第十七届山东省职业院校技能大赛嵌入式系统应用开发赛项样题第一套

2024年山东省职业院校技能大赛（高职组）“嵌入式系统应用开发”赛项第一竞赛模块任任务书竞赛注意事项1.选手竞赛过程中，各参赛选手应注意设备用电安全，禁止带电插拔设备2.竞赛期间选手不得做出影响他人的动作，或者发出噪音干扰其他参赛选3.所有参赛选手进入赛场后，直到比赛结束之前，禁止向赛场任何人透露5.竞赛第一模块下发的功能电路板含有故障，选手装联过程中需要进行调6.参赛选手应在第一模块竞赛测评开始前，完成程序下载、固化，第一模7.本模块竞赛结束后，参赛选手应将现场下发的所有资料整理并交给现场3第一模块嵌入式系统硬件制作与驱动开发竞赛任务书本竞赛模块要求使用竞赛现场下发的嵌入式系统功能电路板完成1612、通过编程实现对板载蜂鸣器的开启与关闭控制，要求能够通21、通过编程实现16*16点阵文本滚动显示功能，要求从右31、通过编程实现在LCD显示指定图形信息，显示图形：蓝色五角形框、黄色填2、通过编程实现LCD触摸控制显示，要求设计一组滑块控件。滑块控件，控件步进值为1，最大值为100，最小值为0，控件数值对应RGB灯（红色）亮度0%-4兴滇”。2、语音交互系统进入识别模式，识别现场指定的词条信息确词条信息显示在LCD显示屏上，词条信息显示位置、字体大小、字体颜色及屏幕词条信息仅限于：知识改变命运、技能成就51、通过编程实现启动LCD显示屏显示光照度传感器数据和UI曲线图，要求曲线跟随传感器数值变化而变化，当光照度传感器数值上升，则曲线应呈现上升趋势，2、要求x轴为时间信息，y轴为传感器数据值信息。随着时间的增长，当曲线4、要求LCD屏幕显示实时光照强度数据，显示格式“当前光照强度为：XXXXLX”62024年山东省职业院校技能大赛（高职组）“嵌入式系统应用开发”赛项第二竞赛模块任任务书竞赛注意事项禁止填写姓名、学校名称等信息。严禁穿着含有学校标识或个人身份信息的服2.比赛场地，每套测试沙盘提供公用竞赛平台（B），没有携带竞赛平台3.部分标志物可能因赛题需要，将略微偏离中心点；练习赛道和决赛赛4.参赛选手在操作过程中应当严格遵守安全操作规范，安全用电，保持5.选手按序进入练习赛道进行测试，每次限时5分钟，参赛队若放弃赛道任务测试机会，队长须前往比赛测试区确认签字，表明自愿放弃测试机会，6.第二竞赛模块最终比赛赛道共有两轮测试机会，每次限时5分钟，取两轮中最高成绩为最终成绩，竞赛平台需完全独立运行，不得手动控制，在竞赛平台启动之后，选手确认比赛测试结束之前，选手不得触碰竞赛平台或移动7.第二竞赛模块第一轮赛道任务测试结束后，各参赛队拥有等长的调试8.比赛结束后，参赛队须将比赛当天下发的全部资料（包含但不限于纸序号任务描述任务要求1竞赛平台按照指定路径行驶任务竞赛平台（A）行进路径：B7→B6→D6→F6→F4→D4→B4→B2→D2→D1竞赛平台（B）行进路径：D1→D2→F2→F4→D4→D6竞赛平台需自动完成路线行驶及赛道任务。1.竞赛平台启动后，必须在5分钟内完成所有任务，超时任务不得分。2.竞赛平台行进过程中，参赛选手不得以任何形式触碰和干扰设备（裁判长拥有最终解释权与决策权）。3.竞赛平台需按照指定路线行驶完成赛道任务，脱离路线外任务不得分。2任务1：竞赛平台（A）启动出库任务竞赛平台（A）控制启动智能显示标志物进入计时状态，竞赛平台（A）顺利出库。1.智能显示标志物进入计时状态后，竞赛平台（A）启动出库任务。3任务2：竞赛平台（A）距离探测及二维码识别任务竞赛平台（A）行进至B6处，向位于A6处的静态显示标志物（直）进行测距，获得距离信息，并将所测距离信息发送至智能显示标志物第二排以距离显示模式显示。