华为杯”第五届中国研究生创“芯”大赛——极海半导体企业命题
奖项设置:一等奖2队,奖金10,000元/队;二等奖4队,奖金5,000元/队。赛题咨询邮箱:qa@geehy.com赛题一基于多串动力锂电池SOX(SOC、SOH、SOP)动态高精度估算的算法选题背景发展新能源是我国应对气候变化、推动绿色发展的战略举措。国家关于“四个革命、一个合作”能源安全新战略,实现碳达峰、碳中和战略目标,支撑构建新型电力系统,加快推动新型储能高质量规模化发展要求,催生了新能源大发展的机会。锂离子电池作为储能单元在新能源领域得到广泛应用。然而,锂离子电池系统具备容量大、串并联节数多,系统复杂的特点,加之安全性、耐久性、动力性等性能要求高、实现难度大,因此成为影响新能源推广普及的瓶颈。电池管理系统(BMS)的重要任务是保证电池系统的设计性能,主要可分解成安全性、耐久性、动力性三大方面。BMS由各类传感器、执行器、控制器以及信号线等组成,为满足相关的标准或规范,BMS功能需求包括电池电压、电流、温度等模拟量测量、采样频率同步性、SOC、SOH、SOP估算等等。本命题重点考察BMS的设计性能优化方案,旨在以较低的资源开销,实现或提高相关SOX的精度,保证电池系统的安全性和使用寿命,同时提高功率的识别度,优化功率的输入输出平滑性,提高系统工作的稳定性。输出要求算法设计文档(包含流程图,输入、输出)MATLAB算法代码以及仿真报告针对配套的算法,对芯片关键指标定义输出结论报告描述及要求多串锂电池范围:2-100串(可选,可选用MATLABSIMULINK内置锂电池模型)电池全寿命过程中SOC估算精度4%;SOH估算精度8%;SOP估算精度4%;针对影响算法的芯片关键指标(ADC采样精度、采样频率、算法复杂度)),做出优化提出假设找出瓶颈提出思路验证思路评审得分点:基础分:序号类型分值要求描述备注1MATLAB建模、仿真65实现MATLAB建模、仿真使用60-100串,得65满分使用30-60串,得50分使用2-30串,得40分3SOC精度(X)5实现3.5%≤X<4%4SOH精度(Y)5实现6%≤Y<8%5SOP精度(Z)5实现3.5%≤Z<4%6ADC采样精度10采样精度≤14bit7采样频率10采样频率≤4Hz(电池全部测量完一次)基础总分100*以使用60-100串建模为例附加分:序号类型分值要求描述备注1建模分15自行建模锂电池模型2SOC精度(X)优化10实现3%≤X<3.5%320实现X<3%4SOH精度(Y)优化10实现5%≤Y<6%520实现Y<5%6SOP精度(Z)优化10实现3%≤Z<3.5%720实现Z<3%8ADC采样精度优化10采样精度<14bit采样精度越低,可获得越多额外加分,单项满分10分9采样频率优化10采样频率<4Hz采样频率越低,可获得越多额外加分,单项满分10分10创新分5算法创新度根据算法创新度加分,单项满分5分最高附加分合计100参考文档[1]陈翼星.锂电池SOC估计算法研究[D].西南交通大学,2018[2]刘熹,李琳,刘海龙.动力型锂电池SOC与SOH协同估计[J].太赫兹科学与电子信息学报,2020,18(04):750-755赛题二高响应性信号处理SoC架构设计优化选题背景高性能数模混合控制芯片是工业4.0落地的一个重要基础,大量的工业闭环控制,比如机械臂、滑轨、AGV等应用,都需要芯片来实现高速精准控制。高性能数模混合控制芯片的其中一个难点,是如何对采集到的模拟信号进行高效预处理。这里涉及到高响应性信号处理SoC架构的创新。下图描述了工业级常见的处理架构,以及存在的痛点。这个竞赛题目,希望同学们可以发挥创造力,解决这个痛点。