Course TJU 介绍

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本Git库集合（coursetju）用于支持同济大学控制系一些课程的课程项目和实践教学的需要。这里的代码和资料通常并非最终版，而是作为初学者的起步参考。通常学生应在此基础上进一步开发以形成最终版的提交作品。 https://gitee.com/coursetju

参考文档清单：https://gitee.com/coursetju/common

[TOC]

代码库链接和参考

工程C/C++开发学习

• 用ISO/ANSI C语言写数据结构（可参考https://github.com/openwsn/node/tree/master/opennode2010_keil/common/openwsn/rtl，如 rtl_iobuf, rtl_lightqueue）
• 基于C语言和结构体模拟面向对象中的封装
  • https://github.com/openwsn/node/tree/master/opennode2010_keil/common/openwsn/rtl下面的 hal_cpu, hal_led, hal_key, hal_adc, hal_uart等模块的接口定义
  • 以及 https://github.com/openwsn/node/tree/master/opennode2010_keil/common/openwsn/svc 下的诸多模块
• 基于状态机模式和查询驱动的通信协议实现（evolve方法及switch部分）和接口实现（https://github.com/openwsn/node/tree/master/opennode2010_keil/common/openwsn/svc，例如aloha，csma，datatree，flood, gradient, one2many等）
• 数据传输中的排队和消息队列
  • 例如以TiIoBuf对象作为字节队列使用 https://github.com/openwsn/node/blob/master/opennode2010_keil/common/openwsn/rtl/rtl_slipfilter.h 和 https://github.com/openwsn/node/blob/master/opennode2010_keil/common/openwsn/rtl/rtl_slipfilter.c
  • packet queue的使用 https://github.com/openwsn/node/blob/master/opennode2010_keil/common/openwsn/svc/svc_nio_acceptor.h 和 https://github.com/openwsn/node/blob/master/opennode2010_keil/common/openwsn/svc/svc_nio_acceptor.c
• C语言中基于函数指针的回调技巧
  • 主要看 hal_foundation.h 和 hal_foundation.c, 体会其中的TiFunInterruptHandler、m_listener、m_int2handler的使用, https://github.com/openwsn/node/blob/master/opennode2010_keil/common/openwsn/hal/hal_foundation.h 和 https://github.com/openwsn/node/blob/master/opennode2010_keil/common/openwsn/hal/opennode2010/hal_foundation.c，
  • 以及 TiFunAssertReport的使用，这里自行实现了一个类似C语言assert的机制，https://github.com/openwsn/node/blob/master/opennode2010_keil/common/openwsn/rtl/rtl_foundation.h 和 https://github.com/openwsn/node/blob/master/opennode2010_keil/common/openwsn/rtl/rtl_foundation.c ）
• 基于C语言开发Windows动态链接库，https://gitee.com/openm2x/openwsn.workstation/tree/master/ioservice
• 基于C语言实现对DLL的动态调用，https://gitee.com/openm2x/openwsn.workstation/tree/master/ioservice （一般对DLL采用静态链接即可，这里演示了如何动态装载一个DLL并调用之）
• UDP通信案例，且被封装在DLL中，便于今后为C、C++、Python等多种语言调用，https://gitee.com/openm2x/openwsn.workstation/tree/master/ioservice
• 基于UDP实现C/C++程序和Python程序的数据交换
• 基于ZMQ实现C/C++程序和Python程序的数据交换
• 基于共享内存实现C/C++程序和Python程序的数据交换