扫描位于A6处的静态标志物（直）中二维码，获取二维码信息，按要求获取有效信息后通过加密`算法计算获得智能报警台标志物6字节红外开启码。1.超声波测距起点为B6处十字路口中心点，测距终点为静态显示标志物（直）表面，误差范围±20mm。2.静态显示标志物（直）共存在2个二维码。2个二维码有效信息均存放于“<>”内，有效数据长度不固定，需提取二维码（1）和二维码（2）中的有效数据带入数据处理算法解密得到报警台开启码，加密算法详见附件。示例：二维码（1）信息：128*<0BCA8B4BEED9F7E0DF85F1A450BCE9A8>，则有效数据为0BCA8B4BEED9F7E0DF85F1A450BCE9A8。二维码（2）信息：31<makelife>，则有效数据为makelife。4任务3：竞赛平台（A）无线射频识别竞赛平台（A）由B6至F6行进路径中存在1张RFID卡片，竞赛平台（A）寻找RFID卡片，记录RFID卡片的位置，并获取卡片内有效信息。1.RFID卡片数量共1张，随机放置在B6，C6，D6，E6，F6坐标点之一。竞赛平台（A）需记录RFID卡片所在坐标点。2.RFID卡片有效数据块存放在第2扇区中第1个数据块。读取数据块内容仅需验证A密钥（0xFF，0xFF，0xFF，0xFF，0xFF，0xFF）即可。卡片中数据长度为固定8个字节的字符串，其中有效信息仅包含数字（0-9），有效数字数量≤4，其他均为干扰字符，数据随机组合排列，要求参赛选手对数字进行提取，然后按照由小到大的顺序排列组合，数字排列组合后为后续任务提供信息来源。示例：若RFID卡中信息为“7%%@&65*”，则有效数据为“567”，5为百位，6为十位，7为个位。5任务4：竞赛平台（A）交通信号灯识别任务竞赛平台（A）行进至D6处，启动智能交通灯A标志物进入倒计时显示模式，竞赛平台（A）需在10s内识别出当前智能交通灯A标志物显示的信号灯颜色，并将识别结果发送至智能交通灯A标志物进行验证。1.竞赛平台（A）应在规定时间内识别出当前交通灯显示的信号灯颜色，并将识别结果发送至智能交通灯A标志物，超时结果无效。2.竞赛平台（A）只需将结果发送至智能交通灯A标志物，无需执行相应动作。6任务5：竞赛平台（B）出库与交通信号灯识别任务竞赛平台（B）控制智能立体车库（A）下降至一层并顺利驶出车库。竞赛平台（B）行进至D2处时，启动智能交通灯B标志物进入倒计时显示模式，竞赛平台（B）需在10s内识别出当前智能交通灯A标志物显示的信号灯颜色，并将识别结果发送至智能交通灯B标志物进行验证。1.竞赛平台（B）应全自动完成所有任务与路径动作，不得与竞赛平台（A）发生碰撞，(竞赛平台（A）应自动避让)。如行驶过程中竞赛平台发生碰撞，其责任由选手自行承担。2.选手应在竞赛平台（B）出库前获取智能立体车库（A）初始挡位信息记为J。3.选手应在竞赛平台（B）出库前确认智能立体车库（A）其是否已经被控制下降到一层，竞赛平台（B）在出库过程中跌落，则视为选手控制不当，其责任由选手自行承担。4.竞赛平台（B）应在规定时间内识别出当前交通灯显示的信号灯颜色，并将识别结果发送至智能交通灯B标志物，超时结果无效。竞赛平台（B）只需将结果发送至智能交通灯B标志物，无需执行相应动作。7任务6：竞赛平台（B）语音识别交互任务竞赛平台（B）行进至F2处，进入语音识别模式，控制智能公交站标志物播报随机指令信息，竞赛平台（B）识别出播报的随机指令信息，并按照指定数据格式上传至评分系统。1.随机指令信息编号说明：富强路站0x01、民主路站0x02、文明路站0x03、和谐路站0x04、爱国路站0x05、敬业路站0x06、友善路站0x07。2.