GZ030 嵌入式系統應用開發(fā)賽項賽題第10套-2023年全國職業(yè)院校技能大賽賽項試題

全國職業(yè)院校技能大賽嵌入式系統應用開發(fā)賽項競賽任務書（第10套）競賽模塊：模塊一

競賽注意事項1.選手競賽過程中，各參賽選手應注意設備用電安全，禁止帶電插拔設備的組件和模塊，設備工作期間務必遠離洗板水、飲用水等非絕緣性液體。若因操作不當導致設備出現問題應及時向現場裁判報告，由現場裁判處理。2.競賽期間選手不得做出影響他人的動作，或者發(fā)出噪音干擾其他參賽選手正常競賽。3.所有參賽選手進入賽場后，直到比賽結束之前，禁止向賽場任何人透露任何關于個人身份的任何信息。比賽結束前需參賽選手簽字確認的所有文件，只填寫競賽當天的賽位號，填寫其他信息均視為無效并需要重新簽字。4.參賽選手要注意及時保存電腦資料，由于操作不當導致文件丟失、損壞的，由參賽選手自行負責。5.競賽第一模塊下發(fā)的功能電路板含有故障，選手裝聯過程中需要進行調試，使其能夠正常工作。期間若發(fā)現物料缺失、損壞等，應在規(guī)定時間內補領或更換，申領器件不得超過標準用量，請仔細檢查，不得惡意補領器件，超過規(guī)定時間之后補領元器件按規(guī)程扣除相應分數。選手因裝接不當造成的故障不在考查范圍之內，但屬于選手應當掌握的核心專業(yè)技術技能，由選手自行處理解決。6.參賽選手應在第一模塊競賽測評開始前，完成程序下載、固化，第一模塊競賽測評階段開始后，禁止再次更新功能電路核心板程序。7.本模塊競賽結束后，參賽選手應將現場下發(fā)的所有資料整理并交給現場裁判，不得將現場下發(fā)的任何材料帶離競賽現場。8.競賽現場為各賽位下發(fā)1塊標準功能電路板，用于各參賽選隊測試和固化程序，若競賽測評需要使用標準板進行測評，則根據規(guī)程扣除相應分數，標準功能電路板在本模塊競賽結束后回收，不得損壞或帶離賽場，否則按照違紀處理。9.本題僅為樣題，正式賽題以競賽日現場拆封下發(fā)的題目為準。第三模塊嵌入式系統邊緣計算應用開發(fā)競賽任務書（第10套）一、總體要求本模塊競賽要求使用嵌入式智能車開發(fā)單元A（以下簡稱“A車”）及智能標志物交互應用沙盤單元共同完成嵌入式系統邊緣計算應用開發(fā)的各項競賽任務，具體競賽任務要求見競賽任務表。二、競賽任務表序號任務要求說明1任務1：A車啟動A車放置G4處，在裁判示意開始時，選手點擊啟動按鈕，啟動智能顯示標志物的計時功能，A車順利出庫。1.智能顯示標志物在A車開始移動之前開啟計時模式。2.A車按照以下路徑行駛：G4→F4→D4→B4→B2→D2→F2→F4→F6→D6→B62任務2：A車進行交通信號燈識別A車在整個路線上行駛過程中需要進行4次交通信號燈識別任務。分別在F4、D4、F6、D6處識別E3、C3、E5、C5的交通信號燈（A/B/C/D）。1.A車應在規(guī)定的時間內識別出交通燈信號顏色，并將識別結果按照指定格式發(fā)送至對應的智能交通信號燈標志物，超時則無效。2.A車識別后只需將結果返回至對應的智能交通信號燈標志物即可通行，無需執(zhí)行其他操作。例如：到達F4處，控制位于E3處智能交通信號燈標志物（A）進入識別模式，并在規(guī)定的時間內識別出當前停留交通燈的顏色，按照指定格式發(fā)送給智能交通信號燈標志物（A）進行比對確認。3任務3：A車進行二維碼識別A車在F4→D4路線上行駛，在D4處識別位于C5處靜態(tài)標志物（A）上的二維碼，獲取有效文本信息。