2021全国大学生集成电路创新创业大赛-DIGILENT挑战杯

杯赛题目:基于FPGA开源软核处理器的硬件加速智能系统设计

参赛组别:A组 

赛题内容:

利用业界主流软核处理器(仅限于Cortex-M系列及 RISC-V系列)在限定的DIGILENT官方FPGA平台上构建SoC片上系统,在 SoC中添加面向智能应用的硬件加速器(如从最简单的矩阵乘加加速到更复杂的神经网络硬件优化实现)以提高和优化系统的性能,并基于该SoC实现一个基于该SoC的智能信息处理系统,系统具有创新性、实用性和具体的应用场景。具体要求如下:


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 1. 选题内容要求必须能够实现带有硬件加速功能的智能系统应用,鼓励面向图像处理、视频处理、语音识别检测、智能可穿戴等“泛AI”应用创新且合理选题,鼓励“新工科”跨学科交叉创新,SoC本身具备智能“感知”、“决策”、“执行”等部分,可酌情添加“通信”部分,可以进行云边端融合创新应用实现, 但主体部分需部署在FPGA SoC端且体现出边缘端作为主体的优势.

2. 使用业界主流指令集兼容的软核处理器构建SoC,且片上系统应至少包含:

1) 仅限于Cortex-M系列,   RISC-V系列的开源软核处理器;

2) 利用片上或DIGILENT板上资源实现的ROM与RAM;

3) 与芯片外部引脚连接的GPIO外设;

4) 至少一个音频或者视频人机交互接口

选择对应软核处理器配套工具链设计软件程序,通过SoC硬件数字GPIO来驱动8位逻辑分析仪,并在逻辑分析仪上滚动打出对应的SoC内核名称(如:CortexM0, lowRISC, E300 等 等),组委会推荐使用DIGILENT虚拟仪器的逻辑分析仪来进行该基本SoC GPIO功能展示。

3. 在DIGILENT平台上可利用FMC, ZmodPmod等业界标准接口来扩展硬件资源,实现更加丰富的场景应用;

4. 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,分析优化前后SoC整体性能的变化。

5. 酌情为设计的SoC添加具备执行机器学习、深度学习等模型的硬件加速器,能够充分体现片上硬件加速器对场景应用的性能提升作用。

6. 可以基于纯FPGA设计、或者直接使用带硬核的ZYNQ的平台设计(使用ZYNQ时同样需要在PL即FPGA部分体现硬件加速功能);


作品提交:

1. 设计报告:

2. 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)

3. 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)

4. 系统设计方案(系统功能介绍、系统架构图、软硬件功能划分、加速器详细设计等)

5. 功能仿真及测试结果图

6. 系统展示图片、视频

7. 设计数据:

1) 系统原理图;

2) 软硬件代码;

3) 仿真和测试结果;

4) 现场答辩和演示

5) 系统设计方案

6) 软硬件任务划分

7) 加速器设计细节

8) 仿真图等验证结果

9) 现场演示智能SoC功能

 

评分规则:

内容

分值

评分依据

1.完成基于业界主流SoC片上系统的基础设计

10分

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,能够通过SoC的数字GPIO在外部硬件逻辑分析仪仪器上(虚拟仪器)显示出对应SoC的内核名称;

2.具备非GPIO之外更多外设集成,如Pmod外设,Zmod外设,FMC外设

10分

1.外设扩展功能的合理性,复杂度

2.完整具备“感知”、“决策”、“执行”;

3.接口设计的功能仿真结果等可视化成果;

4.是否具有智能“通信”功能,良好的外设人机交互

3.智能处理加速器的设计与实现

30分

1.加速器模型、算法创新点、与应用结合紧密度

2.加速器设计的功能仿真结果等可视化成果

4设计工程归档专业度,配套展示视频、图文、工程项目代码

20分

1.详实规范的设计文档、含视频、工程文件、图文描述

2.是否开源设计并分享给更多创新创业团队(开源到公共可访问的代码托管平台上,提供直接可运行的完整工程文件及demo视频与项目描述文件)

5.系统优化分析

10分

1.系统的完整性和鲁棒性

2.系统的创新性和市场潜力

3.针对SoC功耗、面积、成本等进行优化,给出优化前后的进行了对比结果

4.指出目前设计的不足和可以进一步优化的方向

6.答辩和现场演示

20分

1.现场答辩和问答表现

2.现场系统各项功能展示效果


注意事项:

