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我院学子在第四届全国大学生集成电路创新创业大赛华南分赛区决赛斩获二等奖一项、三等奖两项

2020-08-06大赛速递

近日,第四届全国大学生集成电路创新创业大赛华南赛区决赛赛果新鲜出炉,深港微电子学院安丰伟、余浩老师指导的“代码敲不敲得队”团队(成员:董平成、陈卓宇、李卓奥)参赛作品“基于SGM区域优化算法的双目立体匹配系统”荣获第四届全国大学生集成电路创新创业大赛华南分赛区决赛二等奖,成功晋级全国总决赛!陈全老师指导的“素质教育漏网之鱼”团队(成员:宋明洋、樊青远、谢锐)、董龙涛老师指导的“解不对”团队(成员:任文捷、罗雨萌、申奥)分别荣获该赛事三等奖。

第四届全国大学生集成电路创新创业大赛由工业和信息化部人才交流中心主办。大赛以服务产业发展需求为导向,以提升我国集成电路产业人才培养质量为目标,打造产学研用协同创新平台,将行业发展需求融入教学过程,提升在校大学生创新实践能力、工程素质以及团队协作精神。本次赛事涵盖ARM杯、创新实践杯、RISC-V杯等多个杯赛,共分为华南、华北、西南、西北、华东、东北六个分赛区,有来自北京航空航天大学、四川大学、电子科技大学等多所高校的千余支队伍参赛。

第四届国大学生集成电路创新创业大赛华南分赛区决赛获奖名单

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学院通过组织学生积极比赛,旨在引导学生将集成电路设计和实际应用背景相结合,培养具有创新能力的集成电路设计人才,进一步提升我院微电子专业的建设水平。此次获奖让我们看到了深港微电子学院的优秀学子在比赛过程中付出的努力与突出的专业能力,体现了我院在强化实践教学,提升学生专业综合技能方面获得的成果。在此,预祝成功晋级全国总决赛的“代码敲不敲得队”团队在接下来的全国总决赛中取得优异成绩!

获奖作品介绍

作品名称:基于SGM区域优化算法的双目立体匹配系统

团队成员:SME18级本科生董平成、李卓奥,陈卓宇(电子系)

指导老师:余浩教授、安丰伟副教授

获奖情况:该项目荣获第四届国大学生集成电路创新创业大赛华南分赛区Arm杯二等奖,成功晋级全国总决赛。Arm杯比赛要求利用Arm Cortex-M3 DesignStart处理器在限定的可编程逻辑平台上构建片上系统,实现信号的采集和处理(信号类型不限,可以是音视频、医电、环境等)。设计并在Arm SoC中实现专门的硬件加速器以提高和优化系统的性能,实现系统对信号的智能处理和分析,要求系统具有创新性、实用性和一定的市场前景。我院参赛团队与诸多研究生队伍进行竞争,经过初赛的筛选,共有六支队伍进入华南赛区分赛区决赛,只有南科大深港微电子学院两支本科生队伍进入分赛区决赛,另外有中大、华工、厦大等优秀高校的研究生队伍进入决赛,最终仅有一等奖、二等奖两支队伍进入全国总决赛,竞争十分激烈。

作品简介:参赛作品是基于SGM(Semi-global Matching)区域优化算法的实时双目立体匹配系统。其是一种模仿人的双眼来探测距离的技术,被广泛应用于无人驾驶、工业测量等领域,是计算机视觉领域的热点之一。而原理是通过SGM算法获取物体在两对摄像头里位置的视差,再结合相机标定获取得到的基线距离、焦距等参数,利用三角相似原理准确计算出距离(如图一)。该作品利用ArmCortex-M3 DesignStart Eval提供的处理器IP,在Cyclone IV EP4CE115 FPGA 开发板上构建了Cortex-M3片上系统,可实现CPU的初始化、人机交互、以及硬件加速器模式切换等功能,极大提高了硬件资源的利用率。

