InnovateFPGA

随着无线通信、云计算技术、人工智能技术的不断发展和成熟，物联网被广泛应用于各个产业领域，建设面向智慧校园、智慧教室的物联网云平台在高校迅速发展起来。为此我们设计并制作了一款利用Intel DE10-nano现场可编程逻辑平台的智慧教室系统。本系统充分利用了Intel DE10-nano中FPGA与ARM的高速并行运算的优势，通过在Intel DE10-nano现场可编程逻辑平台上移植linux操作系统，在其中运用人工智能技术，将摄像头对课堂的实时监测画面进行AI算法处理。处理后将识别出当前课堂学生数量，每位学生信息，并通过识别学生动作，判断出学生是否举手，是否在睡觉，是否存在在玩手机等行为，最后将所识别信息通过intel FPGA Cloud Connectivity Kit即英特尔FPGA云连接套件上传到云端，帮助教师对学生进行云端监控，实现了教师维持课堂秩序的便捷管理功能。

Project Proposal

1. High-level project introduction and performance expectation

随着无线通信、云计算技术、人工智能技术的不断发展和成熟，物联网被广泛应用于各个产业领域，建设面向智慧校园、智慧教室的物联网云平台在高校迅速发展起来。为此我们设计并制作了一款利用Intel DE10-nano现场可编程逻辑平台的智慧教室系统。

本系统充分利用了Intel DE10-nano中FPGA与ARM的高速并行运算的优势，通过在Intel DE10-nano现场可编程逻辑平台上移植linux操作系统，在其中运用人工智能技术，将摄像头对课堂的实时监测画面进行AI算法处理。处理后将识别出当前课堂学生数量，每位学生信息，并通过识别学生动作，判断出学生是否举手，是否在睡觉，是否存在在玩手机等行为，最后将所识别信息通过intel FPGA Cloud Connectivity Kit即英特尔FPGA云连接套件上传到云端，帮助教师对学生进行云端监控，实现了教师维持课堂秩序的便捷管理功能。

本系统适用于全阶段课堂教育，因此我们的目标用户主要面向全世界各层次的学校及相关教育机构，本设计可以帮助教育教学机构妥善管理课堂教育情况，对学生可能出现的潜在危险行为作出预防性提醒警告，便于管理人员维持课堂秩序，保证课堂质量。当然，由于本产品的适用性、实用性都极强，我们的产品同样可以用于解决其他的人员管理方面的问题。

众所周知，现场可编程门阵列(FPGA)的优势就是能够制造功能强大的芯片，可重复单元设计的性质，能够吸收工艺技术方面的问题。而Intel的FPGA芯片首先拥有着处理器缓存和内存一致性互联技术，这项革命性的 FPGA 互连技术将为具有大量数据处理需求的内存密集型应用提供低延迟和性能优势。此外Intel的FPGA芯片有着领先的收发器，且其在DSP创新方面有着极强的优势，由于本设计使用到了AI技术及算法，Intel为我们提供的可配置DSP引擎，利用Intel的FPGA芯片的可编程性与 DSP 模块创新相结合，非常适合用于不断变化的人工智能工作负载，这是我们选择IntelFPGA芯片极为重要的原因。

2. Block Diagram

整体设计方框图如下图所示，通过摄像头对教室情况进行实时监测，并将图像实时传输到开发板内，通过开发板内置的操作系统将数据传输至云端，利用AI算法将数据进行云端处理后，将处理结果实时展示在屏幕上，方便客户对教室情况进行监测控制。

3. Expected sustainability results, projected resource savings

由于本设计主要涉及到的为人工智能Al算法及深度学习图像识别技术的方面，所以主要的需要达到的就是识别准确率的问题，及识别数量方面.本产品预计可同时较为准确的识别100人以内，在此基础上对学生动作的识别概率能达到90%，对学生的个人信息的识别准确率可达95%。同时被产品预计的视频帧数设置为60帧，用以维持视频摄像的高清晰流畅度。