竞赛平台（B）上传语音识别指令数据格式：0xAF,0x06,0xXX,0x02,0x00,0x00,0x01,0xBB，其中0xXX表示随机指令信息编号。8任务7：竞赛平台（B）二维码识别任务竞赛平台（B）位于F2处，获取位于E1处的静态显示（斜）标志物中二维码信息。1.静态显示标志物（斜）上有两个二维码信息，选手均需识别。2.二维码（一）信息为长度为8的字符串，有效信息存放在符号“[]”中的三位有效数字（作为无线充电开启码索引）。3.二维码（二）信息为长度为12的字符串，数据仅包含数字0-9和字母A-F（作为任务11中RFID卡片密钥A）。示例：如二维码（一）信息为“A^[102]8”,则无线充电开启码索引为“102”。如二维码（二）中数据为“0123456789AA”，则第二张RFID卡片密钥A为“0x01，0x23，0x45，0x67，0x89，0xAA”。9任务8：竞赛平台（B）智能路灯感知调节任务竞赛平台（B）行进至F4处，获取位于G4处的智能路灯标志物初始挡位信息，并通过公式F1计算出智能路灯目标挡位信息，最终控制1.智能路灯标志物初始档位值记为n（范围1-4）。2.智能路灯目标挡位值计算公式：F1=(n^2+3)%4+1。（^指代幂次方）3.智能路灯若没有受到任何指令控制，则该任务不得分。智能路灯标志物调节至目标挡位。任务9：竞赛平台（B）顺利通过特殊地形任务竞赛平台（B）由F4至D4行进中顺利通过特殊地形标志物，且行进过程中禁止与特殊地形标志物两侧掩体发生碰撞。1.特殊地形标志物放置在E4坐标点上，允许特殊地形标志物中心点与坐标点存在±5cm误差。2.特殊地形标志物共计六张特殊地形卡片，可任意更换。任务10：竞赛平台（B）倒车入库任务竞赛平台（B）行进至D6处，根据任务3中RFID卡中有效信息通过计算，采用倒车入库的方式驶入对应车库。1.要求选手根据任务3中RFID卡中有效信息识别到的交通标志类型驶入对应车库点。示例：若任务3中RFID卡有效信息为“567”，则对567%4计算得到结果为h。若h=1则入库坐标点为D7，若h=2则入库坐标点为F7，若h=3则入库坐标点为G6。任务11：竞赛平台（A）无线射频识别与特殊地形通过任务竞赛平台（A）由F4至B4行进路径中存在1张RFID卡片，竞赛平台（A）寻找RFID卡片，并获取卡片内有效信息。竞赛平台（A）由F4至D4行进中顺利通过特殊地形标志物，且行进过程中禁止与特殊地形标志物两侧掩体发生碰撞。1.RFID卡片数量共1张，随机放置在F4→D4→B4循迹线上(含F4、D4、B4坐标点)，且不与特殊地形标志物重叠。2.RFID卡片有效数据块存放在第3扇区中第2个数据块。读取数据块内容仅需验证A密钥即可。卡片A密钥存放在任务7中二维码（二）内。3.RFID卡片中数据长度为固定12个字节的字符串，其中有效信息仅包含数字（0-9）和大写字母（A-F）其他均为干扰字符。4.特殊地形标志物放置在E4坐标点上，允许特殊地形标志物中心点与坐标点存在±5cm误差。特殊地形标志物共计六张特殊地形卡片，可任意更换。示例：RFID卡内信息：AA44^3A6*459，则有效数据为AA443A6459。首先对数据按照ASCII码进行排列（从小到大），可得到数据：3444569AAA,将数据中相同字母，数字去重可得：34569A。再将相邻两组数据两两结合得到三组16进制数据：0x34，0x56，0x9A。根据任务7中二维码（一）当中无线充电索引（102）得到智能无线充电标志物开启码为：0x55，0x0A，0x02，0x56，0x34，0x9A，0x36，0xBB，其中前三个字节及最后一个字节为固定字节，0x36为校验和，其计算方式与通信协议中其他校验和计算方式一致。