峰会回顾第32期 | OpenHarmony在高校教学科研中的应用

演讲嘉宾 | 陈 曦

回顾整理 | 廖 涛

排版校对 | 李萍萍

嘉宾简介

陈曦，天津大学电气自动化与信息工程学院副教授。长期从事人工智能、物联网、电力系统相关教学和科研工作。主持和参与国家海洋公益项目、国家重点研发计划、国家自然基金面上项目，承担国家电网、内蒙古电力、国家海洋技术中心等企业合作项目多项。天津市一流课程负责人。具有丰富的物联网、嵌入式系统设计和产品研发经验，熟练掌握深度学习、4G/5G通信、边缘计算等开发核心技术。完成电力计量物联网、海洋环境监测物联网、超高清图像快速识别装置、配网过电压故障诊断装置、5G高速无线图像传输系统等多种成套系统的开发。

内容来源

第一届开放原子开源基金会OpenHarmony技术峰会——生态与互联分论坛

视频回顾

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正 文 内 容

高校师生积极参与开源社区项目的开发和维护，能够促进优秀开源社区的蓬勃发展；开源社区的良性发展，也为高校的教学科研提供了重要的平台和资源。OpenHarmony在高校教学科研中有哪些应用呢？天津大学电气自动化与信息工程学院副教授陈曦在第一届OpenHarmony技术峰会上分享了精彩观点。

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OpenHarmony开源社区与高校间的互动

OpenHarmony作为一个基于社区的开源操作系统，其开源开放的精神与中国大学精神高度契合。通过OpenHarmony与高校的全方位良性互动，实现双方合作共赢。

一、高校是OpenHarmony的贡献者：高校通过提交代码、参与SIG、开源基于OpenHarmony的项目等形式助力OpenHarmony的发展。高校天然具有优质的学生资源与教师资源：1. 学生。高校学生富有创造力，也是最愿意向开源社区贡献代码的一类人群；2. 教师。高校教师队伍庞大，研究水平高，且广泛参与科研项目，具有前瞻性思想，对前沿技术发展敏感度较高，能够有效促进OpenHarmony开源社区的技术生态繁荣发展。

二、高校是OpenHarmony的传播者：高校通过理论教学、实验、实践等多种形式向学生讲授、推广和普及OpenHarmony。OpenHarmony是全开源的操作系统，所有的架构设计和底层逻辑都是开源的，利于教学操作系统类课程。

三、高校是OpenHarmony的使用者：高校的科研项目涉及工、农、建、商、娱等多类领域，对推进OpenHarmony在各领域的应用落地有积极作用，有效繁荣OpenHarmony生态。

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OpenHarmony在电力计量检测物联网科研开发的应用

电力计量是重要的计量项目之一，在双碳目标达成、新型电力系统建设、新能源替代方面，发挥着举足轻重的作用。如下图所示为基于IIoT技术的电力计量检测物联网架构，由于计量系统对安全性有严格的要求，其架构设计分为私有云平台和公有云平台，两者之间通过物理隔离。其中，与送检用户交互相关的功能和数据放在公有云平台上，与计量设备/业务相关的功能和数据则放在私有云平台。

在计量系统架构的公有云和私有云上，基于OpenHarmony，可以分别开发环境监测器和基于边缘计算的检测结果自动识别装置，以此推动OpenHarmony在电力计量检测领域的应用发展。

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环境监测器

环境监测器布设于送检区和公共区域，旨在采集温度、湿度、光强等环境信息，采集到的数据上传到公有云，用于为HVAC精准调控、办公区域节能降碳提供数据支撑。其设计步骤包括需求分析、硬件设计、固件设计、安全性改进以及电磁兼容性改进等。

在实际工作中，陈曦所在团队采用了基于RISC-V的Hi3861芯片作为环境监测器的主控。该芯片的优势在于主频高、存储容量大，并具有丰富的接口可以满足环境监测器扩展外设的需求。具体参数和优势如下：

Hi3861采用高性能RISC-V 32位处理器，主频达到160MHz，内嵌352KB SRAM、2MB Flash，满足环境监测器对主控速度和存储容量的要求

WLAN采用2.4GHz频段，最大速率为72.2Mbps@HT20 MCS7，满足环境监测器对通信方式和速度的要求

2个SPI、2个I2C、3个UART、15个GPIO，满足环境监测器外扩传感器的要求

芯片受OpenHarmony主干分支Master支持，软硬件无缝衔接与适配，能够充分发挥芯片硬件和OpenHarmony操作系统的性能

环境监测器的通信网络选型选择了WiFi通信，主要原因为WiFi适于在室内使用，布设灵活且综合指标最优，且OpenHarmony原生支持MQTT。

环境监测器的RTOS选型选择了OpenHarmony，主要出于以下三方面考虑：

可移植性好：OpenHarmony兼容cmsis 2.0标准，可以将大量既有程序轻松地移植到OH操作系统下，显著缩短开发周期

开源代码全：包含libc在内的全部源代码都开放，达到真正意义上的自主可控，满足电力企业要求

生态支撑广：OpenHarmony的第三方和社区提供大量的开源项目和示例代码程序，降低开发难度，支持快速原型开发

目前，陈曦所在团队基于OpenHarmony研发的环境监测器成品正在国家CNAS认证的流程中，预计不久后就能够落地应用。

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基于边缘计算的检测结果自动识别装置

在电力计量领域，检测设备大多数单价极高，但目前已有的电力计量检测设备种类多，接口繁杂且不统一。例如，自带以太网接口的设备通过以太网线直接进入私有云；带点对点通信接口（如RS232、USB）的设备通过转换器接入私有云；无通信接口的设备利用Hi3516通过AI识别检测结果并通过以太网接入私有云。为了将不同厂家、不同标准的检测设备接入电力计量检测物联网，必须设计相应的装置来实现数据、协议、接口格式的转换。

