资源投入 技术应用的合理性: 技术选择的恰当性和有效性 3,硬件资源优化与利用(8) 多核CPU 利用率: 多核并行处理能力的充分发挥 核间通信速度: 多核之间数据交换的高效性 内存利用率: 内存资源的合理分配与使用效率 外设接口资源利用充分度: 外设接口（如 PCIe、USB 等）的高效整合与使用 包括但不限于以上硬件资源的优化和利用 | 20
| |
成果类 | 文档代码 | 1,设计文档评价(4) 架构清晰度: 设计文档的整体结构是否逻辑清晰、易于理解 系统需求分析: 是否全面覆盖关键需求 系统方案和架构设计: 设计理念是否合理，架构是否合适 详细设计: 是否提供足够的实施细节 逻辑性与一致性: 各部分内容之间是否衔接紧密、逻辑自恰 2,测试评价(3) 功能测试: 覆盖度: 测试是否涵盖所有主要功能 有效性: 测试结果是否准确反映功能状态 性能测试: 基准设置: 性能指标是否明确、合理 结果分析: 是否提供有价值的性能洞察 鲁棒性测试: 异常处理: 系统在非正常输入/条件下的反应是否合理 恢复能力: 系统是否能从错误状态中快速恢复 3，源代码质量(3) 规范性: 编码风格: 是否遵循统一的编码标准 注释和文档: 代码是否具备足够的解释和备注 工程完整性: 可编译性: 代码是否能成功编译 可执行性: 编译后的程序是否能正确运行l
| 10 |
汇报展示 |
1，汇报展示评价(4) PPT质量 (2) 内容组织: 是否逻辑清晰、结构化 视觉设计: 是否美观、易于理解（排版、颜色、图表等）关键信息突出: 是否有效地强调主要成果、创新点以及难点 汇报视频的演讲能力(2) 语言表达: 是否清晰、流畅、专业 时间控制: 是否在规定时间内有效地传递信息 2，演示视频质量评价(6) 功能展示 覆盖度: 是否全面展示关键功能和特点 操作流畅性: 演示过程是否顺利、无错误 性能展示 基准设置: 性能指标是否明确、合理 结果呈现: 是否清晰地展示性能优势或特点 鲁棒性展示 异常处理展示: 系统在非正常输入/条件下的反应是否合理 恢复能力展示: 系统是否能从错误状态中快速恢复 | 10 | |
总分 | 100 | ||
Note：以上是初赛评分标准的详细说明。分赛区决赛以及全国总决赛的评分标准，将会根据比赛形式的不同进行相应微调。具体详情，请参照实时发布的通知。
参赛所选用的开发平台限定于基于飞腾CPU的开发板；
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及单项奖获奖团队作品的知识产权；
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；
参赛项目可以参考现有公开发表的文献和论文内容，但应当在技术论文和答辩PPT中注明来源，且不能将参考的内容作为自己作品的创新部分；
飞腾派是由萤火工场研发的一款面向行业工程师、学生和爱好者的开源硬件。具有定制化、体积小、接口丰富和支持多种国内外操作系统等特点。适用于各类嵌入式、物联网、人工智能相关设计开发，在有限成本下功能尽可能丰富。飞腾派主板采用飞腾嵌入式四核处理器，该处理器兼容ARMv8指令集，包含2个FTC664核和2个FTC310 核。主板搭载64位DDR4内存，支持SD或eMMC外部存储。主板板载WiFi、蓝牙、陶瓷天线，可快速连接无线通信。另外还集成了大量外设接口：双路千兆以太网、USB、UART、CAN、HDMI、音频，集成一路miniPCIE接口，可实现AI加速卡与4G、5G通信等多种功能模块的扩展。支持Ubuntu、Debian等国外主流操作系统，也支持国内OpenKylin、OpenHarmony、SylixOS、RT-Thread等国产操作系统。
参数名称 | 参数说明 |
CPU | 飞腾四核处理器，2*FTC664@1.8GHz+2*FTC310@1.5GHz |
内存 | 64位DDR4，2G和4G两个版本 |
硬盘 | 支持microSD和EMMC启动 |
网络 | 2个RJ45千兆以太网接口 |
USB | 1*USB3.0 host, 3*USB2.0 host(键鼠) |
PCIe | 1*Mini-PCIe，支持AI、5G/4G、SATA转换等模组 |