任务12：竞赛平台（A）车牌识别任务竞赛平台（A）行进至B4位置处，通过翻页获取位于A4处多功能信息显示标志物（A）中显示的车牌信息，并按照指定格式将RFID卡片位置发送至多功能信息显示标志物（A）上显示（HEX显示模式记录有效车牌信息用于后续任务中道闸标志物开启。1.多功能信息显示标志物（A）复位或重启后显示一张默认图片，选手需要执行翻页操作找到需要识别的有效图片信息。2.有效图片信息为仅有一个蓝色车牌的图片（可能会含有其它颜色车牌），记录该图片中蓝色车牌信息（车牌字母中不包含I和O）用于后续任务中道闸标志物开启。车牌颜色仅限蓝色车牌、渐变绿色车牌、黄色车牌。3.多功能信息显示标志物（A）在HEX显示模式下显示任务3中的RFID卡片所在坐标点，显示格式为“2024KL”，其中“2024”字为固定字符，“KL”为任务3中获取到的RFID卡片所在坐标点。示例：如RFID卡片放置于D6坐标点，则多功能信息显示标志物（A）应在HEX显示模式显示“2024D6”。任务14：竞赛平台（A）顺利通过道闸系统任务竞赛平台（A）位于B4处，发送指定车牌信息开启道闸系统，在道闸栏杆落下前顺利通过道闸系统。1.道闸系统开启车牌信息为任务12中多功能信息显示标志物（A）中获取的有效车牌信息。2.竞赛平台（A）在不接触道闸栏杆的情况下到达B2处为顺利通过道闸系统。任务15：竞赛平台（A）交通标志与图形识别任务竞赛平台（A）行进至B2处，控制位于B1处的多功能信息显示标志物（B）翻页找到交通标志信息与图形信息进行识别。并将图形信息按照指定格式发送到多功能信息显示标志物（BHEX显示模式）显示。1.多功能信息显示标志物（B）上电默认显示1张固定图片，选手需通过翻页指令找到需要识别的有效图片。要求选手识别含有交通标志的图片，并记录该图片中图形信息（交通标志形状除外）、交通标志信息（用于后续任务）。2.有效图片为含有交通标志的图片（仅一张其余图片为无效图片不会含有交通标志。3.交通标志仅限于：直行、左转、右转、掉头、禁止直行、禁止通行。4.图形仅包含：三角形、五角星、菱形、矩形、圆形。5.要求将所有有效图片中存在的图形进行识别和统计，图形类别统计信息格式：AaBbCcDdEe，其中，A代表矩形，a为矩形的数量（0~9）；B代表圆形，b为圆形的数量（0~9）；C代表三角形，c为三角形的数量（0~9）;D代表菱形，d为菱形数量（0~9）;E代表五角星，e为五角星数量（0~9）;此处规定正方形、长方形只归属于矩形，不归属于菱形，如果图形图片中有图形重叠时，只需统计完整图形，不统计被遮盖图形。多功能信息显示标志物（B）显示图形信息格式（HEX显示模式）为AaDdEe。示例：矩形图形数量为1、菱形数量为2、五角星数量为3，则多功能信息显示标志物（B）上显示“A1D2E3”。任务16：竞赛平台（A）立体交互显示任务竞赛平台（A）位于B2处，向位于C3处的立体显示标志物发送红外数据，控制立体显示标志物在交通标志显示模式下显示指定信息。1.竞赛平台（A）需在B2处发送红外信息，显示与正确结果不符不得分。2.立体显示标志物在交通标志显示模式下，显示任务15中获取到的交通标志信任务17：竞赛平台（A）倒车入库任务竞赛平台（A）行进至D2处，采用倒车方式驶入智能立体车库（A）后，控制智能立体车库（A）上升至指定层数，关闭智能显示标志物计时器，开启智能无线充电标志物功能。1.竞赛平台（A）应采用倒车方式驶入智能立体车库（A），其它方式不得分。2.智能立体车库（A）上升到J层，J为任务5中立体车库A初始层数。