工程C#开发学习/桌面应用开发学习

• digitalworld-tiny(可用于综合设计与实践B做智能小车的组和综C中包含服务端管理需求的组，提供服务端数字世界的而管理，数字世界 = 静态的地图 + 动态的移动物。本程序为综B课程中小车的开发和端云通信提供支持，并作为综B的考核工具之一。目前已经支持小车位置上报。本项目基于流行的Electron框架开发。from 2021, contributed by Luan Jianing), https://gitee.com/visiontju/visiontju.digitalworld-tiny
• workstation (for learning purpose only. developed with C#/WPF, 嵌入式系统、综合设计与实践ABC课程（特别是综A）参考，contributed by Zhang Wei, from 2020)， https://gitee.com/openm2x/openwsn.workstation
• step-by-step学习如何开发一个上位机程序（工作站版程序），用于嵌入式系统、综合设计与实践A课程中与嵌入式开发板交换数据（作为学习C#和GUI开发的起步），https://gitee.com/openm2x/openwsn.workstation/tree/master/step-by-step

工程Java开发学习/云端服务开发学习

• 基于SpringBoot的微服务开发
• 基于UDP实现Java程序和Python程序的数据交换
• 基于ZMQ实现Java程序和Python程序的数据交换

工程Python开发学习

• 基于Flask的微服务
• 基于 Python进行图像处理

嵌入式系统（计算机原理与技术初级学习）

• 温度传感器数据采集
• 智能小车的控制初学者启动版
• 上位机开发 step-by-step学习如何开发一个上位机程序（工作站版程序），用于嵌入式系统、综合设计与实践A课程中与嵌入式开发板交换数据（作为学习C#和GUI开发的起步），https://gitee.com/openm2x/openwsn.workstation/tree/master/step-by-step
• 上位机 workstation (for learning purpose only. developed with C#/WPF, 嵌入式系统、综合设计与实践ABC课程（特别是综A）参考，contributed by Zhang Wei, from 2020)， https://gitee.com/openm2x/openwsn.workstation
• 传感器模拟程序（不完备），用于与上位机配合并对其进行测试，sensorsimu · openm2m/openwsn.workstation - 码云 - 开源中国 (gitee.com)

嵌入式Linux（计算机原理与技术进阶学习）

• 在Windows上基于Visual Studio （Community Version）构建嵌入式Linux开发环境

• 树莓派官网，https://www.raspberrypi.org/

• 树莓派实验室，https://shumeipai.nxez.com/

• 树莓派（以及各种派）使用指南，https://zhuanlan.zhihu.com/p/77585297

• 「树莓派」是什么？普通人怎么玩？，https://www.zhihu.com/question/20859055

• 2021：树莓派入坑指南，2021，https://sspai.com/post/66938

• 树莓派4确认翻车：官方承认硬件设计失败，https://baijiahao.baidu.com/s?id=1638853428823472748&wfr=spider&for=pc （新版本应该已经修正）

• 进程间通信 （IPC） 方法总结，https://www.cnblogs.com/joker-wz/p/11000489.html

• 进程间通信及使用场景，https://www.jianshu.com/p/4989c35c9475

综合设计与实践A

• step-by-step学习如何开发一个上位机程序（工作站版程序），用于嵌入式系统、综合设计与实践A课程中与嵌入式开发板交换数据（作为学习C#和GUI开发的起步），https://gitee.com/openm2x/openwsn.workstation/tree/master/step-by-step

综合设计与实践B（着重单车/单机器人）

• digitalworld-tiny(可用于综合设计与实践B做智能小车的组和综C中包含服务端管理需求的组，提供服务端数字世界的而管理，数字世界 = 静态的地图 + 动态的移动物。本程序为综B课程中小车的开发和端云通信提供支持，并作为综B的考核工具之一。目前已经支持小车位置上报。本项目基于流行的Electron框架开发。from 2021, contributed by Luan Jianing), https://gitee.com/visiontju/visiontju.digitalworld-tiny

  • 参考：Electron 主进程和渲染进程，https://www.jianshu.com/p/e6612ca76a93
  • C语言的客户端服务，https://gitee.com/visiontju/visiontju.digitalworld-tiny/tree/master/agent