1. 基于纯FPGA设计参赛者所选用的FPGA开发平台限定于DIGILENT的Xilinx Spartan及 Artix-7、Kintex-7全系列平台(仅FPGA不含硬核处理器),基于带硬核的ZYNQ的平台设计参赛队则限定选用带有硬核处理器的DIGILENT全系列ZYNQ平台(包括ZYNQ7000以及ZYNQ MPSoC系列)

2. DIGILENT及中国本地合作伙伴将为参赛队提供有限的免费开发板借用服务(无需押金,但需要登记参赛队伍及指导教师联系信息),在报名结束后开通借用通道。因为开发板数量有限,申请者需在报名时提交一份开发板申请书,简述项目开发思路和以往成果,择优发放。出借的平台详见DIGILENT中文官网首页www.digilent.com.cn:


  • 开发板借用方式:完成报名后,填写申请表,提交至jing.zhou@digilent.com.cn,   邮件主题为“第五届集创赛DIGILENT杯平台申请”,待企业通过方案后,将会联系。


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大赛日程:

  • 报名阶段:3月15日截止全国院校报名

  • 初赛:6月提交初赛作品

  • 分赛区决赛:7月分赛区评选

  • 全国总决赛:8月各赛区晋级团队汇聚重庆决战


奖项设置:

分赛区决赛评选办法:

分赛区决赛由分赛区承办方组织专家进行现场评审。组委会根据参赛团队的现场评审得分和初赛技术评分,得出分赛区成绩,并确定和公布全国总决赛入围名单。

面向A组的企业杯赛,按照分赛区成绩排名;面向A、B组的企业杯赛,一等奖按照分赛区成绩产生,二等奖和三等奖按照合理比例为本科生预留一定的获奖名额。


奖项设置: 

1) 参赛团队奖分赛区设置一、二、三等奖,颁发获奖证书,总获奖团队数量为参加分赛区决赛总数的40%-60%。原则上分赛区每个杯赛排名前20%-40%的队伍获得分赛区一、二等奖,一、二等奖团队进入全国总决赛,如参赛队伍较多此比例可调整至15%。分赛区获奖团队无奖金或奖品奖励,各分赛区可根据自身情况设置一定的奖励,奖品或奖金不超过1000元/队(税前)。所有获奖团队的指导教师,均可获得大赛组委会颁发的“分赛区优秀指导教师”证书。 

2) 分赛区优秀组织奖根据各学校晋级分赛区的队伍数量排序,排名前30%-50%的高校获得“分赛区优秀组织奖”,每个赛区获奖学校总数不超过20所。


全国总决赛评选办法:

总决赛评审工作由组委会组织专家进行现场评审,根据参赛团队在演讲汇报、作品演示、提问等环节的综合表现确定比赛成绩。组委会根据专家评审成绩,确定全国总决赛获奖名单并公布在大赛官网和公众号上。 面向A组的企业杯赛,按照比赛成绩排名;面向A、B组的企业杯赛,一等奖按照比赛成绩产生,二等奖和三等奖按照合理比例为本科生预留一定的获奖名额。


奖项设定:


1) 参赛团队奖 各杯赛均设置一、二、三等奖,其余为优秀奖,所有获奖选手均可获得由工业和信息化部人才交流中心颁发的获奖证书。     一等奖比例不超过总决赛团队数量的15%,奖励3000元人民币(税前)或等值奖品;从各杯赛一等奖团队中评审一支优秀团队,奖励团队1万元人民币(税前)或等值奖品,此奖励与一等奖团队的奖励不可累计。 二等奖比例不超过总决赛团队数量的25%,奖励奖金2000元人民币(税前)或等值奖品。 三等奖比例不超过总决赛团队数量的40%,奖励奖金1000元人民币(税前)或等值奖品。

若杯赛企业对奖项设置另有要求,会在赛题中进行说明。

2) 单项奖 大赛设置赛场之星奖、企业单项奖等,具体奖项和奖励措施将在大赛官网公布。 3) 优秀指导教师奖     一二三等奖团队的指导教师,可获得大赛组委会颁发的“优秀指导教师”证书。 4) 优秀组织奖 根据各学校在第四届大赛中的获奖情况,计算各学校积分,具体算法如下: i.分赛区一等奖积分10分,二等奖积分5分,三等奖积分2分,其他队伍积分1分; ii.总决赛一等奖积分10分(企业专项奖积分20分),二等奖积分5分,三等奖积分2分,优秀奖积分1分; iii.按照上述积分求和,计算各学校总积分; iv.总积分前20名,获得优秀组织奖。

获得第四届全国总决赛优秀组织奖的学校可推荐一支通过初赛的队伍直接晋级第五届全国总决赛(不占全国总决赛入围名额),同时晋级团队可获得分赛区学生论坛的演讲名额。


报名入口:

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