序号设备名称坐标点说明1多功能信息显示标志物（A）A4朝向B42智能道闸标志物A3B3(道闸条位置)3智能交通信号灯标志物（A）E7E6（信号灯位置）4静态标志物（直）A6朝向B65智能路灯标志物G4朝向F46智能公交站标志物G2朝向F27多功能信息显示标志物（B）B1朝向B28特殊地形标志物E4六张地形任意一张9智能显示标志物C7朝向C6智能无线充电标志物E5——智能报警台标志物C5朝向B4智能交通交通灯标志物（B）E3E2（信号灯位置）静态标志物（斜）E1朝向F2智能立体车库标志物（A）D1朝向D2竞赛平台（A）出发点B7-竞赛平台（B）出发点D1-第一张RFID卡片随机放置在B6，C6，D6，E6，F6坐标点之一。第二张RFID卡片随机放置在F4→D4→B4循迹线上(含F4、D4、B4坐标点)，且不与特殊地形标志物重叠。表1IP置换表数据处理算法一、DES算法概述DES（DataEncryptionStandard）是一种对称加密算法，由IBM研制并在1977年被美国国家标准局（NIST）采纳为联邦信息处理标准（FIPS）。DES算法使用相同的密钥对数据进行加密和解密，并且密钥的长度为56位。DES算法的基本原理是将明文数据分成一系列64位的数据块，然后通过一系列的加密操作将其转换为密文数据。加密过程中使用了一套复杂的置换、替代和混淆运算，包括初始置换(IP)、Feistel网络、轮函数以及最终置换(IP-1)。在加密过程中，DES算法使用了一个56位长度的密钥，但实际有效密钥只有48位，因为每个密钥的第8、16、24、32、40、48、56位是奇偶校验位，用于校验密钥的正确性。DES算法进行加密时，通过对密钥进行变换和混淆，产生16个子密钥，用于进行16轮的加密操作。每一轮加密操作中，明文数据会被分成左右两个32位的数据块。然后，通过轮函数将右边的数据块与当前轮的子密钥进行处理，生成一个新的32位数据块。接着，将右边的数据块与左边的数据块进行异或运算，得到下一轮加密操作的输入数据。这样，经过16轮的运算，最后得到的左右两个数据块合并在一起，就是加密后的数据。解密过程与加密过程相反，使用相同的密钥和运算过程，但是子密钥的应用顺序与加密时相反。DES算法通过一系列的置换、替代和混淆运算来加密和解密数据。下面详细介绍DES算法的原理：说明：下图中⊕表示异或。图1DES算法加密流程图1.IP置换置换可以简单地理解成【将明文打乱】——将原来的64位二进制位重新排序。其功能是把输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位，其置换规则为将输入的第58位换到第一位,第50位换到第2位……依此类推,最后一位是原来的第7位。L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位，R0是右32位,例:设置换前的输入值为D1D2D3……D64,则经过初始置换后的结果为:L0=D58D50……D8;R0=D57D49……D7。例如输入明文为：m=computer，用ASCII码表示为：m=0110001101101111011011010111000001110101011101000110010101110010将明文进行IP置换，得:IP=111111111011100001110110010101110000000011111111000001101000000112.秘钥初始化（PC-1置换）不考虑每个字节的第8位，DES的密钥由64位减至56位，每个字节的第8位作为奇偶校验位。产生的56位密钥由下表生成（注意表中没有8,16,24，32,40,48,56和64这8位）：表2PC-1置换由于上表中第一个元素为57，这将使原秘钥的第57位变换为新秘钥K+的第1位。