靜態(tài)標志物（A）上放置多個二維碼，其中有效文本信息存放在紅色二維碼中，其它顏色二維碼存放的信息均為干擾數據。4任務4：A車文字識別與顯示A車在D4→B4→B3路線上行駛，在B3處獲取位于多功能信息顯示標志物（C）上的文字信息，然后將識別到的文字信息發(fā)送至智能公交站標志物進行播報。A車在B3處朝向A3處完成文字識別以后，將識別到的文字信息發(fā)送至智能公交站標志物進行播報。5任務5：A車進行圖形圖像識別A車在B3處，通過翻頁獲取多功能信息顯示標志物（C）中顯示的圖形信息。A車識別圖片，獲取圖形形狀及顏色信息，并按照指定格式將圖形信息作為有效信息。A車在行駛到F6處時，向位于F7處智能立體顯示標志物發(fā)送紅外數據，控制智能立體顯示標志物顯示識別結果。1.多功能信息顯示標志物（C）中存放若干張干擾圖片，選手需通過提取文字識別信息中的數字，來控制多功能信息顯示標志物（C）顯示需要識別的圖片。要求選手識別圖形信息，獲取不同圖形形狀的顏色及數量。2.涉及的形狀僅限于：三角形、四邊形（長方形、正方形、菱形、梯形）、圓形、五角形，其他不規(guī)則圖形均為干擾圖形。3.涉及的顏色僅限于紅色(255,0,0)、綠色(0,255,0)、藍色(0,0,255)、黃色(255,255,0)、品色(255,0,255)、青色(0,255,255)、黑色(0,0,0)、白色(255,255,255)。4.圖形類別統計格式：ABCDXX，A代表藍色梯形數量，B代表紅色圓形數量，C代表黃色三角形數量，D代表所有菱形的數量。XX代表所有青色圖形的數量。示例：識別到圖片中藍色梯形數量2個，紅色圓形數量3個，黃色三角形數量1個，圖片中所有菱形數量為8，圖片中所有青色圖形的數量為4，則有效信息為“231804”。6任務6:A車進行車牌識別A車在B3→B2→C2路線上行駛，到達C2處，首先通過翻頁獲取位于C1處多功能信息顯示標志物（A）中顯示的車牌信息。然后識別圖中的有效車牌信息。最后將有效車牌信息發(fā)送至多功能信息顯示標志物（A）顯示（車牌顯示模式）。1.多功能信息顯示標志物（A）開機或重啟后顯示一張默認圖片，選手需要執(zhí)行翻頁操作找到需要識別的車牌圖片。2.選手需要識別出車牌號。3.多功能信息顯示標志物（A）顯示車牌格式為：“國XXYYYY”。其中“國”固定不變，后面6位號碼，X代表A~Z中任意一個字母，Y代表0~9中任意一個數字，字母中不包含I和O。A車將有效車牌及車型進行記錄。4.有效車牌信息用于后續(xù)任務中智能道閘標志物開啟。7任務7：A車完成救援報警A車在E2處，向位于E1處的智能報警臺標志物發(fā)送指定紅外數據，控制其開啟報警。1.智能報警臺標志物開啟報警的指令由靜態(tài)標志物（A）中獲取的二維碼信息經過數據處理算法計算后獲得。2.智能報警臺標志物開啟報警的指令計算方式詳見數據處理算法文件。8任務8：A車進行行人檢測和交通標志識別A車在D2→E2→F2路線上行駛，到達F2處，通過翻頁獲取位于F1處多功能信息顯示標志物（B）中顯示的圖片信息。A車識別圖片中交通標志類別以及戴口罩行人數量，并將交通標志識別結果發(fā)送至智能公交站標志物進行播報。1.多功能信息顯示標志物（B）開機或重啟后默認顯示1張固定圖片，除待識別的圖片外，還存放有3張干擾圖片，需通過翻頁指令找到需要識別的圖片。圖片中包含多個行人和1個交通標志，要求識別圖片中的交通標志以及戴口罩行人數量。2.涉及的交通標志類別包含：直行、左轉、右轉、掉頭、禁止掉頭、禁止左轉、禁止右轉、限速標志。