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图一 视差转换距离示意

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图二 色彩图伪彩色输出

作品优越性:在算法上,针对传统的SGM算法存在代价聚合的过程,导致资源消耗巨大无比,难以移植到FPGA上这一问题,团队成员创新地提出一种区域优化的思想,在损失较小精度的基础上将算法运算速度提升了6倍,缩小了近55%的资源消耗,进而可以在FPGA层面实现该算法。此外,参赛团队创新地提出一种四层平行二级流水线结构(如图三所示),只需要两个时钟周期,像素流就可以依次实现四个方向的代价更新,并且传递给后面像素,如此动态规划,依次迭代,完美地实现了代价聚合过程。同时,团队以软硬协同的思想对SoC进行全面优化,确定合理的软硬件任务划分,使用KeilμVision工具编写并生成软件程序,实时地对硬件进行调试,确保程序正确运行。

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图三 代价聚合硬件架构

参赛感受分享

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董平成

      这次比赛尽管遇上疫情只能在家,难以线下交流,但这也给了大家一个在家专心学习相关知识的机会。在安丰伟老师的耐心指导下,我们从最简单的SAD算法入手,初步了解立体匹配的过程,并设计了SAD算法的硬件架构,成功输出视差图。随后,我们学习并改进了传统的SGM算法,引入区域优化思想。此时离初赛只剩2个月,经过多次尝试初步设计了一套可行的架构,在付宇哲学长的帮助下我们对其进行了优化,最后成功输出硬件架构的视差图。在初赛前的20天,依然有很多bug,我们常常讨论到深夜,以寻求解决方法。最后在初赛的前几天,我们成功的实现了所有要求,顺利进入了分赛区决赛。由于对SOC要求高,我们三位大二同学对此所掌握的专业知识不够多,经过多次向安老师请教,我们最终掌握了必备的知识,顺利在决赛中介绍了作品的架构,成功进入全国总决赛。这次比赛我接触了很多没有涉足过的领域,锻炼了自学能力,感谢老师和学长的帮助,让我们能够获得不错的成绩,接下来将整装待发,在国赛中展现出更优秀的作品。

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李卓奥

      这场比赛对我们来说算是一次比较大的考验。一方面,由于我们三位大二同学目前学的专业课程还不够多,arm杯的赛题存在一些我们未接触过的领域,这使得我们在备赛的过程中多次卡壳,好在官方提供了指导视频,最终在课题组导师和学长的帮助下得以完成。另一方面,arm杯是研究生和本科生共同参与的赛题,面对这样的情况我们小组的同学还是挺有压力的,毕竟我们也希望拿到一个比较好的名次。好在这个赛题的核心任务和我们在课题组中所积累的工作比较对口。在导师和学长的指导下,我们抱着学习的心态毫无保留地投入备赛。最终能够完成这个令我们自己比较满意的作品,我们都是欣慰且满足的。

作品名称:risc_v竞速避障小车

团队成员:SME18级本科生任文捷、罗雨萌、申奥

指导老师:研究学者董龙涛

获奖情况:该项目荣获第四届全国大学生集成电路创新创业大赛华南分赛区RISC-V杯三等奖。华南赛区RISC-V杯赛共有来自中山大学、深圳大学、香港中文大学(深圳)等十一支队伍进入分赛区决赛,经过一整天的激烈答辩,最终任文捷团队获得了RISC-V杯华南赛区的三等奖。RISC-V杯比赛要求是利用赛昉科技公司的Sifive-Learn-Inventor开发板设计一套系统,开发“竞速避障小车”应用。参赛选手需要充分利用SiFive Learn Inbentor开发板上的硬件资源并编写软件程序,同时需要在SiFive Learn Inventor开发板中设计实时操作系:”FreeRTOS”或“RT-Thread”。

作品简介:团队选择了在没有添加外设情况下,利用小车左右轮上方自带的灰度传感器、PWM信号调节等方式完成了小车的基本控制和循迹调节,同时选择移植FreeRTOS,来最终进行小车任务的调度和内存的分配。循迹方面,参赛团队利用官方指定小车所带的两个灰度传感器,通过对两侧传感器参数的判断,来调整左右轮速度,从而实现巡线时的转弯控制。