同理，原秘钥的第49位变换为新秘钥的第2位，原秘钥的第4位变换为新秘钥的最后一位，注意原秘钥中只有56位会进入新秘钥，上表也只有56个元素，生成的新秘钥拆分为左右两个部分，C0和D0，每半边都有28位。例如输入的秘钥K=133457799BBCDFF1,用ASCII码表示为：K=0001001100110100010101110111100110011011101111001101111111110001K+=11110000110011001010101011110101010101100110011110001111然后，将这个密钥拆分为左右两个部分，C0和D0，每半边都有28位:C0=1111000011001100101010101111D0=01010101011001100111100011114.F函数运算3.16轮秘钥迭代秘钥需要进行16轮的迭代运算，每一个迭代运算生成一个子密钥，16轮迭代运算（经过16轮相同运算）。通过下面流程图可知对于相同定义的C0和D0，可创建16个块Cn和Dn1<=n<=16。每一对Cn和Dn都是由前一对Cn-1和Dn-1移位而来。具体来说，对于n=1,2,3，…，16，在前一轮移位的结果上，进行左移操作。什么叫左移？左移指的是将除第一位外的所有为往左移一位，将第一位移动至最后一位。这意味着，比如说，C3和D3是C2和D2移位而来的，具体来说，通过2次左移位，C16和D16则是由C15和D15通过1次左移得到的。在所有情况下，一次左移就是将所有比特往左移动一位。使的一位后的比特的位置相较于变换前成为2,3,4，…，28,1。图216轮子秘钥迭代现在可以得到第n轮的新秘钥Kn（1<=n<=16）了。具体做法是，对每一对拼合后的子秘钥CnDn，按照表PC-2执行变换，每对子秘钥有56位，但是PC-2仅仅使用其中48位。于是，第n轮新秘钥Kn的第一位来自组合秘钥CnDn的第14位，第2位来自第17位，以此类推，知道新秘钥的第48位来自组合秘钥的第32位。表2PC-2置换（1）E盒扩展变换输入的64位明文数据块经过IP置换后得到L0、R0两部分，其中右半部分R0从32位扩展到48位(分为4位×8组)输出，将48位结果与第n轮第密钥Kn进行XOR(异或)操作，将异或操作结果送入S盒进行压缩，压缩成32位,再将32位的结果送入P盒置换。图3F函数运算流程图表3E盒扩展变换中间白色框部分表示置换后的明文两部分中的右半部分的位置信息，两列黄色数据是扩展的数据。例：第1位边上的32就是将第32位上的值复制一份到第1位的边上。也就是说E(Rn-1)开头的三个比特分别来自Rn-1的第32、1和2位。E(Rn-1)末尾的2个比特分别来自Rn-1的第32位和第1位。对输出E（Rn-1）和秘钥Kn执行XOR运算：Kn⊕E(Rn-1)，其中⊕表示异或。（2）压缩置换（S盒代替）将异或以后得到48位的数据送入S盒，进行替代运算。替代由8个不同的S盒完成，每个S盒有6位输入4位输出。48位输入分为8个6位的分组，一个分组对应一个S盒，对应的S盒对各组进行代替操作，最后得到32位的数据。一个S盒就是一个4行16列的表，盒中的每一项都是一个4位的数。S盒的6个输入确定了其对应的输出在哪一行哪一列，输入的高低两位做为行数H，中间四位做为列数L，在S-BOX中查找第H行L列对应的数据(<32)。示例如下以S1盒为例：S盒的6位输入为101100，取最高位及最低位得到的值10转换为十进制为2，除去最高位及最低位的四位数字组成0110转换为十进制为6，则S盒的输出为行号为2列号为6所对应的值2的二进制0010。（3）P盒置换S盒代替运算的32位输出按照P盒进行置换