蓝牙 | 蓝牙BT4.2/BLE4.2 |
WiFi | 2.4G+5G双频WiFi |
显示 | 1*HDMI，支持分辨率1920*1080 |
视频解码 | 支持VPU硬解，格式：H.265/264 |
音频 | 3.5mm耳机口输出 |
UART | 1*调试串口+2*MIO(可配置多功能IO口为UART模式) |
I2C | 2+2*MIO(可配置多功能IO口为I2C模式) |
I2S | 1路 |
SPI | 2路 |
CAN | 1路CANFD |
GPIO | 最多29个 |
SIM卡 | 支持1路SIM卡 |
SD卡 | 支持1路SD卡 |
LED灯 | 电源指示灯和状态指示灯 |
供电要求 | 12V、3A直流电源 |
工作温度 | 0-50°C |
飞腾教育开发板是一款基于飞腾FT-2000／4（高效能桌面CPU）处理器设计的硬件开发平台，支持丰富的软件开发生态体系，可支持主流Linux操作系统和主流嵌入操作系统，支持主流深度学习框架，开发者可以流畅运行OpenCV实例及AI推理应用。开发板主芯片性能非常强劲，同时板载DDR4颗粒，具有高稳定性、高可靠性，具有非常多的硬件接口，可以扩展多种传感器，便于开发者扩展研究。
 |  |
序号 | 描述 | 序号 | 描述 |
1 | RTC电池接口 | 15 | MXM显卡插槽 |
2 | 前置USB | 16 | M.2硬盘接口 |
3 | 耳机 | 17 | mSATA硬盘接口 |
4 | 麦克风 | 18/19 | 时钟debug口 |
5 | 前置USB | 20 | EC_debug串口 |
6 | 电源开关 | 21 | Fan接口 |
7 | CPU | 22 | SATA接口+供电接口 |
8/9 | DDR4内存插槽 | 23 | ECIC Socket |
10 | CPU Debug串口 | 24 | DC电源接口 |
11 | 蜂鸣器 | 25 | DP接口 |
12 | RS232串口 | 26 | HDMI接口 |
13 | BIOS IC Socket | 27/28 | 后置USB接口 |
14 | 风扇接口 | 29/30 | 网口 |
飞腾E2000Q教育开发板是一款基于飞腾E2000Q处理器设计的硬件开发平台，支持丰富的软件开发生态体系，拥有板载4GB DDR4内存，具备SATA3.0、USB2.0/3.0、CAN、SPI、I2C、千兆网口、PWM、SD、232串口、GPIO等丰富的通用接口，能够满足计算机、电子、自动化等相关专业课程实践需求和开发需求。
产品名称 | E2000Q 教育开发板 | |
板卡描述 | CPU | 腾珑E2000Q |
CPU主频 | 1.5GHz~2.0GHz | |
CPU内存 | 4GB DDR4（带ECC） | |
CPU内存速率 | 2400Mbps | |
系统盘容量 | 64GB | |
典型功耗 | 8W~10W | |
接口 | 1*PCI Express Gen3 x4； 1*USB3.0； 1*USB2.0； 1*调试千兆以太网； 1*HDMI； 1*MSATA3.0； 2*UART； 1*RS232； 1*SPI； 1*SD； 1*FJTAG； 2*CAN2.0； 2*I2C； 1*I2S； 3*PWM； 10*GPIO； 1*4x4矩阵按键接口； 1*2位数码管； 1路复位输入； 1路蜂鸣器； 1路12V风扇接口； | |
视频输出 | 1路HDMI（分辨率最高支持1920*1080@60Hz） | |
BIT | 可采集核心板上温度信息 | |
RTC | 具备RTC功能 | |
WDT | 支持WDT功能 | |
产品型号 | HBWY621_KFB | |
散热方式 | 传导 | |
防护方式 | 三防（防霉菌、防潮湿、防盐雾） | |
显示支持 | 支持标准VESA时序显示； HDMI显示最大输出分辨率1920*1080@60Hz； 非标时序显示输出需要联系我司技术沟通确定。 | |
外观尺寸 | 150 (W) x 150(D)mm | |
电源适应性 | 12V电源适配器输入 | |
软件规格 | 操作系统适配：Ubuntu20.04 | |
环境要求 | 工作温度 | 0˚C ～ +70˚C |