IntelFPGA器件在我们的产品中起到了极为核心的作用，我们是通过在IntelFPGA芯片上移植Linux操作系统来解决有关人工智能方面的Al算法及深度学习图像识别技术的问题，同时是借助FPGA Cloud Connectivity Kit来完成相关云端数据的上传及处理的。

4. Design Introduction

随着无线通信、云计算技术、人工智能技术的不断发展和成熟，物联网被广泛应用于各个产业领域，建设面向智慧校园、智慧教室的物联网云平台在高校迅速发展起来。为此我们设计并制作了一款利用Intel DE10-nano现场可编程逻辑平台的智慧教室系统。本系统适用于全阶段课堂教育，因此我们的目标用户主要面向全世界各层次的学校及相关教育机构，本设计可以帮助教育教学机构妥善管理课堂教育情况，对学生可能出现的潜在危险行为作出预防性提醒警告，便于管理人员维持课堂秩序，保证课堂质量。当然，由于本产品的适用性、实用性都极强，我们的产品同样可以用于解决其他的人员管理方面的问题。

本系统通过在Intel DE10-nano现场可编程逻辑平台上移植linux操作系统，在其中运用人工智能技术，将摄像头对课堂的实时监测画面进行AI算法处理。处理后将识别出当前课堂学生数量，每位学生信息，并通过识别学生动作，判断出学生是否举手，是否在睡觉，是否存在在玩手机等行为，最后将所识别信息通过intel FPGA Cloud Connectivity Kit云连接套件上传到云端，帮助教师对学生进行云端监控，实现了教师维持课堂秩序的便捷管理功能.

Intel的FPGA芯片首先拥有着处理器缓存和内存一致性互联技术，这项革命性的 FPGA 互连技术将为具有大量数据处理需求的内存密集型应用提供低延迟和性能优势。此外Intel的FPGA芯片有着领先的收发器，且其在DSP创新方面有着极强的优势，由于本设计使用到了AI技术及算法，Intel为我们提供的可配置DSP引擎，利用Intel的FPGA芯片的可编程性与 DSP 模块创新相结合，非常适合用于不断变化的人工智能工作负载，这是我们选择IntelFPGA芯片极为重要的原因。

5. Functional description and implementation

本系统利用了Intel DE10-nano中FPGA与ARM的高速并行运算的优势，通过在Intel DE10-nano现场可编程逻辑平台上移植linux操作系统，在其中运用人工智能技术，将摄像头对课堂的实时监测画面进行AI算法处理。处理后将识别出当前课堂学生数量，每位学生信息，并通过识别学生动作，判断出学生是否举手，是否在睡觉，是否存在在玩手机等行为，最后将所识别信息通过intel FPGA Cloud Connectivity Kit即英特尔FPGA云连接套件上传到云端，帮助教师对学生进行云端监控，实现了教师维持课堂秩序的便捷管理功能。

6. Performance metrics, performance to expectation

由于本设计主要涉及到的为人工智能Al算法及深度学习图像识别技术的方面，所以主要的需要达到的就是识别准确率的问题，及识别数量方面。本产品预计可同时较为准确的识别100人以内，在此基础上对学生动作的识别概率能达到90%，对学生的个人信息的识别准确率可达95%。同时被产品预计的视频帧数设置为60帧，用以维持视频摄像的高清晰流畅度。

Intel FPGA芯片拥有缓存和内存一致性互连技术。这项革命性的 FPGA 互连技术具有大量数据处理需求的内存密集型应用提供低延迟和性能优势。同时Intel FPGA芯片有领先的收发器，其将收发器开发分离开来可加速产品创新。而且IntelFPGA芯片所拥有的DSP 创新技术提供了一个可配置的 DSP 引擎，其将FPGA 可编程性与 DSP 模块创新相结合，非常适合用于不断变化的人工智能工作负载。而且IntelFPGA的异构 3D SiP 技术与强化协议支持可以给我们提供最佳的功耗、性能和逻辑利用效率。