3.圖像中的部分行人戴口罩，要求識別出包括被遮擋的行人在內的所有戴口罩行人數量。4.行人數量對應A車入庫編號，記為X，說明如下：X=行人數量%3，當X=0→車庫A；X=1→車庫B；X=2→車庫C。9任務9：A車完成道閘控制A車在F2處，將多功能信息顯示標志物（A）有效車牌按照指定格式發(fā)送到位于G3處的智能道閘標志物上并控制其開啟。1.在練習賽道發(fā)送任意車牌均可開啟智能道閘標志物，在競賽賽道只有發(fā)送多功能信息顯示標志物（A）識別到的有效車牌才能開啟。2.選手需要合理控制時間，應當在智能道閘標志物開啟之后快速通過，避免撞上閘桿。10任務10：A車完成倒車入庫A車在F4→F6→D4路線上行駛，到達D4處，根據多功能信息顯示標志物（B）中識別到的行人數量，采用倒車入庫的方式駛入對應車庫，入庫后關閉智能顯示標志物計時器。要求選手根據多功能信息顯示標志物（B）中識別到的行人數量駛入對應車庫。示例：若多功能信息顯示標志物（B）中行人數量為3，則A車應駛入車庫A（坐標點：B7）；若行人數量為4，則A車駛入車庫B（坐標點：A2）；若行人數量為5，則A車駛入車庫C（坐標點：G2）。三、標志物擺放位置表序號設備名稱擺放位置備注1智能道閘G3閘桿朝向F2處2智能公交站A5喇叭朝向B5處3多功能信息顯示（A）C1顯示屏朝向C2處4多功能信息顯示（B）F1顯示屏朝向F2處5多功能信息顯示（C）A3顯示屏朝向B3處6智能報警臺E1紅外朝向E2處7智能交通信號燈（A）E3信號燈朝向F4處8智能交通信號燈（B）C3信號燈朝向D4處9智能交通信號燈（C）E5信號燈朝向F6處10智能交通信號燈（D）C5信號燈朝向D6處11智能顯示E7顯示屏朝向E6處12智能立體顯示F7位于F7坐標點13靜態(tài)標志物（A）C5靜態(tài)數據源朝向D414A車出發(fā)點G4A車放置在G4處

四、競賽平臺位置示意圖

數據處理方法—AES加密一、AES加密概述密碼學中的高級加密標準（AdvancedEncryptionStandard，AES），又稱Rijndael加密法。該算法為比利時密碼學家JoanDaemen和VincentRijmen所設計，結合兩位作者的名字，以Rijdael之名命名。此密碼是美國聯邦政府采用的一種區(qū)塊加密標準。這個標準用來替代原先的DES（DataEncryptionStandard），已經被多方分析且廣為全世界所使用。經過五年的甄選流程，高級加密標準由美國國家標準與技術研究院（NIST）于2001年11月26日發(fā)布于FIPSPUB197，并在2002年5月26日成為有效的標準。2006年，高級加密標準已然成為對稱密鑰加密中最流行的算法之一。二、AES加密過程AES加密的基本原理就是把明文分成若干組，每組長度相等，每次加密一組數據，直到加密完所有明文。1.根據二維碼中提取的有效文本信息（以下簡稱明文），將明文用字節(jié)為單位的正方形矩陣進行表示（以下簡稱狀態(tài)矩陣）。狀態(tài)矩陣中字節(jié)排列按照從上到下、從左至右依次排列。2.如果明文二進制位數長度（以下簡稱明文位長）不足128，則需要進行字節(jié)填充。填充規(guī)則：需要填充的字節(jié)長度=（128–明文位長）÷8，使用需要填充字節(jié)的長度對所有空缺位進行補全（如明文=0123456789ABCDE，明文長度為120，缺少1個字節(jié)，則空缺位補0x01）。3.設密鑰K=“abcdefghijklmnop”（k為固定密鑰），則K0=‘a’，K1=‘b’，…,K15=‘p’。