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2023年全国行业职业技能竞赛—第二届全国工业和信息化技术技能大赛半导体分立器件和集成电路装调工(汽车芯片开发应用)赛项

广东省选拔赛日程安排和技术方案

一、大赛时间

10月27日-29日

二、大赛地点

广州市工贸技师学院中心校区

三、举办单位

主办单位：广东省工业和信息化厅、广东省人力资源和社会保障厅、广东省教育厅、广东省总工会、共青团广东省委

承办单位：工业和信息化部电子第五研究所

协办单位：广州市工贸技师学院

技术支持单位：广州慧谷动力科技有限公司

四、日程安排

日期	事项安排	时间
10.27

下午	参赛队报到	13:00-14:00
领队赛前说明会，

开幕式，

理论知识竞赛	以现场时间为准
10.28

全天	实际操作竞赛	以现场时间为准
10.29

全天	实际操作竞赛，

赛项点评会，

公布成绩	以现场时间为准
注：以上日程安排如有调整，另行通知。

五、大赛内容、形式和成绩计算

本次竞赛内容包含理论知识和实际操作两部分。本赛项分为职工组和学生组两个竞赛组别，各组别均为双人组队参赛，不得跨单位组队。所有通过报名资格审核的选手，首先参加理论考试，根据理论考试团队总成绩排名，职工组、学生组分别选拔前30队参赛选手参加实践操作比赛（理论考试团队总成绩如相同者，团队总用时少的排名靠前）。

理论知识竞赛满分为100分，按20%的比例折算计入竞赛总成绩。赛题均为客观题，采用计算机考试方式实现。实际操作竞赛满分为100分，按80%的比例折算计入竞赛总成绩。折算后的理论知识竞赛成绩与实际操作竞赛成绩相加得出参赛选手竞赛总成绩，满分为100分（竞赛总成绩如相同者，理论考试团队总成绩高的排名靠前）。

六、命题原则

大赛覆盖汽车芯片的真实应用场景，紧跟汽车芯片设计前沿发展，结合技能竞赛评价标准。其中，职工组可参照《半导体分立器件和集成电路装调工国家职业技能标准》（国家职业资格二级）、《集成电路工程技术人员国家职业标准》（国家专业技术等级高级）要求，学生组可参照《半导体分立器件和集成电路装调工国家职业技能标准》（国家职业资格三级）、《集成电路工程技术人员国家职业标准》（国家专业技术等级中级）要求，同时结合汽车芯片所涉及的相关技术、应用技术发展状况和企业生产实际命题。竞赛命题主要遵循以下标准：一是覆盖汽车芯片的实际应用场景，对多种汽车芯片整合到竞赛中，需要结合汽车的各个方向领域知识，考察参赛者对多种汽车芯片的了解，符合我国现阶段对复合型人才的需求；二是跟进汽车芯片设计前沿应用技术发展，聚焦汽车芯片的智能化技术应用，结合技术技能人才培养要求和企业岗位需要；三是技能竞赛结果主要以客观准确率作为评价标准，保证竞赛的公平、公正原则。

七、考核范围

（一）理论知识竞赛

1.赛题范围。主要内容包括：汽车芯片开发应用基础知识、集成电路制造与封装工艺（车规级）、汽车芯片应用技术三个模块。

（1）汽车芯片开发应用基础知识

半导体材料的特性、二极管、双极型晶体管、门电路、基本运算电路、MOS器件物理基础、单级放大器、差动放大器、运算放大器、反馈、 CMOS反相器、CMOS典型组合逻辑电路、静态锁存器、寄存器、集成电路可靠性设计基本概念、汽车芯片耐环境设计与电磁兼容性设计、汽车信号质量技术、可靠性封装技术、电路仿真工具、版图编辑、物理验证、寄生参数提取、版图后仿真分析等。

