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本期向大家推介的是18新利体育 计算机科学与技术学院（软件学院）王宜怀教授团队的项目：《通用嵌入式计算机GEC》
王宜怀教授，18新利体育 计算机科学与技术学院（软件学院）教授 博士生导师
主要研究方向：嵌入式系统与物联网、嵌入式人工智能、嵌入式软件工程等
《通用嵌入式计算机GEC》
应用产业领域：电子信息，人工智能，物联网
技术成熟度：小批量生产
专利情况：已获发明专利3项
成果简介
嵌入式智能系统设计涵盖传感器电路、终端编程、边缘计算、云侦听、人机交互系统等技术，技术人员往往从“零”做起，具有门槛高、成本大、周期长等特征，是许多企业技术转型的重要瓶颈之一。
本项目通过长期深耕嵌入式终端的软硬件构件化理论与实践研究，经过上百个嵌入式与物联网应用项目的实践，提炼嵌入式人工智能与物联网应用开发的共性技术，从技术科学范畴，遵循人的认识过程由个别到一般，又由一般到个别的哲学原理，提出了通用嵌入式计算机GEC（General Embedded Computer，GEC）概念，并进行了有效实践。在硬件上把MCU硬件最小系统及面向具体应用的共性电路封装成一个整体，为用户提供SOC芯片级的可重用GEC硬件实体; 在软件上，把嵌入式软件分为BIOS与User两部分，通过较复杂内部机制，为用户提供基于知识要素的符合软件工程基本原理的函数原型级调用接口API，研制具有自主知识产权的集成开发环境AHL-GEC-IDE，完成了国产实时操作系统RT-Thread的驻留，制订了不同RTOS统一API，较大幅度地降低智能终端的开发难度。在GEC概念与实践基础上，针对广域物联网的通信系统，提出信息邮局（Mssage Post Office，MPO）概念，设计出云侦听模板；针对人机交互系统，设计Web、微信小程序等模板。
本项目以通用嵌入式计算机GEC为基础，以构件化为核心，以集成开发环境AHL-GEC-IDE为枢纽，以云侦听、Web、微信小程序模板为框架，形成了集硬件构件、软件构件、工程模板、开发工具、RTOS等为一体的嵌入式人工智能与物联网应用开发生态系统，为“照葫芦画瓢”地进行具体应用开发提供共性技术，可有效地降低开发门槛、减少开发成本、缩短开发周期。
实践表明，该生态系统在有效降低开发门槛及缩短开发周期前提下，可节约80%研发成本，已经成功应用于工厂设备智能化、涵养农业、桥梁监测、智能路灯、NB-IoT燃气表等系统，是嵌入式人工智能与物联网的共性基础技术。
创新要点
1、提出了通用嵌入式计算机GEC概念及设计方法
以硬件构件为基础，以快速软硬件开发为目标，借鉴通用计算机发展模式，研究应用于先进制造业的嵌入式计算机共性技术，形成面向不同应用领域的通用嵌入式计算机GEC系列。一个具有特定功能的通用嵌入式计算机体现在两个硬件与软件两个侧面，在硬件上，把MCU硬件最小系统及面向具体应用的共性电路封装成一个整体，为用户提供SoC级芯片的可重用的硬件实体，并按照硬件构件要求进行原理图绘制、文档撰写及硬件测试用例设计。在软件上，把嵌入式软件分为BIOS程序与User程序两部分。BIOS程序先于User程序固化于MCU内的非易失存储器（如Flash）中，启动时，BIOS程序先运行，随后转向User程序。BIOS提供工作时钟及面向知识要素的底层驱动构件，并为User程序提供函数原型级调用接口。与MCU对比，GEC具有硬件直接可测性、用户软件编程快捷性与可移植性三个基本基本特点。GEC概念的实质是把面向寄存器编程提高到面向知识要素编程，提高了编程颗粒度。通过GEC，从“零”开始的编程，将逐步分化为构件制作与构件使用两个不同层次，也为嵌入式人工智能提供先导基础。
2、提出了GEC内BIOS设计方法及RTOS的驻留方法及统一接口
BIOS的主要功能有：确定内核时钟与总线时钟、启动一个定时器，提供时间函数调用接口、给出面向知识要素的常用底层驱动调用方式、启动RTOS及其他功能。BIOS及RTOS的驻留以及向User程序的跳转，有效地解决了通过串口的程序下载、直接运行、调试、动态命令等问题，实现了类PC模式的程序开发，有效地降低了嵌入式软件开发难度，为嵌入式终端、物联网、嵌入式人工智能开发方式的变革提供了一种有效途径。
3、提出了面向GEC的集成开发环境AHL-GEC-IDE的开发方法，实现了GEC开发的生态系统
以构件为基础，以低代码为目标，在BIOS驻留基础上，构建嵌入式集成开发环境、实时操作系统驻留、构件驻留、动态命令、远程调试、编译型嵌入式Python等于一体的User应用开发生态系统，大幅度地降低嵌入式人工智能的开发难度；以共性技术为基础，涵盖嵌入式智能终端、云平台、人机交互系统等应用要素的“六分熟”原型系统，大幅度地减少开发工作量；以EAI算法为基础，以快速应用实践为目标，封装人工智能训练与推理构件于GEC之中，实现快速开发于应用。这些工作的完成，将可对智能产业链产生极大的推动作用。
其他说明
通用嵌入式计算机（GEC）：AHL-STM32L431
通用嵌入式计算机（GEC）：AHL-STM32L431-NB-IoT
通用嵌入式计算机（GEC）：AHL-STM32L431-WiFi
通用嵌入式计算机（GEC）：AHL-STM32L431-EORS
AHL-GEC-IDE（金葫芦GEC集成开发环境）