• 机械臂的控制

• 机械臂的路径规划

• 智能小车的路径规划

• 智能小车的控制初学者启动版

• 智能小车/机器人运动控制单元参考（基于STM32）

• 智能小车/机器人自主智能单元参考（基于树莓派和嵌入式Linux）

• PID控制算法

• 支持帧传输的串行通信

• 简易任务调度器（可参考https://github.com/openwsn/node/tree/master/opennode2010_keil/common/openwsn/osx，按照复杂度从简单到复杂有 osx_nano, osx_fifosche, osx_tlsche。至少应该掌握先来先服务的调度实现。应能支持指明时间或周期。可剥夺式调度可暂不考虑）

• 调试支持

• 数据传输中的排队和消息队列

  • 例如以TiIoBuf对象作为字节队列使用 https://github.com/openwsn/node/blob/master/opennode2010_keil/common/openwsn/rtl/rtl_slipfilter.h 和 https://github.com/openwsn/node/blob/master/opennode2010_keil/common/openwsn/rtl/rtl_slipfilter.c
  • packet queue的使用 https://github.com/openwsn/node/blob/master/opennode2010_keil/common/openwsn/svc/svc_nio_acceptor.h 和 https://github.com/openwsn/node/blob/master/opennode2010_keil/common/openwsn/svc/svc_nio_acceptor.c

• 上位机GUI，如果需要：

  • 可以基于Electron的digitalworld-tiny改进
  • 或基于综设A的基于C#和WPF的 workstation （或step-by-step的产出）改进

综合设计与实践C（着重智能感知、多车协同、端云互动）

• 本实践训练环节中，感知包括对外部环境的感知和对内部姿态的感知，多体协同至少包括应用级的协作（暂不含无中央控制的全分布式协作），端云互动提供定位、通信和端云同步、服务端的优化与指挥管控。本阶段不再以单体的控制为重点（这是综设B的任务），但是又要基于综设B的产出成果。

• 从USB camera中读视频数据
• 基于Kalman滤波和3D加速度传感器/陀螺仪的小车姿态估计
• 智能小车/机器人中的地图表示
• 基于单目摄像头的地图构建
• 基于双目摄像头的地图构建
• 基于激光雷达的地图构建
• 基于超声雷达的地图构建
• 基于二维码的智能小车/机器人定位
• 基于UWB无线通信的智能小车/机器人定位
• 基于UDP实现C/C++程序和Python程序的数据交换，https://gitee.com/openm2x/openwsn.workstation/tree/master/ioservice
  • UDP server， https://www.cnblogs.com/ichunqiu/p/9200723.html （但这个server太简单了，通常还需要再做一层接口才能更好的被其他模块使用，尤其是这里的while循环要么借用主程序循环，要么采用归入独立线程或进程，否则不易使用。当我们在嵌入式linux中起一个UDP server负责接收来自C语言的图像数据并且对其进行处理和返回结果时，我们应该采用独立进程方式，让这个Python程序以独立进程方式保持运行并随时可使用）
  • 运行于嵌入式linux中的UDP客户端服务模块，https://gitee.com/visiontju/visiontju.digitalworld-tiny/tree/master/agent （与综B的digitalworld-tiny配套，但到了综C服务端必然要替换为新版本）
• 基于ZMQ实现C/C++程序和Python程序的数据交换
• 基于共享内存实现C/C++程序和Python程序的数据交换
• 基于UDP实现Java程序和Python程序的数据交换
• 基于ZMQ实现Java程序和Python程序的数据交换
• 大疆RoboMaster机器人/智能小车的控制初学者启动版(综合设计与实践C，RoboMaster人工智能挑战赛（Univerisity AI Challenge)的组成部分，from 2020）
• 硬件抽象层/平台抽象层接口
• 综合设计与实践C：自主智能运动体（RoboTax、送餐机器人、智能无人车），https://gitee.com/coursetju/intelliworld-autonomous.git
• 综合设计与实践C：服务端/Mini SuperBrain，https://gitee.com/coursetju/intelliworld-cloud
• 综合设计与实践C：移动端和桌面端，https://gitee.com/coursetju/intelliworld-workstation