（2）集成电路制造与封装工艺（车规级）

硅片的制备、外延工艺、掺杂工艺、气相淀积、光刻工艺、刻蚀工艺、工艺集成、引线键合工艺、圆片级封装、倒装芯片工艺等。

（3）汽车芯片应用技术

汽车运动控制知识、功率半导体设计知识、图像处理芯片应用知识、传感芯片应用知识、汽车通信芯片测试与应用知识、驱动芯片应用知识。

2.赛题类型

赛题分为三种类型：单项选择题、多项选择题和判断题。

3.竞赛时间

理论竞赛时间为1小时。

4.命题方式

由大赛组委会组织专家组统一命题。

5.考试方式

采用计算机考试。

（二）实践操作竞赛

实践操作竞赛针对芯片在智能汽车中的典型应用，提高参赛选手对汽车芯片的开发和应用能力，体现参赛选手在汽车芯片开发应用领域的综合职业能力。

1.竞赛范围与内容

实际操作竞赛针对芯片在智能汽车中的典型应用，分别设置车载模拟/功率芯片开发与测试、车载传感芯片开发与应用、汽车计算芯片测试验证和基于汽车芯片的硬件在环自动驾驶仿真共4个竞赛单元。提高参赛选手对汽车芯片的开发和应用能力，体现参赛选手在汽车芯片开发应用领域的综合职业能力。

任务考核点

序号	考核任务	考核要点与相关技术要求
1	车载模拟/功率芯片开发与测试	1.能够根据车载模拟/功率芯片的功能需求和性能指标，选择合适的开发方案。

2.能够在模拟集成电路设计软件中绘制芯片的电路原理图。

3.能够对电路原理图进行功能仿真和参数分析，检查电路的正确性和稳定性，优化电路的性能。

4.能够根据电路原理图生成版图，考虑版图的布局、布线、匹配、对称、抗干扰等因素。

5.能够对版图进行物理验证，包括版图与原理图的一致性检查（LVS）、设计规则检查（DRC）、寄生效应提取（PEX）等。

6.能够对版图进行后仿真，将版图中的寄生效应加入到电路仿真中，重新评估电路的性能和可靠性，与前仿真结果进行对比和调整。
2	车载传感芯片开发与应用	1.能够根据车载传感芯片的功能需求和性能指标，选择合适的开发方案。

2.能够使用硬件描述语言在设计软件中编写车载传感芯片的程序，包括数据采集、数据处理、数据输出等模块。

3.能够对程序进行功能仿真和参数分析，检查代码的正确性和稳定性，优化代码的性能。

4.能够将电路映射到目标FPGA芯片的bit文件烧录到FPGA芯片上，并测试其功能及性能。
3	汽车计算芯片测试验证	1.能够运用仪器、仪表、自动测试程序、诊断协议等方式对芯片进行功能性测试，筛选出功能正常的芯片。

2.能够利用汽车芯片开发工具链，实现感知模型的部署、识别、分析、优化等操作。

3.能够基于多模型串接和优化，实现对复杂交通场景的识别。

4.能够通过指定接口，采集和处理硬件在环仿真传感器的实时数据，对传感器数据进行融合感知处理并生成自动驾驶决策。
4	基于汽车芯片的硬件在环自动驾驶仿真	1.能够对汽车平台、车载传感芯片模块和汽车计算芯片模块等关键模块进行安装和调试。

2.能够通过数据接口将计算机与汽车平台相连，运行硬件在环仿真软件，实现仿真环境数据与汽车平台的数据交互。

3. 能够根据给定的CAN通讯协议，控制汽车平台执行预设的动作，验证汽车平台功能完整性。

4. 能够通过修改仿真车辆的运动学模型和控制参数，执行车道线保持功能的仿真验证，分析车辆转向响应和稳定性。

5. 能够利用汽车计算芯片接收仿真平台车载传感器的实时数据，进行融合感知处理，结合综合路况和车辆状态进行自动驾驶决策。
2.竞赛任务

实践操作部分由参赛选手按竞赛任务书的要求完成。具体包含以下竞赛任务：

（1）任务一：车载模拟/功率芯片开发与测试

根据《国家汽车芯片标准体系建设指南（2023年版）》中产品与技术应用中的功率芯片的技术方向，设计任务场景。任务选取汽车常用的模拟电路——功率芯片作为考核的对象、IGBT、大功率MOS管、逆变器等，围绕功率芯片，进行原理图编辑、电路仿真、版图编辑、物理验证、寄生参数提取、版图后仿真及分析全流程的开发。考虑竞赛时长，可选择其中一个流程作为考核点。