虽然OpenHarmony提供原生的分布式AI能力子系统，支持Caffe框架，但目前大多数高校科研团队的大量AI算法都基于TensorFlow，因此，陈曦所在团队选用了TFLM（TensorFlow Lite for Microcontrollers）。TensorFlow Lite是一组工具，是面向端侧的深度学习框架，能够帮助开发者在移动设备、嵌入式设备和loT设备上运行模型，以便实现设备端机器学习。TensorFlow Lite for Microcontrollers（TFLM）适用于微控制器，如STM32、Arduino等。

TFLM在OpenHarmony上的移植过程包括配置开发环境、添加源代码、移植接口函数以及HelloWorld测试等步骤。

其中，在添加源代码时，将TFLM的源代码按照OpenHarmony的架构添加到OpenHarmony源代码中，在//third_party下建立TFLM目录，按TFLM的源代码架构在TFLM目录下添加与应用无关的tensorflow/lite和third_party目录及相应文件；在//applications/src/hello目录下加入TFLM与应用有关的.cc和.h文件，BUILD.gn。

移植接口函数时，在//third_party/TFLM/tensorflow/lite/micro/下建立OpenHarmony目录,并在该目录下新建debug.cc、micro_time.cc和system_setup.cc以及BUILD.gn；根据OpenHarmomy结构只需要移植debug.cc、micro_time.cc两个文件。

总的来说，得益于OpenHarmony的优秀架构设计，TFLM在OpenHarmony上的移植具有以下3个方面的优势：（1）移植难度低：OpenHarmomy具有良好的系统架构，不仅OH自身的平台和内核解耦，而且还实现了与应用有关第三方代码、与应用无关第三方代码和用户代码之间的完全解耦，有效降低了TFLM的移植难度；（2）兼容性好：OpenHarmomy小型系统的配套工具链兼容C、C++11、C++14、C++17 标准，便于以C++为主的边缘计算深度学习框架的移植；（3）复用性强：OpenHarmomy提供了统一的编译构建架构、而且硬件资源可大可小，使得在OpenHarmomy移植后的TFLM可在多种不同类型的硬件上运行，实现了代码的高效复用。在下一步的工作中，在现有CPU移植TFLM的基础上，将TFLM部分代码移植到Hi3561DV300内置的神经网络加速引擎上，进一步提升TFLM在OpenHarmomy上的运行性能和效果。

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OpenHarmomy在“新工科”建设中的应用

为主动应对新一轮科技革命和产业变革，加快培养新兴领域工程科技人才，改造升级传统工科专业，主动布局未来战略必争领域人才培养，教育部启动“新工科”建设。2017年被称为“新工科元年”：“复旦共识”“天大行动”“北京指南”共同构成了新工科建设“三部曲”，新工科建设在全国迅速展开。

“校社联合”正当时：开源软硬件是解决我国当前“缺芯少魂”问题的最有效途径之一。高校不仅从人才培养角度，而且从国家战略、社会责任角度都必须通过与开源社区的紧密结合，向学生讲解开源技术，孵化学生的开源项目，推动开源生态繁荣与应用落地。天津大学成立OpenHarmony技术俱乐部，正是校企联合的积极实践，为教学科研和人才培养提供了重要的平台和载体：

OpenHarmony能够助力工科教学与时俱进：OpenHarmony架构设计理念先进，代表了未来操作系统发展的方向，将OpenHarmony应用于教学，可以让学生通过学习新知识新技术去解决未来发展出现的问题。OpenHarmony“统一OS、弹性部署”的技术特征有助于学生进行跨学科、跨领域的交叉创新。

OpenHarmony能够助力学生精神品质养成：开源技术蕴含丰富的精神内涵，高校在讲授开源技术的同时，引导学生切身感受“开放合作、自由创新、百花齐放、奉献包容”的开源精神，帮助学生提升自我修养和综合素质。

目前，天津大学通过与OpenHarmony、第三方公司合作，在本科生日常课内教学和课外科创活动中使用OpenHarmony，取得了良好效果。在课程建设上，基于OpenHarmony面向6个学院开设《玩转科技劳动实践》跨学院通识课；在孵化开源项目上，孵化基于OpenHarmony的开源CO2碳计量项目ocoh (oco+openharmony)，获得中国智能制造挑战赛华北赛区二等奖；在课外活动上，组织学生开展“我家有‘宠’”趣味课外科技活动。

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总结与展望

后续，高校将面向OpenHarmony社区繁荣发展所需行业应用和开发者两大核心要素，采用科研和育人双轮驱动，并通过与开源社区、相关企业的紧密合作，助力OpenHarmony生态加速建设。OpenHarmony通过进一步加强与诸如树莓派、Arduino等国际开源技术社区合作，在将应用领域从IoT扩展延申到IIoT，工业控制，高端仪器仪表等领域的同时，可显著扩大OpenHarmony的国际影响力，形成人类共享、中国特色的开源操作系统社区。智能装置包括若干细分领域，OpenHarmony可面向商用市场需求，与第三方公司合作推出定制化版本（例如符合MISRA C标准的轻量系统），在通用性的基础上满足差异化客户的定制化要求。

期待OpenHarmony的后续迭代优化，祝愿OpenHarmony开源社区繁荣发展。

审核编辑 黄宇