演講嘉賓 | 陳 曦

回顧整理 | 廖 濤

排版校對 | 李萍萍

嘉賓簡介

陳曦，天津大學(xué)電氣自動化與信息工程學(xué)院副教授。長期從事人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、電力系統(tǒng)相關(guān)教學(xué)和科研工作。主持和參與國家海洋公益項目、國家重點研發(fā)計劃、國家自然基金面上項目，承擔(dān)國家電網(wǎng)、內(nèi)蒙古電力、國家海洋技術(shù)中心等企業(yè)合作項目多項。天津市一流課程負責(zé)人。具有豐富的物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計和產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗，熟練掌握深度學(xué)習(xí)、4G/5G通信、邊緣計算等開發(fā)核心技術(shù)。完成電力計量物聯(lián)網(wǎng)、海洋環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)、超高清圖像快速識別裝置、配網(wǎng)過電壓故障診斷裝置、5G高速無線圖像傳輸系統(tǒng)等多種成套系統(tǒng)的開發(fā)。

內(nèi)容來源

第一屆開放原子開源基金會OpenHarmony技術(shù)峰會——生態(tài)與互聯(lián)分論壇

視頻回顧

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正 文 內(nèi) 容

高校師生積極參與開源社區(qū)項目的開發(fā)和維護，能夠促進優(yōu)秀開源社區(qū)的蓬勃發(fā)展；開源社區(qū)的良性發(fā)展，也為高校的教學(xué)科研提供了重要的平臺和資源。OpenHarmony在高校教學(xué)科研中有哪些應(yīng)用呢？天津大學(xué)電氣自動化與信息工程學(xué)院副教授陳曦在第一屆OpenHarmony技術(shù)峰會上分享了精彩觀點。

01?

OpenHarmony開源社區(qū)與高校間的互動

OpenHarmony作為一個基于社區(qū)的開源操作系統(tǒng)，其開源開放的精神與中國大學(xué)精神高度契合。通過OpenHarmony與高校的全方位良性互動，實現(xiàn)雙方合作共贏。

一、高校是OpenHarmony的貢獻者：高校通過提交代碼、參與SIG、開源基于OpenHarmony的項目等形式助力OpenHarmony的發(fā)展。高校天然具有優(yōu)質(zhì)的學(xué)生資源與教師資源：1. 學(xué)生。高校學(xué)生富有創(chuàng)造力，也是最愿意向開源社區(qū)貢獻代碼的一類人群；2. 教師。高校教師隊伍龐大，研究水平高，且廣泛參與科研項目，具有前瞻性思想，對前沿技術(shù)發(fā)展敏感度較高，能夠有效促進OpenHarmony開源社區(qū)的技術(shù)生態(tài)繁榮發(fā)展。

二、高校是OpenHarmony的傳播者：高校通過理論教學(xué)、實驗、實踐等多種形式向?qū)W生講授、推廣和普及OpenHarmony。OpenHarmony是全開源的操作系統(tǒng)，所有的架構(gòu)設(shè)計和底層邏輯都是開源的，利于教學(xué)操作系統(tǒng)類課程。

三、高校是OpenHarmony的使用者：高校的科研項目涉及工、農(nóng)、建、商、娛等多類領(lǐng)域，對推進OpenHarmony在各領(lǐng)域的應(yīng)用落地有積極作用，有效繁榮OpenHarmony生態(tài)。

02?

OpenHarmony在電力計量檢測物聯(lián)網(wǎng)科研開發(fā)的應(yīng)用

電力計量是重要的計量項目之一，在雙碳目標(biāo)達成、新型電力系統(tǒng)建設(shè)、新能源替代方面，發(fā)揮著舉足輕重的作用。如下圖所示為基于IIoT技術(shù)的電力計量檢測物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，由于計量系統(tǒng)對安全性有嚴(yán)格的要求，其架構(gòu)設(shè)計分為私有云平臺和公有云平臺，兩者之間通過物理隔離。其中，與送檢用戶交互相關(guān)的功能和數(shù)據(jù)放在公有云平臺上，與計量設(shè)備/業(yè)務(wù)相關(guān)的功能和數(shù)據(jù)則放在私有云平臺。

在計量系統(tǒng)架構(gòu)的公有云和私有云上，基于OpenHarmony，可以分別開發(fā)環(huán)境監(jiān)測器和基于邊緣計算的檢測結(jié)果自動識別裝置，以此推動OpenHarmony在電力計量檢測領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展。

2.1??