依照汽车芯片的应用场景和规格要求，使用模拟集成电路设计软件进行版图设计；利用仿真软件对版图进行物理验证，并根据物理验证结果填写测试报告。

（2）任务二：车载传感芯片开发与应用

根据《国家汽车芯片标准体系建设指南（2023年版）》中产品与技术应用中的传感芯片的技术方向，设计任务场景。结合FPGA模块，编程实现车载传感器的功能应用。现场对FPGA模块进行编程，并应用于车辆的功能拓展，并实现车载功能的验证测试。

使用硬件描述语言在数字集成电路开发平台进行设计开发，包括模块的功能、接口和时序等；进行模拟仿真和静态时序分析，检查设计的正确性和稳定性；进行综合布局布线，生成可烧录到FPGA上的位文件；将FPGA模块适配到自动驾驶汽车平台上，调试并运行测试程序，记录测试结果；填写测试报告。

（3）任务三：汽车计算芯片测试验证

根据《国家汽车芯片标准体系建设指南（2023年版）》中产品与技术应用中的控制芯片和计算芯片的技术方向，设计任务场景汽车计算芯片是智能汽车中的核心模块，在车辆前装和智能座舱领域有着重要的应用。本任务选用国产化汽车计算芯片，考查选手对汽车计算芯片图像识别感知功能编程、调试、应用的能力。

对提供的多片计算芯片模块进行功能性测试，选择功能正常的计算芯片模块进行部署应用。根据要求，将提供的交通感知模型部署到汽车计算芯片上，并选用相应的数据进行感知测试验证，并根据测试结果对模型进行分类；使用任务要求的模型对指定数据或视频流进行感知测试，并记录识别的结果和性能指标；编写程序串接多个感知模型，实现复杂交通场景的感知；填写测试报告。

（4）任务四：基于汽车芯片的硬件在环自动驾驶仿真

根据《国家汽车芯片标准体系建设指南（2023年版）》中匹配试验中的整车匹配道路试验和整车匹配台架试验的技术方向，设计任务场景。硬件在环的仿真测试是当前行业内主流的自动驾驶测试验证方案，也是一种高效的软硬件协同验证方法，在硬件在环自动驾驶仿真中能够获取真实的感知数据（如：GPS定位数据、激光雷达点云数据、毫米波雷达数据、摄像头数据），并设置多种不同的路况进行测试。本任务中将车载传感器模块和汽车计算芯片模块适配到自动驾驶汽车平台上。并对前置任务完成开发的功能进行综合测试。

将车载传感模块和汽车计算芯片模块适配到汽车平台上，运行硬件在环仿真软件，实现仿真环境数据与汽车平台的数据交互；选择仿真软件中的车辆出厂检测模式，按照给定的CAN通讯协议发送指令，控制汽车平台执行预设的动作；通过修改仿真车辆的运动学模型和控制参数，执行车道线保持功能的仿真验证，分析车辆转向响应和稳定性；切换到城市道路仿真模式，汽车计算芯片接收仿真平台车载传感器的实时数据，进行融合感知处理，结合综合路况和车辆状态做出自动驾驶决策；填写测试报告。

3.比赛时间

实操比赛时间为5小时。

4.命题方式

由大赛组委会组织专家组统一命题。

八、大赛软硬件平台说明

（一）软件平台

1.EDA工具

EDA工具包括电路设计、电路仿真、版图设计、物理验证、参数提取与可靠性分析等典型工具，为选手提供从电路到版图、从设计仿真到验证的完整EDA工具；应用以上全部或部分EDA工具可实现芯片设计、仿真与验证的相关任务；满足集成电路设计教学的多样性需求。

2.硬件在环自动驾驶仿真平台

自动驾驶硬件在环仿真平台，是为竞赛设备量身定制的软件应用。在该仿真平台中可以与汽车计算芯片和智能汽车通讯，可以进行车辆虚拟传感器安装和配置、汽车计算芯片连接配置、单模型的感知与测试、多模型的感知与测试、测试集的设置、线控底盘的数据读取和CAN调测、自动驾驶硬件在环仿真等汽车芯片应用。