输出要求完成架构起草输出RTL代码仿真报告输出FPGA原型机输出性能、资源评估报告描述及要求基于ArmCortexM0+、8051或者性能相当的RISC-V处理器内核实现数模混合信号处理芯片TMU运算模块建模,实现CORDIC算法加速,支持各类三角函数运算硬件CORDIC加速(atan函数)的实现(性能/功耗/面积的考虑)TMU和ADC之间的数据通信(降低CPU的吞吐)TMU需要包含APB控制接口12bit12MHzSARADC模块建模,只要实现最简单的寻址、握手、数据交互功能ADC模块包括(参考下图):(1)ADC功能建模(模拟输入(real变量)→数字输出(寄存器变量)(2)ADC时序建模(启动数据转换→转换完成数据写入寄存器→输出标记或中断)(3)根据所选用的ADC架构正确描述ADC的数据转换时间(4)ADC模块属于APB总线上的IP,需要包含APB控制接口4.拼接后的系统,要求能实现上图“数据处理流程图”的功能,抽象的计算通路如下:为了鼓励同学们探索更大的优化空间,可参考如下典型算法流程图A/B对架构进行优化。鼓励同学们实现完整的PID算法。5.针对延时、处理器效率、面积、可迁移性4点做优化创新(1)提出假设(2)找出瓶颈(3)提出思路(4)验证思路评审得分点序号类型分值要求描述备注1基础得分60完成基于传统架构的信号处理SoC芯片,实现算法A与算法B的主要功能,在给定50MHz时钟频率下测量实现算法A与算法B所消耗的总时间,给出详细的设计报告与性能测试方案。(1)在实现算法A时,要求进行atan运算求出θ值在-90到90度以内精度做到误差不超过3%。(2)在实现算法B时,要求完成PID算法中的P、I、D三个运算功能,并且系数可调,针对0到2048的输入阶跃能跟随收敛。2延迟测评附加分16相比于原始版本的架构设计,在50Mhz频率下完成A/B算法一次完整运算所用时间减少的比重,给出详细的对比报告和分析报告,指出不同的优化技术对延迟优化的贡献。优化方案经评审方判断有效无虚报后进行排名,优化后所用时间越少排名越靠前。第一名得16分满分,第二名得8分,第三名得4分,其余队伍不加分3效率测评附加分12减少运算过程中CPU介入的机器周期优化后CPU介入时间越少排名越靠前。第一名得12分满分,第二名得6分,第三名得3分,其余队伍不加分4面积测评附加分8输出FPGA综合报告LogicElement数量越少排名越靠前。第一名得8分满分,第二名得4分,第三名得2分,其余队伍不加分5可迁移性测评附加分4兼容不同内核平台数量越多,排名越靠前(可并列)。第一名得4分满分,第二名得2分,第三名得1分,其余队伍不加分最高总分100评审方对测试结果有所怀疑时,参赛选手需按评审方提出的意见补充测试并给出解释如果未完全实现某项功能,根据技术报告的内容酌情给分附:【1】CORDIC.CORDIC(CoordinateRotationDigitalComputer)算法即坐标旋转数字计算方法,是J.D.Volder1于1959年首次提出,主要用于三角函数、双曲线、指数、对数的计算。.该算法通过基本的加和移位运算代替乘法运算,使得矢量的旋转和定向的计算不再需要三角函数、乘法、开方、反三角、指数等函数。【2】LPF算法,可以参考公式Y(k)=Y(k-1)+LPF_Coefficient*(X(k)–Y(k-1))参考文档:CORDICVLSI-IPfordeeplearningactivationfunctions,githubhttps://github.com/srohit0/CORDICHeshengWang,DigitalPIDcontrolalgorithm,DepartmentofAutomation,SJTU,2016https://robotics.sjtu.edu.cn/upload/course/1/files/Chapter51.pdf