计算机网络/无线传感器网络/智能感知网/物联网

• UDP通信

• TCP通信

• 基于UDP的聊天室，https://www.cnblogs.com/snailclimb/p/9086483.html （第三方）

• MQTT客户端的开发

• 多对多消息通信（基于Publish/Subscribe机制的消息内核）

• 多人聊天室（多对多通信）

• openwsn（物联网课程参考，中国开源软件竞赛金奖的组成部分，developed with ANSI/ISO C. from 2006），https://github.com/openwsn/node 请主要看 https://github.com/openwsn/node/tree/master/opennode2010_keil

• 无线传输信号强度虽距离增加而变化的规律以及基于RSSI的距离估计

• 基于RSSI的三点定位算法和定位服务

• 基于UWB的三点定位算法和定位服务

人工智能基础

• 八皇后问题搜索编程（搜索的学习）
• multi-user gobang game 佳宁助教所提供多人对战五子棋初版（Artificial Intelligence课，developed with Python, from 2020）
• 华为全场景AI框架，https://gitee.com/mindspore

智能芯片与系统（代替原微机原理与接口技术）

• 基于硬件描述语言的简单接口设计（按键）
• 基于硬件描述语言的简单接口设计（八段数码管）
• 基于硬件描述语言的运算器设计
• 基于硬件描述语言的串行通信模块
• 基于硬件描述语言的显示模块
• 基于FPGA的单通道数据采集
• 基于FPGA的多通道数据采集
• 基于FPGA的FFT加速（变声器实验）
• 基于FPGA的嵌入式系统集成实验（集成CPU、软硬件集成，基于ZYNQ）
• 基于硬件描述语言和FPGA的双数据通路实验
• 基于FPGA的卷积加速设计
• 从零开始写RISC V处理器，https://liangkangnan.gitee.io/2020/04/29/%E4%BB%8E%E9%9B%B6%E5%BC%80%E5%A7%8B%E5%86%99RISC-V%E5%A4%84%E7%90%86%E5%99%A8/ 和 https://gitee.com/liangkangnan/tinyriscv
• 阿里达摩院开源的平头哥RISC V处理器，https://github.com/T-head-Semi
• 海思
• 寒武纪

数据处理/信号处理/生理体征数据分析/机器学习

• sciexplorer，a signal processing/stream data analyzer tool, in particularly for ECG/EEG, https://gitee.com/biglittle/sciexplorer （Developed with Matlab/Java/C，from 2007）

附：操作系统相关学习

• 硬核操作系统讲解，https://www.jianshu.com/p/9bb248836715
• 5万字、97 张图总结操作系统核心知识点(上)，https://www.jianshu.com/p/2068a98bb810
• 操作系统复习笔记，https://www.jianshu.com/p/2d57b81135c9
• 最易懂的回调机制说明书，https://www.jianshu.com/p/9e440e6cb7c4
• C++工程师常见的面试题总结，2021，https://www.jianshu.com/p/d6b6afebbca4
• Java中高级核心知识全面解析——从认识Linux操作系统开始（什么是操作系统？分类、内核、用户态与内核态），https://www.jianshu.com/p/577ef6f414bb
• 进程间通信（IPC）：共享内存和消息队列原理详解，http://c.biancheng.net/view/1208.html
• Linux进程间通信(四) - 共享内存，https://zhuanlan.zhihu.com/p/390606384
• Linux进程间通信(三) - 信号，https://zhuanlan.zhihu.com/p/389994233 （Linux/Unix开发得知道信号，初学者以了解为准，至少知道信号有什么用，可能用在哪些地方）
• Linux进程间通信(五) - 信号灯(史上最全)及其经典应用案例，https://zhuanlan.zhihu.com/p/391095517
• 多图详解！10 大 “高性能”开发核心技术，看不懂你找我？https://zhuanlan.zhihu.com/p/381911441
• 从内核看eventfd的实现（基于5.9.9），https://zhuanlan.zhihu.com/p/383395277

联系

biglittle Lab @ TongJi University