（二）硬件平台

1. FPGA传感芯片模块

FPGA传感芯片模块具有丰富的传感器接口，可编程实现多种车载传感器功能，包括但不限于超声波雷达传感器、温度传感器、压力传感器等。同时配备2路CAN接口，实现对报文数据的灵活配置和处理。

图 1 FPGA传感芯片模块

FPGA传感芯片模块参数

序号	项目	规格参数
1	FPGA型号	紫光同创PANGO PGL22G
2	尺寸	190*154*34mm
3	超声波接口	支持8路超声波传感器
4	CAN接口	支持2路CAN
5	压力传感器	柔性电阻式压力传感器
6	温度传感器	支持2路温度传感器
7	烧录接口	10Pin JTAG接口
8	其他接口	RS232，RS485，40PinGPIO
9	电压	DC 12V
2.汽车计算芯片模块

汽车计算芯片具有双核BPU，丰富的接口包括千兆网卡、CAN总线等，人工智能算力达5TOPS，可以灵活作为设备主控或协处理器。它还可配合仿真平台实现快速的模型部署测试，同时具备典型车载图像处理功能。在车辆安全和智能驾驶等领域有广泛应用潜力

图 2 汽车计算芯片模块

汽车计算芯片模块参数

序号	项目	规格参数
1	CPU	Cotex A53@1.5G x4
2	AI算力	等效5Tops
3	内存	LPDDR4 4GB
4	存储	32GB eMMC
5	Wi-Fi	2.4G&5G模组
6	以太网	千兆PHY
7	USB	USB 2.0*6, USB 3.0*1
8	视频	HDMI * 1
9	CAN	CAN接口*1，SocketCAN接口（USB）* 1
10	TF卡	SDIO *1
11	40Pin	总共28个GPIO，最大复用关系：

UART * 2

I2C * 3

SPI * 2

I2S * 2

PWM * 2
12	电源	DC 12V
3.智能汽车模块

智能汽车模块具有阿克曼线控底盘，搭载FPGA传感芯片模块、汽车计算芯片模块、摄像头等硬件。它可在室内场景下举升离地，结合上位机仿真系统实现城市道路中的自动驾驶道路验证，并在室外场景拓展安装组合导航、激光雷达等硬件，实现实际道路的自动驾驶算法测试。提供全面的自动驾驶算法测试平台，适用于室内外各种验证和研究应用，为自动驾驶技术的发展和优化提供支持。

图 3 智能汽车模块

智能汽车模块参数

序号	项目	规格参数
1	尺寸	1000*750*950mm
2	轴距	650mm
3	前后轮距	605mm
4	电池类型	锂电池24V 60Ah
5	动力驱动电机	直流无刷2 * 400W
6	转向驱动电机	直流无刷400W
7	减速箱	1:40
8	驻车形式	失电式电磁抱闸
9	转向形式	前轮阿克曼转向
10	编码器	磁编2500
11	最大内轮转向角度	33°
12	电气元件安装	支持安装汽车计算芯片、FPGA传感芯片、以及自动驾驶拓展模块
13	车灯	包含转向灯、刹车灯、行车灯
14	性能参数	转向精度	0.5°
15
空载最高车速	1.5m/s
16
最小转向半径	1.6m
17
最大爬坡能力	10°
18
最小离地间隙	105mm
19
工作温度	-10~45℃
20
载重	150kg
21	通讯参数	控制模式	遥控控制/控制指令模式
22
遥控器	2.4G/极限距离200m
23
通讯接口	CAN，RJ45
24	超声波雷达	8个超声波雷达
25	摄像头	传感器	IMX291 2.8分之一
26
速度	1920*1080 30帧/秒
27
信噪比	39dB
28
工作电压	5V
29
工作电流	160-220mA
30
分辨率	640*480\1280*720\11280*1024\1920*1080
31
输出格式	MJPG\YUY2
32
影像处理	自动曝光AEC\自动白平衡AEB\自动增益AGC
33
接口	USB2.0 免驱动
34
工作温度	-30~70℃
35
低照度	0.0002 lux
36
动态范围	72dB
37	显示器	分辨率	1366*768
38
工作频率	60Hz
39
对比度	1000:1
40
电源输入	DC12V