贮存温度 | 0˚C ～ +85˚C | |
产品包装 | E2000Q教育开发板*1，12V电源适配器*1，产品规格书*1 | |
双椒派E2000D 开发板是基于飞腾 E2000D 处理器的开发板，适用于各类嵌入式、物联网、人工智能相关设计开发，在有限的成本下提供尽量丰富的功能。CPU 内含一个当前主流的 ARM V8 内核，主频达到 1GHz，内存 4GB，并且具有 USB 2.0、以太网、WIFI 等高速接口，GPIO、串口、I2C 等常见低速接口，低速接口所在的 40pin 连接器与树莓派基本兼容，以利用现有的扩展模块。本板还有采用飞腾 E2000S 处理器的型号，外形与本板相同，CPU 采用单核型号，功耗更低。
参数名称 | 参数值 | |
E2000D(本版) | E2000S | |
CPU | 双核ARMv8，1.5GHz | 单核ARMv8，1.0GHz |
内存 | 4GB DDR4 | 4GB DDR4 |
FLASH | 16GB SPI FLASH | 16GB SPI FLASH |
存储卡 | TF(MicroSD)卡插座 | 无 |
通用I/O | 40pin通用连接器：2*SPI，2*I2C，1*UART，24*GPIO，3*PWM输出，5V电源，3.3V电源 | 40pin通用连接器：2*SPI，2*I2C，1*UART，24*GPIO，3*PWM输出，5V电源，3.3V电源 |
以太网口 | 千兆RJ45网口，第二网口从SATA插座引出，与SATA复用 | 千兆RJ45网口 |
USB接口 | 2*USB3.0 + 2*USB2.0 | 2*USB3.0 + 2*USB2.0 |
SATA | SATA3.0接口 | 无 |
WiFi/蓝牙 | WiFi 2.4G/5G 802.11b/g/n/ac,蓝牙4.0 | WiFi 2.4G/5G 802.11b/g/n/ac,蓝牙4.0 |
CAN | CAN-FD*2 | 无 |
JTAG | JTAG测试焊盘 | JTAG测试焊盘 |
音频 | 双声道音频输出 | 无 |
电源 | 5V/3A | 5V/2A |
功耗 | <15W | < 10W |
工作温度 | 0-70°C | |
接口标号 | 描述 | 接口标号 | 描述 |
1 | LED指示灯 | 9 | 电源接口 |
2 | 复位按键 | 10 | MXM显卡插座 |
3 | TF卡座 | 11 | SW2开关 |
4 | 3.5mm音频接口 | 12 | 调试串口 |
5 | 2路USB3.0 | 13 | CPLD烧录接口 |
6 | HDMI输出接口 | 14 | J17扩展接口 |
7 | RJ45网口 | 15 | FT2000/4主芯片 |
8 | RJ45网口 | 16 | WIFI模块 |
CPU：FT2000/4，集成 4 个 FTC663 内核，兼容 64 位 ARMv8 指令集，集成 4MB 二级缓存，4MB 三级缓存，主频 2.6GHz，最大 3.0GHz
内存：板载8GB DDR4，支持 DDR4-1600/DDR4-2400/DDR4-3200
TF 卡座：1 个，支持 SD2.0 协议
3.5mm 音频接口：3 个，包括 1 个立体声输出、1 个立体声 Mic 输入、1 个立体声 Line 输入
USB 3.0：2 个 ；HDMI 输出接口：1 个
RJ45 网口：2 个，支持 10M/100M/1000M 模式，支持自适应网络
MXM 接口：1 个，支持 AMD HD8570 显卡、AMD R5 230 显卡
无线模块：板载RTL8821CU WIFI 模块，支持 802.11 b/g/n/ac
支持SoftAP
支持Wake on WLAN 功能
M.2 接口：2 个，每个 M.2 接口内部集成 PCIe x4(Gen3)信号
外部RTC 芯片：1 个
扩展接口：1 个
飞腾公司提供一定数量的飞腾派开发板、天固开发板、翰博薇开发板免费借用，缴纳一定押金，赛事结束后完整归还。申请板卡请扫下面二维码
（请参赛团队务必有一名成员添加报名杯赛的答疑钉钉群中，以便及时获取杯赛最新通知及进展，避免遗漏重要信息，群号码及入群方式：点击查看）