密鑰K內均為字符，設密鑰矩陣W[0]=0xK0K1K2K3=0x61626364，W[1]、W[2]、W[3]以此類推。W[4-43]為擴展密鑰，針對擴展密鑰的推導公式如下：（其中rcon為輪常量，詳見Rcon常量表；S表示S盒，詳見AES標準S盒。）附：Rcon常量表（16進制）附：AES標準S盒W4.字節(jié)替換。狀態(tài)矩陣中的元素按照指定方式映射為一個新的字節(jié)。映射方式：把該字節(jié)的高4位作為行值，低4位作為列值，取出S盒中對應的行的元素作為輸出。5.行移位。行移位是一個簡單的循環(huán)左移操作。當密鑰長度為128(bit)時，狀態(tài)矩陣的第0行左移0字節(jié)，第1行左移1字節(jié)，第2行左移2字節(jié)，第3行左移3字節(jié)。6.列混合。列混合變換是通過求和來實現的，經過行移位后的狀態(tài)矩陣與固定矩陣相加求和，得到混淆后的狀態(tài)矩陣，列混淆固定矩陣（16進制）見下表：7.輪密鑰加。輪密鑰加是將128位輪密鑰Ki與狀態(tài)矩陣中的數據進行逐位異或操作。第一輪密鑰矩陣為W[4i]~W[7i],狀態(tài)矩陣第一列與W[4i]分別進行按位異或操作（長度均為4字節(jié)），第二列與W[4i+1]，以此類推。8.將步驟7之后產生的狀態(tài)矩陣進行重復加密（循環(huán)步驟4、5、6、7），直至加密十輪后得到混淆后的狀態(tài)矩陣，狀態(tài)矩陣共16位字節(jié)。9.狀態(tài)矩陣進行每一列的字節(jié)求和，完成求和后取結果低八位，以此類推。分別取出后，S盒中（0，0）和（F，F）中的值分別作為六字節(jié)紅外報警碼的第1、2字節(jié)，然后將4列之和按順序放入，最終完成排列，得到六字節(jié)紅外報警碼。三、AES加密示例1.設二維碼有效數據為“0123456789ABCDE”。由于數據長度不夠128(bit),故進行填充，填充長度為1位，填充數據為0x01。填充完成后排列出狀態(tài)矩陣：根據步驟2可計算出密鑰K中的值，如：W[0]=“abcd”=0x61626364 W[1]=“efgh”=0x65666768W[2]=“ijkl”=0x696A6B6C W[3]=“mnop”=0x6D6E6F70（1）擴展的第1輪的密鑰需要計算(W[4],W[5],W[6],W[7])。由于4是4的倍數，由公式：Wn-1）W[3]的元素循環(huán)左移8位：（W[4-1]<<<8）=0x6E6F706D;2）將6E6F706D作為S盒的輸入，輸出為：9fa8513c(例如字節(jié)為0x6E，則查S盒的第6行和E列，得到0x9f)；3）將9fa8513c與第1輪常量進行異或運算，得到結果：9ea8513c；4）將W[0]與0x9ea8513c進行異或運算，則0x61626364⊕0x9ea8513c=0xffca3258,所以得到W[4]=0xffca3258；Wn-4⊕Wn-1（2）再根據不是4的倍數的擴展公式:QUOTEWn-42.把狀態(tài)矩陣的第1個字節(jié)的高4位作為行值，低4位作為列值，取出S盒中對應的元素作為輸出,然后進行逐步替換，經替換后新的狀態(tài)矩陣如下：3.把狀態(tài)矩陣按順序進行循環(huán)移位，經移位后新的狀態(tài)矩陣如下：4.把狀態(tài)矩陣與固定矩陣進行列混合操作，經混合后新的狀態(tài)矩陣如下