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巡线操作流程图

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小车循迹图

实时操作系统部分,团队采用freertos来实现,创建两个任务,一个发送字符串到队列,另外一个从队列读出字符串。在这个过程当中,实现了利用任务优先级进行任务的排列组合使其运行合理,同时实现了任务的挂起和删除,以及利用队列进行任务间通信。任务时序图如下。

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freertos任务时序图

参赛感受分

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任文捷(居中)

      这次比赛对我们团队来说是很大的挑战,因为我们之前对实时操作系统没有任何了解,半决赛期间几乎是从头开始学习freertos相关内容,最终非常惊险地在答辩前最后两天完成,成功提交。总的来说,这次比赛对我个人而言具有非常重要的意义,虽然遗憾止步总决赛,但在这次赛事中学到的知识非常多,更重要的是在整个过程中真实地体会到了如何在短时间内高效率学习一门新的事物,还有就是团队合作与协作中每个人应该怎样扮演好自己的角色。

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申奥

本次比赛,我们需要克服团队合作不便的难题,并且在有限的资源情况下获得一个相对来说的最优解。在整个过程中,我们也的确遇到了不少难题,查阅了不少有用没用的资料,并用较为简单的实验去熟悉板子的功能。虽然困难不断,但我们也能做到互帮互助,在较为困难的情况下给出了相对满意的答案。

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罗雨萌

本次比赛,因为SiFive用于比赛的开发板是一个新的开发板,能够查阅到的资料也相对较少,而实时操作系统FreeRTOS或者RT-Thread对我们都是一个全新的领域,对我们都是一个挑战。通过这个比赛,我认识到了自己的许多方面的欠缺,希望能在以后不断积累。

作品名称:基于Sobel算子的边缘检测系统

团队成员:SME18级本科生宋明洋、樊青远、谢锐

指导老师:助理教授陈全

获奖情况:该项目荣获第四届国大学生集成电路创新创业大赛华南分赛区Arm杯三等奖。

作品简介:根据比赛的要求,团队成员使用了ARM 公司的开源工具,ArmCortex-M3 DesignStart Eval提供的处理器IP,在FPGA平台上构建出了一个简单的具有图像处理功能的Cortex-M3 SOC。通过异步驱动的方式外挂图像处理加速核心,使加速器完成相应的图像处理算法处理并实现信号的输出,从而大大地提高了硬件资源的利用率,降低了CortexM3核心的运算负担,实现了图像的高效处理。该作品的创新点在于,使用了软硬结合(类似于stm32单片机的开发)的方式进行外设的驱动。相比于使用纯硬件专物专用的方式驱动外设,软硬结合的好处在于只需要在硬件设计上留下相应的信号接口,并对AHB总线的接口进行地址译码,直接映射到寄存器上即可实现信号的输出。而在软件方面,通过移植外设厂家提供的软件驱动并将其适配团队设计的SOC,便可以实现其功能。这样做大大地扩展了外设的兼容性,以提供未来升级的潜在需要。

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设计的SoC架构

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实现效果展示

参赛感受分享

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宋明洋

      由于不能够与队友见面,这次比赛对我们团队合作能力提出了很大的挑战,但是我们依然顺利地完成了比赛,这是对我们团队合作能力的一种肯定。此外,初次从裸核搭建SOC,这极大地考验了我的自学能力,同时也使我认识到了自己很多的知识短板。希望我之后可以更多的学习,补齐短板,在之后的比赛中取得更好的成绩。

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谢锐

      在比赛过程中,确实由于不能面对面交流和调试的原因造成了很大的困难,我们通过线上电话和视频的形式完成了比赛任务,比较多的困难需要去克服。在以产品任务驱动型的项目中需要考验自学能力,以及面对硬件问题的排查问题的能力,这些都需要在之后的学习中慢慢积累。




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