環(huán)境監(jiān)測器

環(huán)境監(jiān)測器布設(shè)于送檢區(qū)和公共區(qū)域，旨在采集溫度、濕度、光強等環(huán)境信息，采集到的數(shù)據(jù)上傳到公有云，用于為HVAC精準(zhǔn)調(diào)控、辦公區(qū)域節(jié)能降碳提供數(shù)據(jù)支撐。其設(shè)計步驟包括需求分析、硬件設(shè)計、固件設(shè)計、安全性改進以及電磁兼容性改進等。

在實際工作中，陳曦所在團隊采用了基于RISC-V的Hi3861芯片作為環(huán)境監(jiān)測器的主控。該芯片的優(yōu)勢在于主頻高、存儲容量大，并具有豐富的接口可以滿足環(huán)境監(jiān)測器擴展外設(shè)的需求。具體參數(shù)和優(yōu)勢如下：

Hi3861采用高性能RISC-V 32位處理器，主頻達到160MHz，內(nèi)嵌352KB SRAM、2MB Flash，滿足環(huán)境監(jiān)測器對主控速度和存儲容量的要求

WLAN采用2.4GHz頻段，最大速率為72.2Mbps@HT20 MCS7，滿足環(huán)境監(jiān)測器對通信方式和速度的要求

2個SPI、2個I2C、3個UART、15個GPIO，滿足環(huán)境監(jiān)測器外擴傳感器的要求

芯片受OpenHarmony主干分支Master支持，軟硬件無縫銜接與適配，能夠充分發(fā)揮芯片硬件和OpenHarmony操作系統(tǒng)的性能

環(huán)境監(jiān)測器的通信網(wǎng)絡(luò)選型選擇了WiFi通信，主要原因為WiFi適于在室內(nèi)使用，布設(shè)靈活且綜合指標(biāo)最優(yōu)，且OpenHarmony原生支持MQTT。

環(huán)境監(jiān)測器的RTOS選型選擇了OpenHarmony，主要出于以下三方面考慮：

可移植性好：OpenHarmony兼容cmsis 2.0標(biāo)準(zhǔn)，可以將大量既有程序輕松地移植到OH操作系統(tǒng)下，顯著縮短開發(fā)周期

開源代碼全：包含libc在內(nèi)的全部源代碼都開放，達到真正意義上的自主可控，滿足電力企業(yè)要求

生態(tài)支撐廣：OpenHarmony的第三方和社區(qū)提供大量的開源項目和示例代碼程序，降低開發(fā)難度，支持快速原型開發(fā)

目前，陳曦所在團隊基于OpenHarmony研發(fā)的環(huán)境監(jiān)測器成品正在國家CNAS認證的流程中，預(yù)計不久后就能夠落地應(yīng)用。

2.2??

基于邊緣計算的檢測結(jié)果自動識別裝置

在電力計量領(lǐng)域，檢測設(shè)備大多數(shù)單價極高，但目前已有的電力計量檢測設(shè)備種類多，接口繁雜且不統(tǒng)一。例如，自帶以太網(wǎng)接口的設(shè)備通過以太網(wǎng)線直接進入私有云；帶點對點通信接口（如RS232、USB）的設(shè)備通過轉(zhuǎn)換器接入私有云；無通信接口的設(shè)備利用Hi3516通過AI識別檢測結(jié)果并通過以太網(wǎng)接入私有云。為了將不同廠家、不同標(biāo)準(zhǔn)的檢測設(shè)備接入電力計量檢測物聯(lián)網(wǎng)，必須設(shè)計相應(yīng)的裝置來實現(xiàn)數(shù)據(jù)、協(xié)議、接口格式的轉(zhuǎn)換。

雖然OpenHarmony提供原生的分布式AI能力子系統(tǒng)，支持Caffe框架，但目前大多數(shù)高校科研團隊的大量AI算法都基于TensorFlow，因此，陳曦所在團隊選用了TFLM（TensorFlow Lite for Microcontrollers）。TensorFlow Lite是一組工具，是面向端側(cè)的深度學(xué)習(xí)框架，能夠幫助開發(fā)者在移動設(shè)備、嵌入式設(shè)備和loT設(shè)備上運行模型，以便實現(xiàn)設(shè)備端機器學(xué)習(xí)。TensorFlow Lite for Microcontrollers（TFLM）適用于微控制器，如STM32、Arduino等。

TFLM在OpenHarmony上的移植過程包括配置開發(fā)環(huán)境、添加源代碼、移植接口函數(shù)以及HelloWorld測試等步驟。

其中，在添加源代碼時，將TFLM的源代碼按照OpenHarmony的架構(gòu)添加到OpenHarmony源代碼中，在//third_party下建立TFLM目錄，按TFLM的源代碼架構(gòu)在TFLM目錄下添加與應(yīng)用無關(guān)的tensorflow/lite和third_party目錄及相應(yīng)文件；在//applications/src/hello目錄下加入TFLM與應(yīng)用有關(guān)的.cc和.h文件，BUILD.gn。

移植接口函數(shù)時，在//third_party/TFLM/tensorflow/lite/micro/下建立OpenHarmony目錄,并在該目錄下新建debug.cc、micro_time.cc和system_setup.cc以及BUILD.gn；根據(jù)OpenHarmomy結(jié)構(gòu)只需要移植debug.cc、micro_time.cc兩個文件。

總的來說，得益于OpenHarmony的優(yōu)秀架構(gòu)設(shè)計，TFLM在OpenHarmony上的移植具有以下3個方面的優(yōu)勢：（1）移植難度低：OpenHarmomy具有良好的系統(tǒng)架構(gòu)，不僅OH自身的平臺和內(nèi)核解耦，而且還實現(xiàn)了與應(yīng)用有關(guān)第三方代碼、與應(yīng)用無關(guān)第三方代碼和用戶代碼之間的完全解耦，有效降低了TFLM的移植難度；（2）兼容性好：OpenHarmomy小型系統(tǒng)的配套工具鏈兼容C、C++11、C++14、C++17 標(biāo)準(zhǔn)，便于以C++為主的邊緣計算深度學(xué)習(xí)框架的移植；（3）復(fù)用性強：OpenHarmomy提供了統(tǒng)一的編譯構(gòu)建架構(gòu)、而且硬件資源可大可小，使得在OpenHarmomy移植后的TFLM可在多種不同類型的硬件上運行，實現(xiàn)了代碼的高效復(fù)用。在下一步的工作中，在現(xiàn)有CPU移植TFLM的基礎(chǔ)上，將TFLM部分代碼移植到Hi3561DV300內(nèi)置的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速引擎上，進一步提升TFLM在OpenHarmomy上的運行性能和效果。

03?

OpenHarmomy在“新工科”建設(shè)中的應(yīng)用

為主動應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，加快培養(yǎng)新興領(lǐng)域工程科技人才，改造升級傳統(tǒng)工科專業(yè)，主動布局未來戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域人才培養(yǎng)，教育部啟動“新工科”建設(shè)。2017年被稱為“新工科元年”：“復(fù)旦共識”“天大行動”“北京指南”共同構(gòu)成了新工科建設(shè)“三部曲”，新工科建設(shè)在全國迅速展開。

“校社聯(lián)合”正當(dāng)時：開源軟硬件是解決我國當(dāng)前“缺芯少魂”問題的最有效途徑之一。高校不僅從人才培養(yǎng)角度，而且從國家戰(zhàn)略、社會責(zé)任角度都必須通過與開源社區(qū)的緊密結(jié)合，向?qū)W生講解開源技術(shù)，孵化學(xué)生的開源項目，推動開源生態(tài)繁榮與應(yīng)用落地。天津大學(xué)成立OpenHarmony技術(shù)俱樂部，正是校企聯(lián)合的積極實踐，為教學(xué)科研和人才培養(yǎng)提供了重要的平臺和載體：

OpenHarmony能夠助力工科教學(xué)與時俱進：OpenHarmony架構(gòu)設(shè)計理念先進，代表了未來操作系統(tǒng)發(fā)展的方向，將OpenHarmony應(yīng)用于教學(xué)，可以讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)新知識新技術(shù)去解決未來發(fā)展出現(xiàn)的問題。OpenHarmony“統(tǒng)一OS、彈性部署”的技術(shù)特征有助于學(xué)生進行跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的交叉創(chuàng)新。

OpenHarmony能夠助力學(xué)生精神品質(zhì)養(yǎng)成：開源技術(shù)蘊含豐富的精神內(nèi)涵，高校在講授開源技術(shù)的同時，引導(dǎo)學(xué)生切身感受“開放合作、自由創(chuàng)新、百花齊放、奉獻包容”的開源精神，幫助學(xué)生提升自我修養(yǎng)和綜合素質(zhì)。

目前，天津大學(xué)通過與OpenHarmony、第三方公司合作，在本科生日常課內(nèi)教學(xué)和課外科創(chuàng)活動中使用OpenHarmony，取得了良好效果。在課程建設(shè)上，基于OpenHarmony面向6個學(xué)院開設(shè)《玩轉(zhuǎn)科技勞動實踐》跨學(xué)院通識課；在孵化開源項目上，孵化基于OpenHarmony的開源CO2碳計量項目ocoh (oco+openharmony)，獲得中國智能制造挑戰(zhàn)賽華北賽區(qū)二等獎；在課外活動上，組織學(xué)生開展“我家有‘寵’”趣味課外科技活動。

03?

總結(jié)與展望

后續(xù)，高校將面向OpenHarmony社區(qū)繁榮發(fā)展所需行業(yè)應(yīng)用和開發(fā)者兩大核心要素，采用科研和育人雙輪驅(qū)動，并通過與開源社區(qū)、相關(guān)企業(yè)的緊密合作，助力OpenHarmony生態(tài)加速建設(shè)。OpenHarmony通過進一步加強與諸如樹莓派、Arduino等國際開源技術(shù)社區(qū)合作，在將應(yīng)用領(lǐng)域從IoT擴展延申到IIoT，工業(yè)控制，高端儀器儀表等領(lǐng)域的同時，可顯著擴大OpenHarmony的國際影響力，形成人類共享、中國特色的開源操作系統(tǒng)社區(qū)。智能裝置包括若干細分領(lǐng)域，OpenHarmony可面向商用市場需求，與第三方公司合作推出定制化版本（例如符合MISRA C標(biāo)準(zhǔn)的輕量系統(tǒng)），在通用性的基礎(chǔ)上滿足差異化客戶的定制化要求。

期待OpenHarmony的后續(xù)迭代優(yōu)化，祝愿OpenHarmony開源社區(qū)繁榮發(fā)展。

審核編輯 黃宇